基于溫度變化的新型可變流阻的提案與研究.pdf

1、致密的多孔材質(zhì)作為一個(gè)氣動(dòng)元件有著廣泛的工程應(yīng)用。這樣的多孔材質(zhì)的內(nèi)部有著很多相互連通的微孔，當(dāng)流體流過這些微孔時(shí)，會(huì)在多孔材質(zhì)的上、下游端之間產(chǎn)生很大的壓差(ΔP)。壓差與流量的關(guān)系（即ΔP-G特性）和流阻與流量的關(guān)系（即γ-G特性）是兩個(gè)非常重要的基本特性。這是因?yàn)槎嗫撞馁|(zhì)的應(yīng)用，在很大程度上，依賴這兩個(gè)關(guān)系。溫度是能夠影響這一特性的因素之一，這是因?yàn)闇囟鹊淖兓瘯?huì)導(dǎo)致流體的粘性和密度發(fā)生改變。在本論文中，首先通過實(shí)驗(yàn)研究了電磁加熱條

2、件下致密的多孔材質(zhì)的ΔP-G特性隨著加熱功率變化的規(guī)律。隨后，通過理論和實(shí)驗(yàn)，考察了被電熱絲加熱的多孔材質(zhì)的ΔP-G特性和γ-G特性。
　　我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的恒功率ΔP-G曲線和γ-G曲線總是在常溫曲線和對(duì)應(yīng)的絕熱曲線之間。熱的有效利用率越高，越靠近絕熱線;熱損耗越多，則越遠(yuǎn)離絕熱線。隨著流量的增大，恒功率ΔP-G曲線和γ-G曲線會(huì)不斷地趨向于常溫線。為了定量地衡量溫度對(duì)壓差、流阻和流阻功耗的影響程度，定義了溫度影響因子η。我們發(fā)現(xiàn)

3、，當(dāng)給定加熱功率，同時(shí)使氣流的質(zhì)量流量從21.53×10-5 kg/s減小到5.80×10-5 kg/s時(shí)，溫度影響因子發(fā)生了顯著的變化，對(duì)應(yīng)的從1.3增加到了1.7。這意味著，當(dāng)多孔材質(zhì)內(nèi)部流體的溫度發(fā)生變化時(shí)，ΔP-G和γ-G特性以及流阻功耗會(huì)發(fā)生顯著的變化。同時(shí)，也討論了加熱功率，多孔材質(zhì)特征參數(shù)，下游壓力（意味著平均密度）的影響。
　　為了分別討論氣流的粘性和密度對(duì)壓差影響的大小，推導(dǎo)了多孔材質(zhì)的無量綱表達(dá)式，并進(jìn)一步地采

4、用對(duì)數(shù)的辦法分離了粘性項(xiàng)和密度項(xiàng)。基于這樣的方法和實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，討論了粘性項(xiàng)和密度項(xiàng)對(duì)無量綱的壓差ΔP*T的影響。討論結(jié)果顯示，ΔP*T和雷諾數(shù)的關(guān)系是由平均密度比和平均粘性比共同決定的。包含了平均粘性比的摩擦項(xiàng)僅取決于溫度，也就是說，只要溫度相同，摩擦項(xiàng)就是重合的，即便多孔材質(zhì)的平均密度或者孔徑不一樣。密度項(xiàng)則是由壓力條件和平均溫度共同決定。因此，壓力和溫度的變化都會(huì)改變密度項(xiàng)。對(duì)于和壓差、流阻及其流阻功耗的增幅比相關(guān)的溫度影響因子

5、來說，如果多孔材質(zhì)的平均孔隙直徑相同，則溫度越高，溫度影響因子越大;而如果多孔材質(zhì)的平均孔隙直徑不同的話，則除了溫度之外，還受β√K的影響。如果平均溫度一樣的話，則ln(ηT)-Reβ曲線會(huì)在ηT-G曲線的基礎(chǔ)上上偏移，β√K大的偏向右邊，小的偏向左邊，大小相當(dāng)?shù)模瑒t保持原來位置。
　　最后，還考察了表征密度增幅比的密度項(xiàng)影響因子和表征粘性增幅比的粘性項(xiàng)摩擦項(xiàng)因子對(duì)無量綱壓差增幅比的影響。發(fā)現(xiàn)二者的增幅比對(duì)無量綱壓差的增幅比的貢獻(xiàn)