脉动流/电场强化传热过程中多参数性能最优化研究

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本文基于脉动流强化传热思想和电场强化传热思想,创造性的提出了“脉动流/电场混合强化传热”的技术研究思想,这种混合强化传热思路新颖,有望开辟强化传热的新领域,对于现代工业的发展和节约能源具有重要的意义和价值。本文通过数值模拟和实验手段,对以水为工质的脉动流/电场混合强化传热过程性能进行研究,研究内容主要包括不同脉动频率、电场电压、流量等参数下换热管内的流场、速度场、传热、流阻及综合性能,并已得到一些有益结论。通过数值模拟发现,脉动流和电场混合作用时,换热管入口段速度场分布出现块状紊流区域和波浪型振荡现象,脉动流/电场混合作用能够产生耦合,并对换热管内的流场产生复合作用。通过数值模拟和实验发现,脉动流单独作用对传热的强化效果不明显;电场单独作用对传热的强化效果显著;脉动流/电场混合作用时,强化传热系数随脉动频率和电压的增大而增加,随流量的增大而减小,在小流量、高频率、高电压工况时有最大强化传热系数1.24,脉动流/电场混合强化传热技术可以产生积极的复合强化效果,混合作用中电场对强化传热的影响更大。通过数值模拟和实验发现,脉动流单独作用时管内阻力系数的增长程度会变大;电场单独作用时不会对管内阻力损耗产生影响;脉动流/电场混合作用时,增强阻力系数分别随脉动频率和流量的增大而增加,随电压值的增大近似趋于不变,在大流量、高频率工况时有最大增强阻力系数1.91,脉动流/电场混合强化传热技术不会产生复合作用而增大管内阻力损耗,换热管内阻力损耗的增加主要来自脉动流的作用,而电场对此影响较小。通过实验发现,脉动流单独作用时在低流量、低频率工况时有最大性能评价因子1.05;电场单独作用时在低流量、高电压工况时有最大性能评价因子1.18;脉动流/电场混合作用时,性能评价因子随脉动频率的增大先增大后减小,随流量的增大而减小,随电压的增大而增大,在小流量、低频率、高电压工况时有最大性能评价因子1.24,此时换热管内的综合性能最好。脉动流/电场混合强化传热技术在小流量、高频率和高电压的工况下强化传热效果较好,在大流量、高频率工况下增强管内阻力损耗效果更明显,在小流量、低频率、高电压工况下的综合性能最优。
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