针对多尺寸颗粒堆积组成的多孔介质碎片床，研究其冷却性分析模型中有效直径的选取准则 基于方程和针对性实验，验证多尺寸颗粒组成的多孔介质床的有效直径及其相关计算方法研究结果表明，多孔介质碎片床的有效直径与流体在多孔介质内的流动雷诺数有关，当雷诺数较低时（Re_p〈7），面积平均直径可以表征多孔介质的有效直径； 随着流动雷诺数的增加（Re_p〈7）长度平均直径更加接近其有效直径。

有效直径多尺寸颗粒堆积多孔介质有效直径计算方法

由Ergun方程可以看出，颗粒的有效直径d是流动压降计算的重要参数。对多尺寸颗粒组成的多孔介质床，其有效直径的计算则 依据不同的理论分析和参考权重，采用了不同的计算方法，还没有统一的结论。Soo（1990） 总结了4种最为常用的有效直径计算方法，分别被称为质量平均直径d_m面积平均直径d_a长度平均直径d₁和数 目平均直径d_n。

给出 了三种球形颗粒堆积的多孔介质床的4 种平均直径计算结果。即使对同一个多孔介质堆积床，基于不同 平均直径计算公式得到的有效直径是不同的，其值的大小甚至相差一倍因此一个自然而然的问题就是，应该用什么公式来计算这种特殊结构的由多尺寸颗粒组成的多孔介质碎片床的有效直径？ 将基于方程和针对性实验，验证多尺寸颗粒组成的多孔介质床的有效直径及其相关计算方法。

有效直径多孔介质实验床

实验使用多尺寸的玻璃球直径范围为0.7～10mm各个直径玻璃球的质量分布则是依据已有的严重事故相关实验中获得的碎片床尺寸分布信息 （ 如Lindholm（2002）；Magallon（2006）），基于实验床组成颗粒的尺寸分布，通过公式分别进行计算可知，实验床组成颗粒的质量平均直径是3.97mm，面积平均直径是2.12mm ，长度平均直径是1.18mm 数目平均直径是0.9mm。由计算结果可以看到，不同平均直径的数值相差很大，进一步说明进行多孔介质有效直径的验证是非常有必要的。

有效直径实验结果

实验测量的多孔介质实验床在不同流速下的压降梯度。为便于对比 ，也给出了Ergun方程基于4种平均直径（dm，da，d1，dn）预测计算得到的压降梯度值。当流动雷诺数Re_p较低时 （Re_p〈7），利用 面积平均直径计算得到的结果与实验测量的流动压降吻合得很好；随着流动雷诺数Re_p的增加（Re_p〈7），实验数据更加接近基于长度平均直径预测计算的流动压降。清晰地显示了在不同雷诺数范围内实验测量压降梯度与Ergun方程基于不同平均直径预测计算结果。

为进一步验证多孔介质实验床的有效直径，利用实验中测量得到的不同流速下的压降梯度，耦合Ergun方程，逆向推导，可以得到不同流动雷诺数Re_p范围内的有效直径 （d_e）。当Re_p小于7 时，计算得到的有效直径为1.89mm，比较接近面积平均直径计算值，2.12mm，偏差小于15%，当Re_p大于7时，计算得到的有效直径为1.22mm，相对接近长度平均直径计算值，1.18mm，偏差小于4%。