场协同原理在对流换热中的应用方法

从场协同原理的基本概念出发,结合对流换热中的基本认识,得出了对流换热时场协同指导性原则中大值原则与匹配性原则的量化方法.在换热面的微元处进行协同角定义的改进,使场协同原理更适合于对流换热的处理,并改进场协同角的算术平均方法,用以评价协同性能.提出积分平均方法,用以评价带速度权的整体协同性能.提出协同匹配系数的概念,用以评价协同匹配性能,并使用无量纲C-V图与K图对协同匹配性能的分布进行分析.     

场协同理论与换热器强化传热技术

概述目前工业上普遍使用的强化传热技术,介绍场协同理论的概念和在强化传热研究中的应用及其对于提高换热器传热效率、节约能源重要的作用.     

电晕放电强化气体对流换热研究进展

在气体中施加高压电场后，引起气体放电，产生的电晕风可以强化空气的对流换热。综述了国内外电晕风强化气体对流换热方面的研究进展，概括了以往研究的特点，指出了目前研究所存在的问题，对今后在该领域的研究方向及重点提出了建议。     

应用流体旋转法强化单相流体管内强制对流换热

论述了流体在滚压成型的螺纹槽管内的强化传热机理、旋转流动状况、管内传热和阻力增加情况及计算方法。     

以水为工质的EHD强化管内对流换热实验研究

以水作为工质,实验研究了EHD(Electrohydrodynamics)对水套管式换热器内对流换热过程的强化作用机理。实验中,在水套管换热器换热管中心设置一直流式高压电极,电极电压DC设置范围为0～40 kV,分别进行了5组不同流量下不同电压值的组合强化实验。实验结果表明:不同管内流量条件下电场对管内传热过程均有不同程度的强化作用,当流量为0.1 m3/h时,其电场强化系数θ最大,为1.224;流量为1.0 m3/h时,电场强化系数θ最小。实验证实了电场对于以水为工质的对流传热过程具有强化作用,但电场强化效果具有对流量变化敏感性的特点,同流量下存在最佳强化电压值而非电压值越高强化效果越大。     

纵向涡强化竖直平板自然对流换热的实验研究

对纵向涡强化竖直平板自然对流换热进行了实验研究。结果表明，在一定的Rayleigh数范围内，直角三角翼纵向涡发生器的攻角、翼高、翼宽等几何参数是影响强化换热的主要因素。存在最佳攻角；宽高比一定时，翼高和翼宽的变化会影响换热的效果。发现在直角三角翼阵列中前排直角三角翼产生的纵向涡可以强化后排直角三角翼纵向涡的换热。将直角三角翼与矩形低肋换热表面的性能作了对比性实验，在其他条件相同的情况下，直角三角翼强化换热的效果优于矩形低肋。     

管内经对流换热的热力经济性分析

鉴于管内换热和阻力同步增长的事实,依据Ｗｅｂｂ指标对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导,得到了热力性能指标Ｑ／Ｑｓ、Ｐ／Ｐｓ和Ｆ／Ｆ与管内对流换热努氏数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式。在此基础上,对螺旋槽管强化管内换热的热力性能进行了分析。     

竖壁自然对流换热系数计算研究

本文对竖壁自然对流求解提出了新的条件假设，给出了其合理的控制方程，通过计算，得出了自然对流计算的新准则关系式，拓展准则的适用范围，可以为工程精计算采用。     

自激振荡脉冲对流换热的实验研究

将Helmhotz共振腔应用于换热器来增强换热是一种新的强化换热方法。设计了一种换热效果较好的Helmhotz共振腔，并通过实验研究了Helmhotz共振腔对换热器的换热强化效果，分析了水力参数和结构参数对换热效果的影响，结果发现：对一定结构的共振腔，配以适当的水力参数，就可以产生自激振荡；对于同一结构的共振腔，水力参数不同，产生自激振荡的强弱也不同，随着压力的增加，自激振荡的强度也增加；将共振腔产生的自激振荡流引入换热器后，当自激振荡达到一定的强度时，能够破坏层流底层，从而可以强化换热；Helmhotz共振腔在绝大多数工况下能将管内换热系数提高10%-30%。     

电场作用下电对流强化换热现象研究

为了揭示电场对自然对流换热的影响,采用高速摄影技术对R113工质在自然对流区的电对流强化换热现象进行了实验研究,高压电源1～5 kV、热流密度4.46～17.80 kW/m~2,分析了电对流层高度、加热面温度、对流换热系数以及电场的强化换热系数的动态变化规律。实验发现:施加电场后,在加热面上方形成了稳定的电对流层,电对流层高度随着施加电压的升高而逐渐减小,由于电场增强流体的扰动,使得壁面温度降低,进而强化了换热,实验中强化换热系数可达1.2倍。     

省煤器鳍片管强化传热的三维数值模拟和场协同原理分析

利用FLUENT软件对省煤器横截面积恒定的4种矩形鳍片管的传热和流动特性进行了三维数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行了比较.并用场协同理论进行了分析.结果表明:Re数在2 000～5 000范围内,5 mm×20 mm矩形鳍片管的换热区域速度场和温度场协同度较高并且流动阻力系数较小,其综合强化传热效果好.     

缩放管管外流动沸腾换热的数值模拟与场协同分析

本文利用FLUENT软件对制冷剂R134a在光管和缩放管水平管外沸腾传热进行了三维数值模拟,得到了其饱和泡状沸腾过程中体积含汽率的分布规律,并比较了它们的换热系数,结果表明:缩放管外侧能够很好地强化沸腾传热.此外,通过改变边界条件分析了质量流量、热流密度的变化对缩放管管外沸腾换热系数的影响.最后应用场协同理论,从局部换热角度分析其强化机理.研究表明:缩放管水平管外沸腾换热得到强化的原因是其凹槽前后的速度场与温度梯度场之间夹角更小,协同程度更好.     

基于场协同理论的超声波对强化换热影响

本研究分别对圆管、波节管和横纹管在Fluent软件中进行数值模拟,模拟了3种管型在紊流工况下的换热效果并对数值模拟所得到的结果用场协同的理论分析。结果表明:从场协同理论得出加入超声波会增强场的协同程度,增强换热管的换热效果;圆管、波节管、横纹管的场协同数则随着雷诺数的增加而减小;而努塞尔数和表面传热系数随着雷诺数的增加而增加,综合性能系数随着雷诺数的增加而增加,而效能评价系数会随着雷诺数的增加而减小。     

Field synergy equation for turbulent heat transfer and its application

A field synergy equation with a set of specified constraints for turbulent heat transfer developed based on the extremum entransy dissipation principle can be used to increase the field synergy between the time-averaged velocity and time-averaged temperature gradient fields over the entire fluid flow domain to optimize the heat transfer in turbulent flow. The solution of the field synergy equation gives the optimal flow field having the best field synergy for a given decrement of the mean kinetic energy, which maximizes the heat transfer. As an example, the field synergy analysis for turbulent heat transfer between parallel plates is presented. The analysis shows that a velocity field with small eddies near the boundary effectively enhances the heat transfer in turbulent flow especially when the eddy height which are perpendicular to the primary flow direction, are about half of the turbulent flow transition layer thickness. With the guide of this optimal velocity field, appropriate internal fins can be attached to the parallel plates to produce a velocity field close to the optimal one, so as to increase the field synergy and optimize the turbulent heat transfer.     

散热片基板开孔对自然对流换热的影响

为研究自然对流情况下矩形散热片基板开孔对换热的影响,采用数值模拟方法对基板开孔的散热片的传热性能进行了分析,讨论了开孔后换热强化的物理机制。结果表明:开孔后发热元件的温度降低;通孔破坏了散热片基板上速度边界层的形成,从而强化了局部表面处的对流换热。     

管内强化对流换热的热力经济性分析

鉴于管内换热和阻力同步增长的事实,依据Ｗｅｂｂ指标对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导,得到了热力性能指标Ｑ／ＱＳ、Ｐ／ＰＳ和Ｆ／ＦＳ与管内对流换热努氏数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式。在此基础上,对螺旋槽管强化管内换热的热力性能进行了分析。     

Experimental verification of the field synergy principle

In this paper, the basic idea of the field synergy principle (FSP) is briefly reviewed and is validated experimentally by incompressible flow through a square duct with an imposed temperature difference between vertical walls and perfectly insulated on the horizontal walls. This creates a situation where the steamwise flow velocity is normal to the cross section temperature gradient. The experimental results show the independency of crosswise heat transfer rate on the steamwise flow velocity. Detailed discussion is provided to account for some minor deviation from the expected results of FSP.     

新型横纹螺旋盘管强化传热的数值模拟

为了增强螺旋盘管的传热性能,对现有的普通螺旋盘管进行优化设计,提出一种管壁向内凸起形成环肋的异型管,称为横纹螺旋盘管。通过数值模拟方法对横纹螺旋盘管和普通盘管内部流动和传热过程进行模拟。应用场协同原理对其速度场和温度场的协同作用进行分析。实验数据与仿真结果的误差在5%以内,验证了数值模拟方法的正确性。在不同Re(雷诺数)条件下,计算两种盘管的Nu(努塞尔数),进而与Gnielinski(格尼林斯基)修正公式计算结果进行比较,误差在10%以内。结果表明:环肋结构通过工质旋转流动破坏边界层厚度,改善了管内速度场与温度场的协同程度,从而实现了强化传热。在较高的Re范围内,横纹螺旋盘管的Nu为普通盘管的1.29~1.43倍。因此,横纹螺旋盘管具有更好的传热性能,为异型螺旋盘管的研究及工程应用提供一定的理论依据。     

基于场协同理论的强化传热综合性能评价因子

从场协同原理出发,提出了基于场协同理论的无因次性能因子来综合评价换热表面的强化传热效果。为表述其正确性,列举了螺旋扭曲扁管及波纹板通道两个例子,进行三维数值模拟,计算了无因次性能因子并将其与传统的强化传热评价因子进行比较,结果表明:两者趋势一致,能够反映换热表面的综合性能,可以将其作为强化传热综合性能的评价参量。