分別測定水和PAM溶液在多孔介質中的流動換熱特性，研究流速和非牛頓流體流 動特性指數《對流動換熱效果的影響。
4.2.1流速對局部對流換熱的影響
圖 4.6 描述了在熱流密度 qw 分別為 9255.78W/m2，18510.68W/m2, 37023.1W/m2 46280.46W/m2,入口溫度為2(TC的水在多孔介質中的局部表面對流換熱情況，隨著流 速的增大，局部對流換熱系數也逐漸增加，多孔介質內對流換熱效果加強。實驗發現在 較低流速v=0.01m/s時，沿著流動方向，對流換熱系數變化不大，進入多孔介質測試段 后對流換熱系數逐漸降低，流動一段距離x/De=3之后對流換熱系數趨于平緩，幾乎不 再變化。對比5個速度0.01~0.09m/s，流速越大，局部表面對流換熱系數下降的幅度就 越大。圖4.7描述了在不同流速下，水和0.5g/LPAM溶液的出口溫度隨熱流密度qw的分布情況，流體出口溫度隨熱流密度的增大而升高。
在多孔介質中的局部對流 表面換熱情況。在整個多孔介質流道范圍內，局部表面對流換熱系數隨著流速的增大而 增大，說明提高流速會加強多孔介質內對流換熱效果。從圖4.8還可以看出，在多孔介 質入口初始段，流速對局部表面對流換熱系數的影響最明顯，沿著無量綱長度方向流速 對加強局部換熱效果的作用逐漸減弱。PAM溶液和水一樣在一定流速下，在多孔介質 中局部表面對流換熱系數沿著流動方向是下降的；流速越高對流換熱系數下降的越 快。但是對比發現，水在x/De=3附近時局部表面對流換熱系數比基本不再有變化。和 水不同，PAM溶液在x/De=5附近時1^才開始趨于平緩，說明幾乎在整個多孔介質通道 Rhx是逐步降低的，對流換熱沿流動方向逐漸減弱，水的hx是在初始段快速下降，很 快就趨于平穩。在圖4.6和4.8都發現，在多孔介質的尾端，換熱系數hx出現小幅的上 升，這是因為端部效應的結果。不加熱時加熱板端部與兩端連接處溫度平衡，加熱之后 平衡打破，使加熱板壁面沿著軸向方向會有加熱的散失，沿軸向方向溫度梯度要大一些， 在加熱和不加熱的交接區域。
不同流變參數的冪律流體，流動換熱性質各不相同，本文主要研究流動特性指數》 對多孔介質內的流動換熱的影響。流動換熱實驗中采用了三種濃度PAM溶液和水一起 進行研究，實驗流體的入口溫度都是2(TC。
質量濃度為〇.5g/L, 1.0g/L，1.5g/L的PAM溶液在20°C時的流動特性指數n分別 是0.7525, 0.5142，0.4301,隨濃度的增大逐漸減小，水是牛頓流體《值取1。圖4.9， 4.10呈現的是熱流密度qw為9255.78 W/m2，18510.68 W/m2，實驗流體速度為〇.〇4m/s 和0.08m/s時，水和三種濃度PAM溶液在多孔介質中對流換熱情況。
圖4.9流變特性指數對局部表面對流換熱系數的影響(u=〇.〇4m/s)
Fig. 4.9 The effect of flow behavior index to Local convection heat transfer coefficient(u=0.04m/s)
圖4.9給出了實驗流體在四種流動特性指數下，沿多孔介質內流動方向局部對流換 熱效果。由圖4.9可知，流變特性指數《值越高，PAM溶液的局部表面對流換熱系數越 大；《值越小，換熱系數越低，換熱效果越差。所以同樣的工況條件下，水在多孔介質 中的對流換熱性能要優于PAM溶液。這是因為《值越小，濃度越高的聚丙烯酰胺水溶 液結構更加緊密，相同空間內聚合物分子個數增加，分子間的距離就越小，分子間作用 力也就越大，粘度較大。在對流換熱的過程中粘性耗散現象明顯。冪律流體在多孔介質 中流動，由于粘性耗散所產生的熱量使流體自身溫度升高，減弱了流體與加熱壁面的對 流換熱效果。由實驗結果可以得知，》值越小，假塑性越強的PAM溶液，粘性耗散越 劇烈，在多孔介質內的對流換熱越差。如圖4.8所示，u=0.04m/s工況下，值分別為
0.7525, 0.5142和0.4301的PAM溶液與的水的^差距較大。圖4.10所示的同樣熱 流密度下，u=0.08m/s時，不同《值PAM溶液之間的hx差值比u=0.04m/s時的大。結果 表明，在熱流密度不變的情況下，流速提高流體的對流換熱系數増大，》值越小，非牛 頓性越強的流體，hx增加的幅度要小于非牛頓性弱的流體。
換熱實驗結論
(1)入口溫度恒定的水和PAM溶液，隨著流速的增大，局部對流換熱系數也逐漸 增加，多孔介質內對流換熱效果加強。
(2)水的換熱進口段短，進入多孔介質后換熱很快達到充分發展階段，PAM溶液 的換熱進口段要比水長，換熱達到充分發展階段需要的時間長。
(3)非牛頓性越強的PAM溶液，對流換熱系數越低，換熱效果越差
(4)提高流速，非牛頓性弱的PAM溶液對流換熱系數增長幅度大于非牛頓性大的 PAM溶液。
4.3本章小結
(1)通過流動實驗，研究不同溫度，不同濃度的PAM溶液在多孔介質中的流動狀 態，通過繪制/-Red曲線，分析研究流動特性指數即非牛頓性對流態的影響。
(2)在一定的溫度、熱流密度下，研究流速和冪律流體流變參數”對1*^溶液在 多孔介質中對流換熱的影響。
結 論
本文對PAM水溶液進行了流變性實驗，粘彈性實驗以及在多孔介質中的流動和換 熱實驗，研究了 PAM水溶液自身的流變性和粘彈性，并依據流變性的研究，討論了流 變參數對摩擦系數，雷諾數和對流換熱系數的影響，得出以下結論：
(1)聚丙烯酰胺水溶液屬于假塑性流體，《<1，表觀粘度隨著剪切速率的增大而減小， 呈現剪切變稀的現象，并且剪切速率足夠大時，表觀粘度基本不再降低。
(2)—定溫度、剪切速率下，聚丙烯酰胺溶液的表觀粘度隨濃度的升高而增大，濃 度越高表觀粘度增加的幅值就越大，并且呈現線性增長的趨勢。流動特性指數《隨著濃 度的升高而降低，稠度系數尤隨著濃度的升高而升高，非牛頓性增加。
(3)伴隨著溫度的升高，同一濃度的聚合物溶液表觀粘度逐漸降低，„值越來越大， 尤值越來越小，體現了溫度依賴性。