新型強(qiáng)化傳熱技術(shù)及其強(qiáng)化機(jī)理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、國(guó)際上強(qiáng)化換熱主要從換熱元件表面改形、旋流發(fā)生器和振動(dòng)來(lái)影響流場(chǎng),實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱,該研究普遍存在強(qiáng)化換熱時(shí)卻增大了流動(dòng)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(dòng)方向的二次流動(dòng)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(guò)其特有的垂直于傳熱表面的二次流動(dòng)特性,在不增加流阻前提下,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化傳熱功能。黏彈性功能流體強(qiáng)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。而迄今為?國(guó)內(nèi)外有關(guān)其強(qiáng)化傳熱機(jī)理理論的研究罕見(jiàn)報(bào)道,本文針對(duì)其強(qiáng)化傳熱過(guò)程特點(diǎn),建立了描述黏彈性功能流體強(qiáng)化傳熱過(guò)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(guò)程參數(shù)與黏彈性流變性能參數(shù)對(duì)強(qiáng)化傳熱過(guò)程的影響規(guī)律,探討了黏彈性功能流體與脈動(dòng)流耦合強(qiáng)化傳熱的機(jī)制,并通過(guò)多場(chǎng)協(xié)同機(jī)制,揭示了其強(qiáng)化傳熱機(jī)理,為該強(qiáng)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(dòng)力學(xué)理論,針對(duì)黏彈性高效傳熱功能流體強(qiáng)化傳熱流動(dòng)的特點(diǎn),經(jīng)合理假設(shè),建立了描述黏彈性高效傳熱功能流體強(qiáng)化傳熱流動(dòng)過(guò)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(guò)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(duì)于純黏性流體具有明顯的強(qiáng)化傳熱功能,最大強(qiáng)化傳熱效果可高達(dá)40％以上:
　　 (3)黏彈性功能流體通過(guò)特有的垂直于傳熱表面的二次流動(dòng)特性,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱,其強(qiáng)化效果取決于垂直于傳熱表面的二次流動(dòng)強(qiáng)度,二次流動(dòng)越強(qiáng),則強(qiáng)化傳熱效果越好,而二次流動(dòng)強(qiáng)度正比于傳熱流動(dòng)的第二法向應(yīng)力差；
　　 (4)黏彈性高效傳熱功能流體的強(qiáng)化傳熱效果隨著黏彈性功能流體的松弛時(shí)間和