一種正交凹槽流道的流動與傳熱特性及應用研究.pdf

1、初級能源消費中80％要經歷傳熱和換熱設備，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，這為設計高效緊湊的混合與換熱設備提供了一種新思路和新方法。本文通過理論分析、數值模擬與試驗手段，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用的正交凹槽混沌對流結構，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流體的流動與傳熱特性進行了三維數值模擬與比較分析，結果表明，L型混沌流道可以使流體在較小的流速條件下產生混沌對流，這種流動形態(tài)可以促進流道內主流區(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構的新型混沌流道，并采用正交實驗設計方法，分析了流道寬度、流道高

3、度、凹槽深度、凹槽直徑、平直段長度等結構參數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的流體流動與傳熱特性。結果表明，在層流流動時，流道的進口影響長度遠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數和Pr數對傳熱與流動的影響與普通層流相差甚遠。得到了正交凹槽混沌對流結構的傳熱Nu數與摩擦阻力系數f的計算表達式。簡單介紹了描述流道內流

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系，對正交凹槽流道內的混合特性進行了數值分析，定性、定量得分析了結構參數、雷諾數對混合效果的影響。分析得出，流道內物質面和物質線被拉伸與折疊的程度較大，混合效果就較好。流道中因參數變化得到的混合效果優(yōu)劣，與得到的傳熱效果強弱關系完全一致。
　　5、根據板翅式換熱器的制

5、造特點，對板翅式換熱器流道結構進行了研究，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流體的流動與傳熱性能進行了比較，結果表明其流動與傳熱特性可以用單個混沌流道內的特性來表征。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，設計、制作了兩套可分別用于流體