Попов, Игорь Александрович. Гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах. Интенсификация теплообмена : монография

гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах теплопроводность, гидравлическая прочность, фильтрационные характери­ стики и т.д. В технике и науке используются упорядоченные и неупорядоченные (хаотические) структуры. К первым относятся щеточные, вафельные, щелевые, перекрестные (скрещивающиеся, компланарные) микроканалы, шаровые засыпки, наборы перфорированных пластин. Щеточные структуры образованы пучком круглых в сечении стерж­ ней (шипов), перпендикулярных теплообменной поверхности (стенке) и по­ перечно обтекаемых потоком теплоносителя. Вафельные структуры с коридорным или шахматным расположением шипов (ребер, призм) аналогичны щеточным структурам за тем исключени­ ем, что шипы вафельной структуры имеют острые ребра, которые влияют на характер обтекания шипов. Пористый слой со щелевой структурой образован системой парал­ лельных щелей (каналов прямоугольного сечения) и разделяющих их пло­ ских ребер. Щелевые структуры характеризуются отсутствием межканаль­ ного перемешивания. Из сферических частиц одинакового размера можно организовать шесть основных регулярных упаковок, которые подробно исследованы в связи с их аналогией упорядоченному расположению атомов в кристалличе­ ской решетке. Эти упаковки отличаются числом контактов шара с соседями (координационным числом) и формой ячеек. Минимальное координацион­ ное число к=6 и максимальную пористость П=0,476 имеет квадратная упа­ ковка. Наибольшее координационное число к=12 и минимальную порис­ тость П=0,2595 имеет плотная гексагональная упаковка. Ко второму типу относятся сетчатые материалы, образованные паке­ тами спеченных (паянных) металлических сеток различного плетения; пру­ жинные вставки; волокнистые материалы (рис. 1.2) и металлорезина (рис.1.3), образованная спеченной хаотической намоткой проволоки; по­ рошковые или зернистые структуры, сформированные путем спекания ме­ таллических порошков; высокопористые проницаемые ячеистые материалы (пороматериалы, ВПЯМ). Сетчатые структуры обычно изготовляют из пакета спеченных (пая­ ных) металлических сеток, тканевых (фильтровальных) полотняного или саржевого переплетения [1]. Сетчатые материалы изготовляют из проволоки диаметром 30-1000 мкм с шероховатостью поверхности (холоднотянутой проволоки) обычно менее 1 мкм. Удельная поверхность проволок и гидрав­ лический диаметр пор в пакете сеток определяются по формулам. Зернистые структуры (рис. 1.4) формируют в результате спекания ме­ таллических порошков. Технология изготовления и физические свойства зернистых (порошковых) материалов описаны в многочисленных публика­ циях [1-4]. Зернистые слои характеризуются хаотической (случайной) структурой (упаковкой), однако при использовании сферических частиц 1 0