新型強化傳熱技術(shù)及其強化機理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、國際上強化換熱主要從換熱元件表面改形、旋流發(fā)生器和振動來影響流場,實現(xiàn)強化傳熱,該研究普遍存在強化換熱時卻增大了流動阻力,使系統(tǒng)綜合性能難以明顯改善。本文基于流變學(xué)理論,研究發(fā)現(xiàn)了黏彈性流體具有垂直于主流動方向的二次流動特性,因此在傳熱介質(zhì)中添加高分子溶劑可制備低黏度黏彈性高效傳熱功能流體,它通過其特有的垂直于傳熱表面的二次流動特性,在不增加流阻前提下,實現(xiàn)了強化傳熱功能。黏彈性功能流體強化傳熱技術(shù)具有低流阻特性,低成本和易于推廣應(yīng)用等

2、諸多無法比擬的優(yōu)點,具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。而迄今為?國內(nèi)外有關(guān)其強化傳熱機理理論的研究罕見報道,本文針對其強化傳熱過程特點,建立了描述黏彈性功能流體強化傳熱過程的全三維非等溫黏彈性理論模型和與其相適應(yīng)的高效穩(wěn)態(tài)有限元數(shù)值算法。在此基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬研究了過程參數(shù)與黏彈性流變性能參數(shù)對強化傳熱過程的影響規(guī)律,探討了黏彈性功能流體與脈動流耦合強化傳熱的機制,并通過多場協(xié)同機制,揭示了其強化傳熱機理,為該強化傳熱技術(shù)的工程應(yīng)用奠定了科學(xué)的理論基

3、礎(chǔ)。主要取得如下成果:
　　 (1)基于流變學(xué)和流體動力學(xué)理論,針對黏彈性高效傳熱功能流體強化傳熱流動的特點,經(jīng)合理假設(shè),建立了描述黏彈性高效傳熱功能流體強化傳熱流動過程的全三維非等溫黏彈性理論模型,并基于Mini-Elemem法、罰函數(shù)法、Galerkin法、EVSS/SUPG法等混合有限元穩(wěn)態(tài)離散技術(shù),建立了與理論模型相適應(yīng)的高效穩(wěn)態(tài)有限元數(shù)值算法。
　　 (2)通過添加高分子溶液可制備黏彈性高效傳熱功能流體,研究表

4、明,在流阻特性和傳熱特性參數(shù)相同條件下,黏彈性高效傳熱功能流體相對于純黏性流體具有明顯的強化傳熱功能,最大強化傳熱效果可高達40％以上:
　　 (3)黏彈性功能流體通過特有的垂直于傳熱表面的二次流動特性,實現(xiàn)強化傳熱,其強化效果取決于垂直于傳熱表面的二次流動強度,二次流動越強,則強化傳熱效果越好,而二次流動強度正比于傳熱流動的第二法向應(yīng)力差；
　　 (4)黏彈性高效傳熱功能流體的強化傳熱效果隨著黏彈性功能流體的松弛時間和