管內(nèi)單相對流換熱的優(yōu)化和評價(jià).pdf

1、由于世界性能源短缺日益嚴(yán)重,以節(jié)能為目標(biāo)的傳熱強(qiáng)化技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注并得到了快速發(fā)展,對于我國而言,工業(yè)節(jié)能更是當(dāng)前的重中之重。在我國,工業(yè)上對于能量利用的過程中涉及到熱交換的工藝和設(shè)備所占比重超過90％。因此,本文對基本的對流換熱問題進(jìn)行了主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì),以期獲得具有優(yōu)異的綜合換熱與阻力特性的流場結(jié)構(gòu)。
　　在已有的最小熵產(chǎn)優(yōu)化原理和最小火積耗散優(yōu)化原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了最小功損耗優(yōu)化原理和最小熱損耗優(yōu)化原理,通過泛函變分

2、和求極值,獲得了流體的優(yōu)化場方程。數(shù)值求解發(fā)現(xiàn),管內(nèi)流動(dòng)中形成了多縱向旋流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。對其換熱與阻力特性進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),這種管內(nèi)多縱向旋流流場相對于未優(yōu)化的光管而言,在Re數(shù)為200的層流流動(dòng)下其Nu數(shù)增強(qiáng)了170%而其阻力系數(shù)增幅不超過10%,在Re數(shù)為20000的湍流流動(dòng)下其Nu數(shù)增強(qiáng)了15%而其阻力增幅僅為25%,均獲得了優(yōu)良的綜合換熱效果。
　　通過在管內(nèi)核心流區(qū)域添加擾流體的方法,提出了基于流體的強(qiáng)化傳熱方式及原則。通

3、過對管內(nèi)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)并分別給予不同的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件,獲得了支持這一原則的優(yōu)化方法,并求得了相對于未優(yōu)化的光管換熱增幅與阻力增幅比超過3的數(shù)值解。在基于流體的強(qiáng)化傳熱原則的指導(dǎo)下,提出了一種新型的管外擾流支撐元件用于管殼式換熱器的管束間強(qiáng)化,與常用的折流桿換熱器在Re數(shù)為3000至21000的湍流流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行對比,可以發(fā)現(xiàn)擾流葉片換熱器可比折流桿換熱器的換熱系數(shù)提高10%-60%的同時(shí)阻力系數(shù)降低0%-50%,擾流葉片換熱器相比于