考虑对流传热的颗粒材料热扩散率的实验测定

《Heat Transfer》：Experimental Determination of the Thermal Diffusivity of Granular Materials Allowing for Convective Heat Transfer

热扩散率和对流系数的新实验方法，分两阶段估计和拟合，验证显示能准确计算颗粒材料热导率等参数。

　　

摘要

颗粒材料中的传热过程是一个复杂的多相现象，通常涉及固态、气态以及可能的液态相。传统的确定传热特性的方法通常需要对细磨样品进行小规模测试，但这可能会使测试结果受到样品本身的影响（即产生样品偏差）。本研究提出了一种通过实验室规模的实验测量来确定颗粒材料热特性的方法，具体方法是测定系统的热扩散率和对流传热系数（该系数与Biot数密切相关）。实验结果表明，这些热特性可以通过两阶段过程准确获得：首先在假设只有衰减最快的模式起主导作用的情况下估算相关数值（因为在长时间内确实如此），然后再将完整的解析解与实测曲线进行拟合。实验验证表明，该方法能够非常精确地得到扩散率和Biot数的值，进而可以据此计算出热导率和对流传热系数等关键参数。本研究以沙子作为实验对象，对该方法进行了概念验证。