電場(chǎng)-脈動(dòng)流混合強(qiáng)化傳熱換熱器的流動(dòng)與傳熱特性研究.pdf

1、電場(chǎng)強(qiáng)化傳熱,又稱作EHD強(qiáng)化傳熱,是將電場(chǎng)基本理論引入到傳熱學(xué)領(lǐng)域,通過(guò)流場(chǎng)、熱場(chǎng)和電場(chǎng)之間的協(xié)同作用達(dá)到強(qiáng)化傳熱的一種技術(shù)方法,現(xiàn)有的研究認(rèn)為,電場(chǎng)強(qiáng)化傳熱效果好、功耗低、應(yīng)用范圍廣,是一門極具發(fā)展前景的強(qiáng)化傳熱技術(shù);脈動(dòng)流作為非穩(wěn)態(tài)流的一種,是指流體的速度或壓力以正(余)弦函數(shù)變化的周期性振蕩流動(dòng),現(xiàn)有研究認(rèn)為,管內(nèi)脈動(dòng)流中存在速度環(huán)效應(yīng),在一定條件下,脈動(dòng)流能有效提高對(duì)流換熱效率。當(dāng)前電場(chǎng)強(qiáng)化與脈動(dòng)流強(qiáng)化傳熱技術(shù)一直以來(lái)被作為不

2、同的強(qiáng)化傳熱手段分別進(jìn)行研究,本課題提出將兩種強(qiáng)化傳熱技術(shù)相結(jié)合的研究思想,將具有自主專利技術(shù)的電場(chǎng)強(qiáng)化換熱器模型與脈動(dòng)流發(fā)生器相結(jié)合,有效地將電場(chǎng)/脈動(dòng)流強(qiáng)化方式組合起來(lái),這種混合強(qiáng)化傳熱思路新穎,如若能產(chǎn)生復(fù)合強(qiáng)化傳熱效果,則有望開(kāi)辟?gòu)?qiáng)化傳熱的新領(lǐng)域,對(duì)于節(jié)約能源和緩解能源短缺具有重要的意義。
　　本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的方法對(duì)混合強(qiáng)化傳熱換熱器進(jìn)行流動(dòng)與傳熱特性的研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示,脈動(dòng)流單獨(dú)作用下,管程對(duì)

3、流換熱系數(shù)無(wú)明顯變化,脈動(dòng)流單獨(dú)作用對(duì)對(duì)流換熱無(wú)明顯強(qiáng)化作用;單獨(dú)電場(chǎng)強(qiáng)化作用時(shí),隨著電壓的增大,傳熱系數(shù)有一定幅度的增長(zhǎng),傳熱系數(shù)在低電壓區(qū)域(0-25kV)增長(zhǎng)緩慢,在高電壓區(qū)域(25-35kV)增長(zhǎng)較快。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示,電場(chǎng)和脈動(dòng)流同時(shí)作用時(shí),傳熱系數(shù)在單獨(dú)電場(chǎng)強(qiáng)化作用的基礎(chǔ)上會(huì)得到進(jìn)一步的提高,脈動(dòng)流頻率f對(duì)有電場(chǎng)條件下的對(duì)流換熱有較大的影響,脈動(dòng)頻率越大,相同電場(chǎng)強(qiáng)度下管程對(duì)流換熱系數(shù)也越大,這表明脈動(dòng)流與電場(chǎng)可以

4、相互影響,從而在傳熱方面達(dá)到一種復(fù)合強(qiáng)化效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,單獨(dú)施加脈動(dòng)流時(shí),換熱管內(nèi)壓降隨雷諾數(shù)的增大而逐漸增大,并呈近似線性關(guān)系,且在高頻率脈動(dòng)流條件下(f=3Hz),壓降隨雷諾數(shù)變化較快;脈動(dòng)流/電場(chǎng)混合作用時(shí),在相同的管內(nèi)流速下,壓降隨著脈動(dòng)頻率的增加而增大,而壓降隨著電極電壓的增大近似趨于不變。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,脈動(dòng)流/電場(chǎng)混合作用時(shí),隨著雷諾數(shù)的增大,阻力系數(shù)逐漸降低,并且在相同雷諾數(shù)的情況下,脈動(dòng)強(qiáng)化措施下的阻力系數(shù)要明顯高于