一種正交凹槽流道的流動與傳熱特性及應(yīng)用研究.pdf

1、初級能源消費中80％要經(jīng)歷傳熱和換熱設(shè)備，傳熱過程效率的高低將直接影響各個行業(yè)中的能源使用效率。近年來的研究表明，混沌對流能夠顯著地強化混合與傳熱，這為設(shè)計高效緊湊的混合與換熱設(shè)備提供了一種新思路和新方法。本文通過理論分析、數(shù)值模擬與試驗手段，研究了混沌對流的強化傳熱及混合特性，提出了一種方便制造和工程應(yīng)用的正交凹槽混沌對流結(jié)構(gòu)，分析了其流體流動與傳熱、混合特性，討論了其在靜態(tài)混合器以及板翅式換熱器中的應(yīng)用狀況。本論文的主要工作為:

2、r>　　1、對L型混沌流道與普通平直流道內(nèi)流體的流動與傳熱特性進行了三維數(shù)值模擬與比較分析，結(jié)果表明，L型混沌流道可以使流體在較小的流速條件下產(chǎn)生混沌對流，這種流動形態(tài)可以促進流道內(nèi)主流區(qū)流體與近壁面附近流體間的相互混合，增加了流體間的相互擾動，使得流道內(nèi)各個截面的溫度分布更為均勻，從而強化了傳熱。
　　2、基于混沌對流形成的特點，提出了一種在流動方向上具有正交凹槽結(jié)構(gòu)的新型混沌流道，并采用正交實驗設(shè)計方法，分析了流道寬度、流道高

3、度、凹槽深度、凹槽直徑、平直段長度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對流體流動和傳熱性能的影響，同時還采用田口方法對其綜合性能進行了評價分析。
　　3、綜合研究了正交凹槽流道內(nèi)的流體流動與傳熱特性。結(jié)果表明，在層流流動時，流道的進口影響長度遠(yuǎn)小于普通平直流道進口影響長度，且在充分發(fā)展段流體流動與傳熱具有周期性特性;Re數(shù)和Pr數(shù)對傳熱與流動的影響與普通層流相差甚遠(yuǎn)。得到了正交凹槽混沌對流結(jié)構(gòu)的傳熱Nu數(shù)與摩擦阻力系數(shù)f的計算表達式。簡單介紹了描述流道內(nèi)流

4、體混沌性能的幾種常見方法，并提出了一種修正的李雅普諾夫指數(shù)的計算方法，該方法可以定量計算混沌對流中流線被折疊和拉伸的程度。
　　4、闡述了混沌對流與混合之間的關(guān)系，對正交凹槽流道內(nèi)的混合特性進行了數(shù)值分析，定性、定量得分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)、雷諾數(shù)對混合效果的影響。分析得出，流道內(nèi)物質(zhì)面和物質(zhì)線被拉伸與折疊的程度較大，混合效果就較好。流道中因參數(shù)變化得到的混合效果優(yōu)劣，與得到的傳熱效果強弱關(guān)系完全一致。
　　5、根據(jù)板翅式換熱器的制

5、造特點，對板翅式換熱器流道結(jié)構(gòu)進行了研究，提出了一種正交凹槽混沌板翅式換熱器。在分析該板翅式換熱流道內(nèi)的流體流動和傳熱性能時本文采用了單排的簡化計算模型，并將其和單個混沌流道內(nèi)流體的流動與傳熱性能進行了比較，結(jié)果表明其流動與傳熱特性可以用單個混沌流道內(nèi)的特性來表征。擬合出了新型板翅式換熱器的傳熱因子j和摩擦因子f'的計算表達式。
　　6、根據(jù)試驗原理與實際的測量要求，制定了流體流動與傳熱的的試驗方案，設(shè)計、制作了兩套可分別用于流體