层流场协同方程的验证及其性质

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程。场协同方程的意义在于能够求解一定边界条件所对应的最佳速度场,从而实现最优的传热效果。本文采用二维方腔内空气的层流对流换热模型,通过将最佳速度场与其它流场的换热结果进行比较,初步验证了场协同方程的正确性,并对场协同方程的优化过程和原理进行了深入的分析。     

管内对流换热的场协同分析及换热强化

导出管内湍流换热Nu与局域时均参数的关系式,将对流换热的场协同理论扩展至湍流换热。分析了管内对流换热的特点,并根据场协同理论提出强化湍流换热的方法,发展了一种新型强化换热管一交叉椭圆管,既适合于层流换热强化也适合于湍流换热强化,其强化传热效果显著而流阻较小。     

对流换热过程的热力学优化与传热优化

为了进一步明确对流换热过程中热力学优化与传热优化之间的差异,本文分别利用熵产最小原理、(火积)耗散极值原理针对两种边界条件下的对流换热问题进行分析,讨论熵产,(火积)耗散与有用能损失以及对流换热能力之间的关系.结果表明:熵产最小意味着系统的有用能损失最小,但并不反映系统的对流换热能力的强弱;而(火积)耗散取极值意味着系统的对流换热能力最强,但与系统的有用能损失不存在对应关系.因此,对于将降低有用能损失作为优化目标的换热问题应采用熵产最小原理进行分析;而对于需要将提高换热能力作为优化目标的对流换热问题应采用(火积)耗散极值原理进行分析.     

层流对流换热中的势容耗散极值与最小熵产

在一定的约束条件下,存在一个最优的速度场,它能够使得温度场和速度场的协同程度最好,从而使得对流换热的整体传热性能达到最优。目前对传热效果的评价存在熵产最小化和势容耗散取得极值两种不同的准测。分别根据这两种优化准则,用变分方法推导了在粘性耗散一定的条件下,稳态无内热源的层流对流换热的场协同方程,并对方腔内对流换热问题进行了优化。数值计算结果表明,势容耗散取得极值时的换热效果优于熵产最小的结果,因此势容耗散极值原理更适合做为对流换热的优化准则。     

基于(火积)耗散极值原理的管外流场优化

本文基于(火积)耗散极值原理得到了对流传热的优化场协同方程,用Fluent数值模拟求解层流状态下的管外流动换热的优化流场。得到了管外流动的优化速度场为多纵向涡结构形态,对优化流场进行分析,发现优化流场的综合换热效果远远高于原型流场。通过在管外添加扰流片的方法,来产生带有纵向涡的流场,达到优化管外流动传热的目的。数值模拟结果表明,添加扰流片在一定程度上可以强化管外对流换热。     

椭圆形和圆形翅片管流动与传热的数值研究

对椭圆管椭圆翅片间的流动与传热规律进行了三维数值研究,分析了不同翅片间距、迎面风速对表面换热系数和流动阻力的影响;与具有相同结构参数(相同的基管当量直径和翅片厚度、表面积)的圆管圆翅片进行比较表明,在相同条件下,两者的表面换热系数相差不大,但椭圆管椭圆翅片间流动阻力却有明显的减小.场协同分析表明,翅片迎风侧的换热要优于背风侧;通过适当增加迎风侧翅片面积,减小背风侧翅片面积,可以在强化换热的同时,减小流动阻力.     

新型椭圆管螺旋折流板换热器特性研究

三角漏流区是影响搭接螺旋折流板换热器综合性能的重要几何结构。本文改变以"堵"为主的传统三角漏流区优化方式,采用"疏"的理念,提出了一种新型椭圆管搭接螺旋折流板换热器。基于数值模拟和场协同理论分析得出,新型椭圆管搭接螺旋折流板换热器具有较好的纵向流特征,大幅减小了壳程压降;椭圆管周向布管,具有导流和增强局部换热作用;新型椭圆管周向布管搭接螺旋折流板换热器三场协同性好,综合性能优。     

单相对流传热中的熵产分析与优化

本文分析了圆管内单相对流传热过程的熵产,以局部熵产率为优化目标,流动功耗一定及能量与质量守恒为约束条件,应用拉格朗日极值原理对管内流动进行分析优化,导出局部熵产率为最小时的控制方程组,并运用Fluent软件对该方程组进行数值求解,得到圆管单相优化后的速度场与温度场。结果表明,以熵产最小为目标优化后的流场为多涡的纵向旋流,其换热及流动性能较好。     

椭圆管矩形翅片间空气流动的扰流特征

针对椭圆管矩形翅片间的空气流动特性,将应用于直接空冷电站椭圆管矩形翅片的几何中心相对于椭圆管的几何中心偏置.针对不同偏心距离x,以及不同入口风速u,得到空气侧对流换热系数h和压差P随u的变化规律.模拟结果表明翅片的偏置会对着空气侧的流动与换热产生不同影响:翅片向前偏置,低速尾流区对翅片表面换热的影响减小,空气侧总的表面...     

多股流换热器优化运行和控制研究

本文针对板翅式平行流多股流换热器,从最小能耗运行方面进行了优化研究,获得了在不同目标函数下的最优运行工况。并且,结合对流换热场协同理论,提出了多股流换热器运行和控制优化方法:当被控制的目标流体入口发生工况变动后,为了保证其出口工艺条件,调节不同的辅助流体所需的能量投入是不同的,其中有一种最佳的调节组合可以实现能量投入量最小。     

纵向翅片扁管换热器的结构优化

通过建立数值优化模型,对纵向翅片扁管换热器进行结构优化,得到了翅片长度、翅片间距及翅片高度对换热器热阻及空气侧对流换热系数的影响,同时还研究了不同热源温度、不同风速时换热器的优化结构,为工程应用提供了参考。     

空气-水蒸气流经扰流圈的冷凝传热强化

本文对含高浓度不凝组分存在条件下水蒸汽冷凝传热强化进行了机理分析和实验．结果表明,扰流圈能大大增加气液边界层的湍动强度,具有优越的强化传热、传质效果．在实验范围内,其冷凝传热膜系数是光滑管的１．９～３．５倍．     

等热流条件下潜热型功能热流体换热强化机理研究

本文分析了潜热型功能热流体强化换热的物理机制，并基于等效比热模型，对等热流条件下圆管内该类流体层流流动换热强化的各因素进行了敏感性分析．同时，改进了内部流动传统的Ｎμ定义，使之能更有效地表征功能热流体换热强化程度     

EHD效应强化管内油的强制对流换热实验

本文以高粘性流体为实验工质,对水平光滑管内油的层流流动换热进行了直流高压电场强化（ＥＨＤ效应）实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热流密度及流动速度,油温等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。验证了高粘性流体在ＥＨＤ效应下,综合换热性能同样有大幅度增加。     

EHD强化水平管外沸腾传热的试验研究

本研究对水平管外沸腾换热的ＥＨＤ强化进行了试验,得出了沸腾换热系数与外加电场的电压、管壁热流密度等相关参数的关系,并对试验现象和外加电场的功耗进行了分析,为探索ＥＨＤ强化沸腾传热的机理和理论以及它的工程应用提供了一定的依据．     

流体诱导振动复合强化传热的实验研究

本文提出了流体诱导振动复合强化传热新方法并进行了实验研究,实验结果表明流体诱导的振动与其他方式一样对传热有足够的影响。弹性管束在流体诱导下的面内振动与面外振动,可以低流速下在提高对流换热系数,降低污垢热阻,使传热效果显著增强。     

强化对流传热场协同唯象机制及其控制

根据对流传热强度与流体中存在的各种内场及其外场的关系,从唯象上阐明了降低温度边界层厚度、增加流体扰动和增加近壁面速度梯度的强化对流传热方法的物理机制,其本质是控制流体中内场及其外场之间的相互协同。给出了当流体中存在内场和外场时强化对流传热场协同控制方法,以此可指导发展强化对流传热单元的新方法。     

Heat Transfer Characteristics in a Double-Pipe Heat Exchanger Equipped with Coiled Circular Wires

An experimental investigation has been carried out to study the enhancement in heat transfer coefficient by inserting coiled wire around the outer surface of the inner tube of the double-pipe heat exchanger. Insulated wires, with a circular cross-section of 2 mm diameter, forming a coil of different pitches (p = 6, 12, and 20 mm), were used as turbulators. The investigation is performed for turbulent water flow in a double-pipe heat exchanger with cold water in the annulus space for both parallel and counter flows. The experiments were performed for Reynolds numbers ranging from 4,000 to 14,000. The experimental results reveal that the use of coiled circular wires leads to a considerable increase in heat transfer coefficients compared with a smooth wall tube for both parallel and counter water flows. The mean Nusselt number increases with Reynolds number and pitch. The convective heat transfer coefficient for a turbulent water flow increases for all coiled wire pitches, with the highest enhancement of about 450% for counter flow and 400% for the parallel flow. New correlations for mean relative Nusselt numbers at different coiled wire pitches are provided.     

自然循环加热段内摩擦阻力及对流传热的实验研究

以常压去离子水为工质,对自然循环工况下上升加热段内单相水的摩擦阻力及对流传热特性进行了实验研究.结果表明,自然循环工况下加热段内由浮升力引起的自由流动对摩擦阻力及对流传热特性有重要影响,自然循环与强制循环二种工况下加热段内的摩阻系数及对流换热系数存在明显差别;并且,自然循环工况下加热段内的摩擦阻力存在滞后现象.通过实验提出了计算自然循环工况下加热段内单相水的摩阻系数及对流换热系数的经验关系式.     

纳米流体对流换热的实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数的实验系统,测量了不同粒子体积份额的水-Cu纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数,实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一。综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素,提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式。