Для расчета теплообмена в пористой среде необходимо записать вместо одного уравнения теплопроводности, как это имеет место в сплошном твердом материале, два уравнения переноса тепла для каждой фазы в отдельности (газа и твердой матрицы). Связь между ними осуществляется уравнением теплоотдачи с коэффициентом теплообмена. Ограничимся рассмотрением квазистационарного течения газа в пористой матрице и учтем, что перенос тепла за счет молекулярной теплопроводности в процессе фильтрации газа через поры много меньше конвективного переноса.
Уравнения, описывающие перенос тепла в пористом материале и охладителе, могут быть соответственно записаны формулой. Помимо коэффициентов, входящих в уравнения, она должна зависеть еще от толщины пористой стенки. При заданном а увеличение коэффициента ведет к выравниванию температурных профилей в твердой и газообразной фазах. Напротив, при заданном целесообразно уменьшить коэффициент а, а это требует увеличения теплопроводности твердой фазы, которое приведет к более пологому температурному профилю. Температуру охладителя на выходе из пористой стенки ввиду малости пор предполагают равной температуре стенки. Экспериментальные и теоретические данные по теплообмену внутри пористого материала свидетельствуют, что температура охладителя на выходе из стенки может быть значительно ниже температуры пористого каркаса.
Из вышеизложенного видно, что температурное равновесие в пористом теле сильно зависит от коэффициента внутреннего теплообмена, входящего в параметры а и Ь. Ранее мы относили коэффициент теплообмена к единице поверхности, однако в случае пористых систем мы не можем точно определить всю омываемую поверхность, поэтому принято относить общее количество поглощенного тепла к единице объема пористого тела и разности температур в нем. Рассматривая теплообмен поверхности пор с протекающим через них охладителем как сток тепла мощностью, кВт/квб.м, можно записать выражение для коэффициента внутреннего теплообмена, отнесенного к единице объема пористого материала. Так же как и в случае конвективного теплообмена при внешнем обтекании, интенсивность внутреннего теплообмена можно выразить с помощью критериальных соотношений:
11 июля 2012
