磁热场协同作用下的传热传质强化

通过三维非稳态动量和能量方程的模拟,对圆管通道内空气的磁热风作用机理进行了分析。得出了无量纲长径比为 20、30、62和100,带电线圈和管道的直径比从2到200时磁场密度的梯度的影响规律。磁场与温度场的协同作用改变了速度和温度边界层的分布,存在最优条件下的强化传热、传质效果。     

基于场协同理论的热声回热器数值研究

热声回热器是热声热机的重要部件。基于Rayleigh准则,提出回热器内流固之间的对流换热强度是影响热声热机整体性能的重要因素。利用改进的数值模型,模拟了平行板叠内回热器的速度与温度分布特性,并分析了板叠内部对流换热及整机性能之间的对应关系。此外,基于强化对流传热的场协同理论,提出了4种新型结构的异型回热器,并分别对其换热性能与热声转换性能进行了对比分析研究:表明采用混合型回热器的热声热机具有更优越的工作性能,输出声功的压力振幅较普通结构回热器可提高2.8%。研究结果验证了热声回热器内部对流换热强度与热声热机性能呈正相关性,通过改良回热器结构可有效提高热声热机的热声转换性能。     

波纹通道换热特性的三维数值研究和场协同分析

应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,对顺人字组合及软硬板组合波纹通道内三维稳态湍流流场进行了数值模拟,定量计算了不同流动速度和不同结构参数下波纹通道的传热因子j和摩擦系数f,得到了波纹通道换热与流动阻力随波纹夹角β及波纹密度λ/h的变化规律,进而对波纹通道进行了整体性能评价,并从场协同理论角度,分析了波纹通道强化换热的机理。     

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。     

微酒窝通道与圆柱面凹槽通道对流传热强化分析

结合对流传热场协同原理分析了微酒窝通道、圆柱面凹槽通道及低肋通道强化传热特点,研究发现酒窝与圆柱面凹槽强化传热主要原因为:1)增加近壁区流体扰动,促进酒窝或凹槽内部流体与主流之间的传热;2)酒窝与凹槽均可扩展传热面积,进而提高总传热量。与低肋通道相比,酒窝与圆柱面凹槽仅对其附近流体的流动产生影响,而对主流流体的流动影响较小,进而阻力增加较少。提出传热量单元性能参数PEC_A作为评价指标,酒窝通道综合性能参数略高于圆柱面凹槽通道,而远高于低肋通道。     

离心力场作用下三维流动和传热的场协同理论探讨

通过对能量方程进行体积分得到了三维流场中场协同理论的表达式。该式不仅含速度矢量与温度梯度矢量的点积项,还含有速度矢量与压力梯度矢量的点积项。在此基础上讨论了速度场、压力场、温度场之间的协同关系,探讨了通过政变边界条件调节诸场形态,实现传热强化的方法。并通过三个盘腔算例,对此方法进行了验证。     

圆管内插入环状多孔介质的换热性能研究及其场协同分析

本文运用数值计算的方法,以空气为流动介质,研究了圆管内插入环状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并进行了场协同分析.结果表明,在圆管内插入环状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC值随Re数的增大呈现缓慢增大的趋势.多孔材料的孔隙率对综合性能的影响最为明显,孔隙率越高,综合性能越好.     

微波强化萃取的机理及场协同分析

从能量公设出发,得出外场作用下有效成分的化学势普遍化形式,从而推导出微波辅助萃取的过程中,有效成分扩散传质的推动力。根据推动力与扩散传质通量的线性函数关系,得出有效成分的扩散传质通量数学表达式。分析表明:微波强化萃取的机理主要表现在两个方面,一方面,微波在颗粒中心形成一反转温度,使得中心温度比较高,形成沿颗粒半径方向的温度梯度。另一方面,因为颗粒内部含有大量水分,微波加热时,水迅速蒸发成水蒸汽,从而形成较大的从内向外的压力梯度。由于温度梯度、压力梯度、浓度势梯度方向相同,因此,有效成分扩散传质通量取极大值。     

入口段协同式翅片强化单相对流换热数值模拟

对二维平行平板通道入口段内设置协同式折流翅片的层流换热和流动特性进行了数值模拟。研究了翅片倾角以及通道长高比L／H对换热和阻力特性的影响。研究的Re数范围为100-1000。在翅片倾角β=0°-21.8°范围内, 通道内平均Nu数随翅片倾角β的增大而单调增大,随通道长度增大而单调减小。如果从相同泵功下强化效果来评价, 则是小倾角翅片较优,并且随Re数增大强化效果减弱。另外,分析表明,场的协同确实与换热率密切相关。     

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.     

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。     

细圆管内纳米颗粒悬浮液强化对流换热的探讨

实验研究了细圆管内去离子水和氧化铜纳米颗粒悬浮液的对流换热特性。根据实验数据,得到纳米颗粒悬浮液相对于去离子水的对流换热强化特性。结果表明,氧化铜纳米颗粒的加入强化了去离子水的换热性能,其强化程度随Re的变化因管径而异,并且与流态有关。     

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。     

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.     

雾化喷射冷却的机理及模型研究

雾化喷射冷却的换热机理十分复杂,目前其研究还很不成熟。本文从喷射雾滴的特性参数出发,以被冷却表面上形成的喷射液膜为对象,考虑了冷却液体向环境的散热,建立质量、能量守恒方程,得到半经验半解析的雾化喷射换热模型。其中,本文提出真换热系数和显换热系数的概念,认为显换热系数受空间散热影响,而真换热系数只与喷雾动量有关。最后设计了雾化喷射局部换热实验,对模型进行检验,结果表明,该模型能够较好地符合实验所得的换热系数及加热面表面温度沿喷射半径的分布趋势。     

正六边形板式换热器传热和流动特性研究

本文研究了一种具有球面肋的正六边形板式换热器,分别对其两流体和三流体换热的情况进行数值模拟,讨论了其在顺流和逆流状态下的性能.与60°的人字形板式换热器进行比较,正六边形板式换热器在单位压降下的综合传热性能较优.本文还拟合了传热准则方程式和摩擦系数方程式.结果表明,该种新型板式换热器结构紧凑,布置灵活,具有好的综合传热...     

异形管管内对流换热性能的测试

本文提出了一种较准确测量管外壁面温度的热电偶埋设方法,实验研究了交叉椭圆管的管内换热性能。结果表明,该方法可较好的将管外换热热阻分离开来,实现异形管内换热性能的测试。     

纵向涡强化换热特性及机理分析

本文在尼Re=190～1125范围内对两种不同形状纵向涡发生器(矩形、三角形)以两种不同方式(渐缩式、渐扩式)布置于平行通道内的流动换热特性进行了三维数值模拟研究,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析.结果表明:纵向涡使通道换热得到很大提高,通道平均Num数最大可提高46%.比较了通道性能评价指标(Num/Num0)/(f/f0),综合性能三角翼优于矩形翼,对于三角翼布置方式不同对综合性能影响不大,对于矩形翼渐扩方式布置优于渐缩方式.纵向涡使速度与温度梯度的平均夹角减小,通道中流场和温度场协同程度得到改善.