探析复杂通道中湍流与热传递的场协同研究

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1、华南理工大学博士学位论文复杂通道中湍流与热传递的场协同研究姓名：陈颖申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：邓先和20030420撼要摘要寻求多种强化换热的方法是从辫传热研究人员一直努力的方向。传热学这门学科在全世界的努力下，已经在每个应用领域取得了巨大的进展。传热举发展到了今天，在传统减薄迭赛层的厚度蠛破坏边界滕躲方法基皴上，我国科攀家提出了一种强纯换热静新理论，即场协弼理论。这个理论谈为，强纯佳燕的滔的可班通过协同速度场与热流场的关系来达到。这个理论一经提出，就得到了困家教育部、中国科学院的重视，被列为“

2、国家重点基础研究发展规划”中解决离效节能关键科学闷藤稳瑾论豢导。本文针对工程中大最存在的湍流流动现象，研究了管内流动和管外流动的场协同控制机理，通过数德模拟的方法分析了时均速度矢量、时均温度梯度矢量及二蠹阕夹燕霹滚钵换热耱力鲍非用，并搀塞了一些改进换热麴颓措燕。首先研究了管肉湍流流动。通过对二维湍流流动麓量方程的分析推罨，得至Ⅱ了影响对流换热强度的备个因素。提出湍流流坜的传热层流底层中，Nu数不仅与传热时均温差AT、倦热层流底鼷的厚度占相必，也与流体的时均热流场与时麓速菠场爽是余弦萤COSa稳关。邋逶数蕴搂羧麴

3、方法验谣了溺谤司关系对滚流流体对流换热的影响。以横纹管为例，通过流体在不同肋高的横纹管中湍流流动时场协同穰度的比较，得出改变速度边界层中流体的冲刷状态是有效地控制湍流场蛰瘸熬一爨方法。根据场协同理论，分析了控制缩放管中流体湍流换热能力的因素，发现湍流流动并不总是提高热量传递能力。程收缩段中，泓度梯度与遮度的夹角余弦为正，滚动强化了按热；当流速与温度梯魔魄夹角为900时，流动簿换热无贡献；在扩张段孛，流速与温度撵笈的夹煮犬予90。，流动爱丽减骚了憨豹挨燕量。在缩教管肋高不变的情况下，增加收缩段的长度，减少扩张段的

4、长度，可以提商缩放管总的换热能力。枣戴鬟痊了一秘耱鼙续藏警彩式，在善邋绒液警优蘧缝镌懿基毯上，将扩张段的长度躐到最少，可提高其换热熊力4．67％一8．34％。同时谗增大了流体的阻力损失7．87％～15．22％。改型缩放管较之普通缩放管的综合换热性能有所掇高，在Re=15000～50000，r／=1．008～1．06e本文鹃第二部分楚研究管井静场协同视毽，对小Re数情况，矮数德模损方法分析了圆管束和椭圆管束的流动和换热特性。并在相同Re数或压降下，比较了它们各自控制换热的优势。在高Re数下，邋过对外掠四种不同长短

5、轴比例的糖国营素豹实验硬变，褥到了它稻豹挟燕彝浚韵疆力与翼e数翡关联式。在耪司压降下，当a：b=2．8：1时，椭圆管的综合换热饿能最好。华南理工大学工学博士学位论文本文在实验结果的基础上，在相同压降下比较了周长和管间距一样的椭圆翅片管的热力性能。发现，在小压差时，椭圆平直翅片管的换热能力不如圆形平直翅片管。但当Re。>288．2时，相同压降下椭圆平直翅片管(a：b=2-8：1)的换热能力高于圆形平直翅片管。但在开缝翅片管换热器中，椭圆管提高换热能力的空间不大，当△P=90Pa时，a：b=2．8：1的椭圆管的换热

6、能力较之圆管只提高3．03％，且改变椭圆长短轴的比例，换热的效果相差不大。总结本文的研究结果，说明只有当速度的模、温度梯度的模及两个矢量场夹角的余弦值共同作用为最大时，场协同的程度最佳。关键词：湍流：强化传热；场协同；缩放管；椭圆管IIAbstractHowtoseekthewaystoimprovetheheattransferperformancehasbeentheSUbjectofmanyresearchersandengineers．Undertheendeavorsoftheworld，heattr

7、ansferhasmadegreatdevelopmentsinmanyapplicationfields．Recently,ascientistproposesanovelconceptforconvectionheattransferenhancementinourcountry．ThatiscalledtheField-Synergytheory,whichrevealsthatheattransfercanbeaugmentedifthevelocityvectorscooperatewiththete

8、mperaturegradientvectorsThetheoryobtainsthesupportoftheEducationDepartmentandChineseAcademyofScience，anditguideshowtoresolvethekeyproblemsabouthighefficiencyandenergyconservation．Thestudyissuppo