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。     

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.     

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。     

传质势容耗散极值原理及通风排污过程的优化

为了获得排污效率较高的室内通风方式,本文将传热势容耗散极值原理应用到对流传质过程分析,定义了传质势容耗散函数,并利用变分原理在给定条件下对耗散函数求极值,获得了场协同方程,求解场协同方程获得了最佳流场,使传质势容耗散取得极小值,室内污染物浓度最低.这些结论对通风排污过程的分析与优化设计有重要指导意义.     

导热优化中的最小传递势容耗散与最小熵产

为了比较分析强化传热中存在的熵产最小化和传递势容耗散最小化两种不同的方法,针对体点问题,根据这两种方法对导热系数分布进行了优化。数值计算和理论分析的结果表明,根据最小传递势容耗散原理得到的结果优于最小熵产原理得到的结果。其原因在于传递势容耗散最小的优化目标是提高热量传递效率,而熵产最小的优化目标实际上是减少可用能损失。     

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。     

矩形通道内层流对流换热的最优速度场

针对矩形通道内的层流对流换热问题,通过数值求解速度场协同方程,得到了给定黏性耗散条件下通道内的最优速度场为多纵向涡的流动结构,表明多纵向涡流型可在流阻增加不多的情况下使换热显著强化.通过在通道壁面布置不连续双斜肋,在通道内产生了接近于最优速度场的多纵向涡流动,数值计算结果表明,在Re=1000时,与光滑通道相比,不连续...     

基于(火积)耗散率最小的T-Y形肋片构形优化

基于构形理论,以导热和对流换热总(火积)耗散率最小为优化目标,对T-Y形肋片进行构形优化,得到同时考虑导热和对流换热(火积)耗散性能的T-Y形肋片最优构形。结果表明:存在最佳单元级直肋和中部空腔高度和长度比使得T-Y形肋片无量纲当量热阻取得二次最小值。增大肋片高度和长度比和肋片占比有助于提高T-Y形肋片整体传热性能。T-Y形肋片与T形肋片相比,T-Y形肋片二次最小无量纲当量热阻降低32.33%,此时T-Y形肋片温度梯度场更均匀,整体传热性能得到明显提高。     

基于(火积)与熵产分析的最优相变温度研究

蓄能对分布式能源系统的效率有较大影响。本文对于分布式能源系统中蓄能的相变温度,分别采用熵产极值,(火积)耗散极值与广义热阻极值进行优化。结果表明,(火积)耗散极值与广义热阻极值作为优化准则所得的最优相变温度对应蓄热取热功率的极大值。此外,基于(火积)耗散分析方法,分析了二级蓄能的蓄热取热能力,结果表明二级蓄能的蓄热取热量比单级蓄能大,二级蓄能与单级蓄能蓄热量之比与冷热流体入口温度无关,仅与传热单元数有关,且当传热单元数趋于无穷大时,二级蓄能与单级蓄能的蓄热量之比趋于四分之三。     

具体热源的湍流对流中热量传递势容耗散的界

本文从数学上确定了具体热源的湍流对流中时均热量传递势容耗散的上界和下界,该上界和下界反映了体热源对湍流对流中热量传递势容耗散的影响.其上界表明具体热源的湍流对流中时均热最传递势容耗散不会大于导热情况下时均热量传递势容耗散;其下界表明,给定湍流流场的统计特性,即在某种意义上,粘性耗散一定,这时时均热量传递势容耗散可能达到的下界依赖于体热源和速度的时均值.     

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。     

基于(火积)理论的轧钢加热炉壁变截面绝热层构形优化

基于绝热过程(火积)耗散极值原理, 分别在对流传热和复合传热(对流和辐射传热)边界条件下, 对轧钢加热炉壁变截面绝热层进行构形优化, 得到(火积)耗散率最小的绝热层最优构形. 结果表明: 与等截面绝热层相比, (火积)耗散率最小的变截面绝热层整体绝热性能更优. 热损失率最小和(火积)耗散率最小的绝热层最优构形是不同的. 热损失率最小的绝热层最优构形使得其能量损失减小, 而(火积)耗散率最小的绝热层最优构形使得其整体绝热性能提高. (火积)耗散率最小和最大温度梯度最小的变截面绝热层最优构形差别较小, 此时(火积)耗散率最小的绝热层最优构形在提高绝热层整体绝热性能的同时也提高了其热安全性. 基于(火积)理论的绝热层构形优化为绝热系统的优化设计提供了新的指导.     

高效低阻强化换热技术的三场协同性探讨

在流场和温度场协同的基础上,分析了流场和压力场的协同配合关系.分析表明:在换热强化基本相同的情况下,增大速度和压力梯度间的夹角,可以改善速度场和压力场的协同性,从而减小压降的增大,实现较小压降下获得较高的换热性能.说明了高效低阻强化换热的技术在于温度场、速度场和压力场的较好协同.     

有限存贮空间内可燃多孔介质流动和传热的研究

对通风条件下可燃多孔介质库房内的流动和传热特性进行了数值模拟,得到了库房有限空间内的温度场和速度场.通过比较不同的来流温度和入口流速,得到的结果表明:可燃多孔介质(弹药)内部发生化学反应并产生热量,其温度由中心向四周逐渐降低;来流流速越大,越有利于弹药的冷却;在来流速度相同的情况下,来流温度越低,越有利于散热,对于可燃多孔介质(弹药)的贮存越安全;在左侧进风口的上下两边以及可燃多孔介质(弹药)的上方,会形成漩涡.     

Advanced Study of Unsteady Heat and Chemical Reaction with Ramped Wall and Slip Effect on a Viscous Fluid

This paper investigate the effect of slip boundary condition, thermal radiation, heat source, Dufour number,chemical reaction and viscous dissipation on heat and mass transfer of unsteady free convective MHD flow of a viscous fluid past through a vertical plate embedded in a porous media. Numerical results are obtained for solving the nonlinear governing momentum, energy and concentration equations with slip boundary condition, ramped wall temperature and ramped wall concentration on the surface of the vertical plate. The influence of emerging parameters on velocity,temperature and concentration fields are shown graphically.