分别测定水和PAM溶液在多孔介质中的流动换热特性，研究流速和非牛顿流体流 动特性指数《对流动换热效果的影响。
4.2.1流速对局部对流换热的影响
图 4.6 描述了在热流密度 qw 分别为 9255.78W/m2，18510.68W/m2, 37023.1W/m2 46280.46W/m2,入口温度为2(TC的水在多孔介质中的局部表面对流换热情况，随着流 速的增大，局部对流换热系数也逐渐增加，多孔介质内对流换热效果加强。实验发现在 较低流速v=0.01m/s时，沿着流动方向，对流换热系数变化不大，进入多孔介质测试段 后对流换热系数逐渐降低，流动一段距离x/De=3之后对流换热系数趋于平缓，几乎不 再变化。对比5个速度0.01~0.09m/s，流速越大，局部表面对流换热系数下降的幅度就 越大。图4.7描述了在不同流速下，水和0.5g/LPAM溶液的出口温度随热流密度qw的分布情况，流体出口温度随热流密度的增大而升高。
在多孔介质中的局部对流 表面换热情况。在整个多孔介质流道范围内，局部表面对流换热系数随着流速的增大而 增大，说明提高流速会加强多孔介质内对流换热效果。从图4.8还可以看出，在多孔介 质入口初始段，流速对局部表面对流换热系数的影响最明显，沿着无量纲长度方向流速 对加强局部换热效果的作用逐渐减弱。PAM溶液和水一样在一定流速下，在多孔介质 中局部表面对流换热系数沿着流动方向是下降的；流速越高对流换热系数下降的越 快。但是对比发现，水在x/De=3附近时局部表面对流换热系数比基本不再有变化。和 水不同，PAM溶液在x/De=5附近时1^才开始趋于平缓，说明几乎在整个多孔介质通道 Rhx是逐步降低的，对流换热沿流动方向逐渐减弱，水的hx是在初始段快速下降，很 快就趋于平稳。在图4.6和4.8都发现，在多孔介质的尾端，换热系数hx出现小幅的上 升，这是因为端部效应的结果。不加热时加热板端部与两端连接处温度平衡，加热之后 平衡打破，使加热板壁面沿着轴向方向会有加热的散失，沿轴向方向温度梯度要大一些， 在加热和不加热的交接区域。
不同流变参数的幂律流体，流动换热性质各不相同，本文主要研究流动特性指数》 对多孔介质内的流动换热的影响。流动换热实验中采用了三种浓度PAM溶液和水一起 进行研究，实验流体的入口温度都是2(TC。
质量浓度为〇.5g/L, 1.0g/L，1.5g/L的PAM溶液在20°C时的流动特性指数n分别 是0.7525, 0.5142，0.4301,随浓度的增大逐渐减小，水是牛顿流体《值取1。图4.9， 4.10呈现的是热流密度qw为9255.78 W/m2，18510.68 W/m2，实验流体速度为〇.〇4m/s 和0.08m/s时，水和三种浓度PAM溶液在多孔介质中对流换热情况。
图4.9流变特性指数对局部表面对流换热系数的影响(u=〇.〇4m/s)
Fig. 4.9 The effect of flow behavior index to Local convection heat transfer coefficient(u=0.04m/s)
图4.9给出了实验流体在四种流动特性指数下，沿多孔介质内流动方向局部对流换 热效果。由图4.9可知，流变特性指数《值越高，PAM溶液的局部表面对流换热系数越 大；《值越小，换热系数越低，换热效果越差。所以同样的工况条件下，水在多孔介质 中的对流换热性能要优于PAM溶液。这是因为《值越小，浓度越高的聚丙烯酰胺水溶 液结构更加紧密，相同空间内聚合物分子个数增加，分子间的距离就越小，分子间作用 力也就越大，粘度较大。在对流换热的过程中粘性耗散现象明显。幂律流体在多孔介质 中流动，由于粘性耗散所产生的热量使流体自身温度升高，减弱了流体与加热壁面的对 流换热效果。由实验结果可以得知，》值越小，假塑性越强的PAM溶液，粘性耗散越 剧烈，在多孔介质内的对流换热越差。如图4.8所示，u=0.04m/s工况下，值分别为
0.7525, 0.5142和0.4301的PAM溶液与的水的^差距较大。图4.10所示的同样热 流密度下，u=0.08m/s时，不同《值PAM溶液之间的hx差值比u=0.04m/s时的大。结果 表明，在热流密度不变的情况下，流速提高流体的对流换热系数増大，》值越小，非牛 顿性越强的流体，hx增加的幅度要小于非牛顿性弱的流体。
换热实验结论
(1)入口温度恒定的水和PAM溶液，随着流速的增大，局部对流换热系数也逐渐 增加，多孔介质内对流换热效果加强。
(2)水的换热进口段短，进入多孔介质后换热很快达到充分发展阶段，PAM溶液 的换热进口段要比水长，换热达到充分发展阶段需要的时间长。
(3)非牛顿性越强的PAM溶液，对流换热系数越低，换热效果越差
(4)提高流速，非牛顿性弱的PAM溶液对流换热系数增长幅度大于非牛顿性大的 PAM溶液。
4.3本章小结
(1)通过流动实验，研究不同温度，不同浓度的PAM溶液在多孔介质中的流动状 态，通过绘制/-Red曲线，分析研究流动特性指数即非牛顿性对流态的影响。
(2)在一定的温度、热流密度下，研究流速和幂律流体流变参数”对1*^溶液在 多孔介质中对流换热的影响。
结 论
本文对PAM水溶液进行了流变性实验，粘弹性实验以及在多孔介质中的流动和换 热实验，研究了 PAM水溶液自身的流变性和粘弹性，并依据流变性的研究，讨论了流 变参数对摩擦系数，雷诺数和对流换热系数的影响，得出以下结论：
(1)聚丙烯酰胺水溶液属于假塑性流体，《<1，表观粘度随着剪切速率的增大而减小， 呈现剪切变稀的现象，并且剪切速率足够大时，表观粘度基本不再降低。
(2)—定温度、剪切速率下，聚丙烯酰胺溶液的表观粘度随浓度的升高而增大，浓 度越高表观粘度增加的幅值就越大，并且呈现线性增长的趋势。流动特性指数《随着浓 度的升高而降低，稠度系数尤随着浓度的升高而升高，非牛顿性增加。
(3)伴随着温度的升高，同一浓度的聚合物溶液表观粘度逐渐降低，„值越来越大， 尤值越来越小，体现了温度依赖性。