热漏对换热器(火积)耗散最小化的影响

建立了存在热漏的换热器的传热过程模型.假定热流体与冷流体间的传热以及冷流体与外界环境间的热漏均服从牛顿传热定律,在冷流体净传热量一定的条件下,应用最优控制理论导出了换热过程(火积)耗散最小时热流体温度和冷流体温度的最优构型,并将最优路径分别与热流体温度一定和热流率一定的传统传热策略进行了比较.研究结果对于实际换热器的优化设计和最优运行具有一定的理论指导意义.     

换热器性能分析新方法

鉴于以加热或冷却为目的的热量传递过程,其不可逆性应以NFDA1的耗散率来度量,为此可以用换热器中的NFDA1耗散率定义换热器的当量热阻,它既包含换热器中的传热热阻,还包含了由非逆流形式和非平衡流引起的附加热阻. 换热器当量热阻的倒数称之为换热器的当量热导. 通过NFDA1耗散定义的换热器当量热阻建立了传热不可逆性与有效度的联系,并导得了换热器有效度与当量热导（热阻）和热容量流比的统一函数关系式,它适用于不同流程布置的换热器. 因此,有效度-热导（热阻）方法能更方便于不同类型换热器性能的分析和比 关键词： 换热器 热阻 耗散 熵产     

矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对矩形肋片热沉, 分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标, 采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化, 比较了两种目标下的热沉最优构形, 并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响. 结果表明: 热沉外形固定时, 两种目标下均不存在最优的肋片厚度; 热沉外形自由变化时, 两种目标下的最优构形存在一定的差异. 此外, 全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响, 而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响. 提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值, 但对两种目标的减小程度不同. 总体上, 调节热沉结构参数使当量热阻最小, 可以同时获得很好的局部极限性能; 而调节热沉结构参数使最大热阻最小, 获得的整体平均散热性能却较差. 因此, 对本文热沉模型进行优化时, 以当量热阻最小化为优化目标更合理.     

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.     

Experimental and numerical analysis of cylindrical turbulators in a double pipe heat exchanger under turbulent flow conditions

In the present work, the use of cylindrical turbulators in a double pipe heat exchanger has been investigated. Cylindrical fin type of turbulators has been placed circumferentially separated by 90° on the outer side of an inner pipe at a regular pitch. Experimental studies were undertaken for different air flow rates in a turbulent regime whose Reynolds number range between 2500 and 10000. Heat transfer characteristics like Nu and friction factor have been experimentally determined. Parametric studies were conducted by changing the pitch and also the orientation of the turbulators. Nu and friction factor were found to increase as the pitch is reduced. A model with alternatively changed orientation outperformed others by exhibiting highest Nu and reduced friction factor.     

孤立系内热传导过程(火积)耗散的解析解

(火积)耗散与熵增均可以作为传热不可逆性的度量, 当前(火积)理论的反对者认为(火积)是不必要的. 为说明(火积)的必要性, 从有效性的角度进行了论证, 即在描述传热过程不可逆性的变化上, (火积)的严格解析解存在, 而熵的严格解析解难以得到. 本文构建了孤立系内的一维及多维热传导模型, 求解了温度及其梯度的级数型解析解, 将其代入(火积)耗散的求解式, 得到其最初的形式为一多重级数的多重积分, 交换积分与级数计算顺序, 并利用特征函数的正交性, 将(火积)耗散求解式中的积分运算求出, 并使级数的维数降低, 最终将其表示为一稳态项与一瞬态项加和的形式, 其极限与文献中的结果一致. 通过对孤立系内(火积)耗散解析解的求解可以得出: 由于热传导过程熵与(火积)的解析解求解难度不同, 在描述传热过程不可逆性变化上, (火积)更加有效; 对于孤立系内不同维数的热传导问题, 只要温度场解析解存在, (火积)耗散解析解均可以应用特征函数正交性求解得到.     

Optimization of fin geometry in heat convection with entransy theory

The entransy theory developed in recent years is used to optimize the aspect ratio of a plate fin in heat convection.Based on a two-dimensional model,the theoretical analysis shows that the minimum thermal resistance defined with the concept of entransy dissipation corresponds to the maximum heat transfer rate when the temperature of the heating surface is fixed.On the other hand,when the heat flux of the heating surface is fixed,the minimum thermal resistance corresponds to the minimum average temperature of the heating surface.The entropy optimization is also given for the heat transfer processes.It is observed that the minimum entropy generation,the minimum entropy generation number,and the minimum revised entropy generation number do not always correspond to the best heat transfer performance.In addition,the influence factors on the optimized aspect ratio of the plate fin are also discussed.The optimized ratio decreases with the enhancement of heat convection,while it increases with fin thermal conductivity increasing.     

波纹板式空冷器阻力与传热特性实验研究

在可改变风量和热水流量的实验条件下,对波纹板式空冷器的阻力与传热特性进行实验研究。得到了空气侧的阻力降关联式以及两侧的对流换热系数关联式,其适用于热水雷诺数在2000-8000之间、空气雷诺数在2000-10000之间。在相同工况下,比较了波纹板式、光管式和翅片管式空冷器的性能指标,结果表明:迎面风速在2.45-4.1 m/s之间,波纹板式空冷器传热系数达到100-160 W/m2/℃;约比光管式提高70%,但只有以管束外表面为基准的翅片管式传热系数的六分之一;板式空冷器单位体积换热量约是翅片管式空冷器的1.5倍,是光管式的15倍;板式空冷器单位功耗换热量约是光管式空冷器的5.5倍,而翅片管式空冷器与光管式空冷器则相差不大。     

升膜式板式换热器的换热性能研究

升膜蒸发是在换热器表面形成一层薄液膜,薄膜蒸发能够强化换热。文中研究采用光滑铜板的板式升膜蒸发器,以去离子水作为介质,在不同进水流量、不同加热量(热流密度)下,测定换热器某些点的局部换热系数,计算出总的换热系数,研究影响板式换热器升膜蒸发的因素和变化趋势。     

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.     

低温空气制冷系统中板翅换热器性能实验研究

对低温空气制冷系统中的散热器、回热器性能进行实验研究,测量不同工况条件下两个锯齿形板翅式换热器的换热效率及系统性能,分析了换热器低压侧和高压侧的空气流量对换热器及系统性能的影响。结果表明:(1)散热器低压侧空气流量是影响其效率的主要因素;(2)回热器效率随其低压侧空气流量的增大而增大,随其高压空气流量的增大而减小;(3)高压空气流量是影响制冷量的主要因素;在其它工况参数不变的条件下,高压空气流量增大7.9%,制冷量最大增加14.5%。     

微小型矩形槽道平板热管传热性能的数值模拟

在充分考虑槽道内汽-液界面剪切摩擦力下,建立了微小型矩形槽道平板热管的数学模型,通过迭代计算得出工质质量流量、流体和蒸汽平均流速、汽一液界面弯月面半径及蒸汽和液体压力沿轴向分布规律,最后对热管外壁面温度值的计算结果和实验结果进行了比较,两者数值基本一致,证明了所建数学模型与实际相符,对热管的理论分析具有指导意义。     

地埋管换热特性实验研究

使用恒温循环媒介,利用热平衡原理,建立了单U型管模拟实验装置,对埋管与岩土间的热传递进行了实验.实验表明,在距埋管较近的范围内,岩土层有较快的温度相应速率,而在较远的范围内,岩土层的温度相应速率较慢.通过埋管换热器传热性能实验,利用线热源模型得到了实验岩土的热导率.     

霜形成对翅片管换热器空气侧表面传热系数影响的实验研究

在空冷系统中,换热器空气侧的表面结霜问题是影响其应用和发展的主要问题。通过对结霜条件下翅片管换热器空气侧换热性能的实验研究,得出了空气湿度、翅片间距、风速等参数变化对空气侧当量表面传热系数的影响;结果表明在一定的范围内,结霜前期h0值随结霜时间τ急剧下降,在结霜后期,这些参数对h0值的影响大为削弱。     

Experimental and numerical study of the effect of conjugate heat transfer on film cooling

Combined convection heat transfer and thermal conduction for film cooling of a flat plate with 45° ribs on one wall was investigated experimentally and numerically. The flat plate surface temperature was measured using thermochromic liquid crystals. The results show that the film cooling is the main mechanism for the local cooling with a very low thermal conductivity while the convection heat transfer of the coolant in the coolant channel is the dominant heat transfer mechanism for the high thermal conductivity plate, with both film cooling and convection heat transfer by the coolant being important with medium thermal conductivity walls.     

套片式翅片管换热器传热与空气流动阻力性能试验研究

为了研究改变翅片材料对套片式翅片管换热器性能的影响,分别对采用铝翅片和黄铜翅片的套片式翅片管换热器(结构参数基本相同)进行传热特性与空气流动阻力特性的试验。试验得到了试件在一系列试验工况下的传热数据与管外空气流动阻力数据,通过计算得出了相应的传热准则关系式与管外空气流动阻力准则关系式,绘制了传热系数和管外空气流动阻力的有关图线。结果表明:黄铜翅片套片式换热器与铝翅片套片式换热器相比,换热性能优势明显,其原因主要是铝材比铜材软,与铜管胀接后的接触热阻大,因此换热性能更弱。     

新型沟槽道微热管散热性能实验研究

微热管以其效率高、响应快且无能耗,在高功率集成微电子散热方面应用广泛。针对电子器件的小型化、高能耗发展趋势,本文提出一种新型沟槽道微热管结构,对该沟槽道微热管进行稳态和瞬态热性能实验研究,研究了风速、角度、加热功率等因素对该新型热管的热性能影响规律。结果表明,该微热管在整个散热器传热上起主导作用,性能比达到0.88,冷凝端温差为0.8℃,具有良好的均温性,该微热管加热功率为140 W,空气流速1.5 m/s时,换热系数可达2 359 W/(m²·℃),热阻为0.27℃/W;高功率状态下可保持良好的热扩散性能,有效避免微热管的热应力集中,有望高效解决集成电子器件的散热问题。     

Different methods to calculate heat transfer coefficient in a double-tube heat exchanger: A comparative study

An experimental study performed to compare the results of different methods used in the literature for the calculation of heat transfer coefficient in double-tube heat exchangers. Then, a new fundamental approach was proposed which used the temperature profile and the local heat transfer coefficients. In this method, the heat transfer coefficient has been calculated for the total length of the heat exchanger including developing and fully developed regions. Numerous experimentations have been conducted in a double-tube heat exchanger. A significant difference observed between the results obtained from the suggested approach and those of the previous methods.     

(火积)的宏观物理意义及其应用

提高传热过程的性能是解决能源问题的重要途径之一. 本文通过与力学中相关概念进行对比,分析了传热过程性能优化的新物理量——(火积)的宏观物理意义. 通过(火积)与物体对外传热能力、(火积)定义的传热过程效率以及(火积)与热量传递驱动力的关系三方面分析,发现(火积)具有的宏观物理意义是物体包含的热量在温度场中所具有的势能. 并且,通过对流换热的(火积)理论优化介绍了(火积)理论在工程实际中的应用. 关键词： (火积) 宏观物理意义 势能 对流换热     

一种新型热管冷却单节的传热性能研究

针对目前内燃机车高温水散热器存在的弊端,结合热管技术的优点,设计出一种新型的热管式散热器,并利用Huent模拟软件对其冷却单节的传热性能进行研究.