通道内对流换热场协同强化数值模拟研究

【摘要】：许多技术被用来提高对流换热,然而即使是对于简单的单相对流换热也没有一个统一的解释来揭示强化换热的本质。1998 年,我国学者过增元及其合作者通过分析边界层中的换热机制,提出了一个关于提高对流换热率的崭新理论,即场协同理论。此理论的核心内容是传热率和速度矢量与温度梯度的点积值的对应关系。 本论文根据场协同理论发展了二维和三维强化通道,并对周期性充分发展区域进行了数值模拟计算,对结果进行了讨论。对于二维通道层流和紊流都做了计算分析,而三维通道只对层流工况做了计算。所研究通道内的场协同度通过在通道内设置折流翅片来实现。翅片倾斜角度从0°到23.2°,无量纲通道高度从1.167 到2.833。通过对不同雷诺数下换热的数值计算,分析了翅片倾角及无量纲通道高度对换热的影响,并讨论了其流场和温度场。结果表明:雷诺数、翅片倾角和通道高度都是强化效果的重要影响因素。为了合理评价所研究通道的强化效果,采用相同泵功的评价方法对结果进行了讨论。对于三维通道还特别讨论了翅片材料对换热性能的影响,结果发现铜质翅片的强化换热效果明显优于钢质翅片。另外,分析了热力特性与速度矢量和温度梯度点积值的积分之间的一致性,这证明了场协同理论的正确性。