Physical quantity synergy in laminar flow field of convective heat transfer and analysis of heat transfer enhancement

Based on the principle of field synergy for heat transfer enhancement, the concept of physical quantity synergy in the laminar flow field is proposed in the present study according to the physical mechanism of convective heat transfer between fluid and tube wall. The synergy regulation among physical quantities of fluid particle is revealed by establishing formulas reflecting the relation between synergy angles and heat transfer enhancement. The physical nature of enhancing heat transfer and reducing flow resistance, which is directly associated with synergy angles α,β,γ,φ,θ and ψ; is also explained. Besides, the principle of synergy among physical quantities is numerically verified by the calculation of heat transfer and flow in a thin cylinder-interpolated tube, which may guide the optimum design for better heat transfer unit and high-efficiency heat exchanger.     

用减压膜蒸馏测定对流传热系数的研究

介绍了应用减压膜蒸馏技术测定膜组件对流传热系数的理论方法, 并通过实验测定了膜组件的对流传热系数。实验结果得到的关联式与Dittus-Boelter方程基本一致。     

引入惰气强化对流传热过程研究

引入惰气增强传热具有清洁、增加的压力降小和不干扰流体流动等优点．在传热实验装置的竖直向上矩形管道入口处引入氮气,通过对一般对流传热与引入氮气情况下的传热实验进行对比,考察了引入氮气对传热的增强作用。结果表明：混合对流传热时。传热的增强更加显著,引入惰气对对流传热的增强程度要明显好于对过冷沸腾传热的增强．通过对惰气增强传热的机理进行分析,提出惰气对传热的增强作用,是气泡引起液速增加而产生的湍动增强和气泡滑移而产生的边界层湍动增强这两种机理叠加作用的结果。     

煤粉加压气化炉对流段换热特性试验

研究了煤粉加压气化炉膜式螺旋管对流换热器在高温高压工况下的换热特性。分别以N2、He、N2和He体积比为2∶1的混合气体为试验气体,试验时对每一种气体压力均从0.5 MPa开始进行,至3.5 MPa结束,在每一个压力值下,试验段入口温度从150 ℃升到450 ℃。通过试验研究了压力对雷诺数及换热系数的影响和不同的冲刷形式下的膜式螺旋管的换热特性。结果表明：压力影响该管型的换热能力;获得了不同工作条件下该管型的换热拟合式。     

HFC－134a水平管内对流换热实验研究

本文对ＨＦＣ－１３４ａ水平管内单相对流换热进行了实验研究．用实验所获数据与常用换热关系式进行了比较，计算结果表明Ｐｅｔｕｋｈｏｖ和Ｔａｋａｍａｔｓｕ关系式与实验数据吻合较好．本文最后用实验数据拟合出一个ＨＦＣ－１３４ａ管内单相对流换热关系式，在给定的范围内，其算术平均误差为０．１６４％．绝对平均误差为４．９６８％．     

输油管道对流换热系数模型

热油管道能耗巨大,其散热问题的研究具有极高的工程应用价值。尽管在很多情况下流体与管壁间的对流换热系数很大,可以在总传热系数计算中忽略对流换热系数的影响,但并不总是如此。主流与近壁边界间的过渡区、即热边界层内的换热是不可忽略的。采用动量热量比拟的方法建立输油管道对流换热系数模型,并在此基础上对总传热系数进行了分析计算。计算结果表明,边界层内的对流换热系数对管道的总传热系数具有较大影响。     

分支结构血管中血液的对流换热分析

用有限元方法数值模拟了血管分支结构内血液流动的三维速度场和温度场,得到了分支血管壁面3个典型径向角度的局部努塞尔数和血管截面平均努塞尔数沿管长的变化曲线.结果表明:分支血管入口处的速度场和温度场分布与单管的分布明显不同;不同径向角度的局部努塞尔数相差很大;分支血管入口处截面平均努塞尔数大于单个直管内截面平均努塞尔数,且出现一个极大值Numax.计算了不同分支角度和分支半径比时的截面平均努塞尔数,结果表明:分支角度和半径比对Numax的大小和位置有一定影响;半径比越小,分支血管内截面平均努塞尔数趋于稳定值的速度越快.     

小型全封闭压缩机冷却油的对流换热特性研究

本文对机壳内油空间的流动和换热特性进行数值计算，得出了冷却油对汽缸壁和壳体的对流换热系数，为小型全封闭压缩机及汽缸的热力计算提供了理论依据．     

EHD强化传热机理分析

通过综合国际上电水动力学ＥＨＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）强化传热的最新研究成果，分析了在电场力作用下流体所受到的各种力及其对单相对流传热、沸腾传热和凝结传热的影响，给出了ＥＨＤ强化传热的基本方程，并对几个重要的影响因素进行了讨论，指出了ＥＨＤ强化传热的复杂性和研究方向．     

Generalized thermal resistance for convective heat transfer and its relation to entransy dissipation

In order to further analyze and optimize convective heat transfer process further, the concepts of heat flux weighted average heat temperature and heat flux weighted average heat temperature difference in multi-dimensional heat transfer system were introduced in this paper. The ratio of temperature differ- ence to heat flux is defined as the generalized thermal resistance of convective heat transfer processes, and then the minimum thermal resistance theory for convective heat transfer optimization was devel- oped. By analyzing the relationship between generalized thermal resistance and entansy dissipation in convective heat transfer processes, it can be concluded that the minimum thermal resistance theory equals the entransy dissipation extremum theory. Finally, a two-dimensional convective heat transfer process with constant wall temperature is taken as an example to illustrate the applicability of generalized thermal resistance to convective heat transfer process analysis and optimization.     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

离心力场作用下对流换热场协同理论的实验验证

对离心流化床(CFB)干燥器中气体与被干燥颗粒物料之间的强制对流换热进行了实验研究．实验结果表明，在一定转速范围内，当气流速度方向和热流方向(即温度梯度方向)一致时，离心力场作用下气体流过颗粒层的对流换热准则关联式与由场协同理论中推导的结果具有同样形式，从而验证了场协同原理的正确性．     

方腔斜进风对流换热分叉现象的数值研究

数值模拟了二维方腔两顶角狭缝集中斜进风、两底角狭缝集中出风通风方式下的流动与换热。研究表明 :即使是具有对称结构的开口系统 ,其稳定的流型也可能是不对称的 ;斜进风通风方式在进风角度小于一定值时流动存在静态分叉 ,即随计算初场的不同会得到不同的解 ;这种不对称的流动仍具有较好的流场、温度场分布均匀性以及较高的换热能力 ;在工程上对斜进风进行研究时 ,必须用全场分析的方法 ;数值计算结果与可视化实验的结果得到了较好吻合。该研究为空间站舱内的通风换热系统的设计与选择及其工程应用提供一定的依据     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合 ,建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组 ,并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解 ,得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数 (Nu数 )的表达式。结果表明 ,幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响 ;在恒热流边界条件下 ,幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布 ;而在恒壁温条件下 ,其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关 ,并且在两种边界条件下 ,均随着流变指数的增加而减小     

Hamilton-Jacobi-Bellman equations and dynamic programming for power-optimization of a multistage heat engine system with generalized convective heat transfer law

A multistage endoreversible Carnot heat engine system operating between a finite thermal capacity high-temperature fluid reservoir and an infinite thermal capacity low-temperature environment with generalized convective heat transfer law [q∝(ΔT) m ] is investigated in this paper.Optimal control theory is applied to derive the continuous Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equations,which determine the optimal fluid temperature configurations for maximum power output under the conditions of fixed initial time and fixed initial temperature of the driving fluid.Based on the universal optimization results,the analytical solution for the Newtonian heat transfer law (m=1) is also obtained.Since there are no analytical solutions for the other heat transfer laws (m≠1),the continuous HJB equations are discretized and dynamic programming algorithm is performed to obtain the complete numerical solutions of the optimization problem.The relationships among the maximum power output of the system,the process period and the fluid temperature are discussed in detail.The results obtained provide some theoretical guidelines for the optimal design and operation of practical energy conversion systems.     

换热边界下变物性梯度功能材料板稳态热传导分析

用有限元法分析了由ZrO2和Ti 6Al 4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性稳态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的稳态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较.结果表明:在精确计算稳态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板的稳态温度场的最重要因素之一.此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度、对流换热系数和孔隙度P的变化对变物性梯度功能材料板的稳态温度场分布均有明显的影响.此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据.图7,参6.     

密排六方颗粒填充床内对流换热的模拟研究

针对颗粒堆积结构对填充床内对流换热的影响,利用ICEM和FLUENT等流体力学软件对密排六方堆积结构进行建模,采用RNG k-ε湍流模型以及等比例缩放的壁面函数对结构内转捩流和湍流进行数值模拟,使用CFD-Post后处理软件计算分析结构内流体的压力降、流动阻力系数和综合换热系数,并与无序堆积结构和具有同样孔隙率的面心立方堆积结构进行比较。结果表明,相比于面心立方堆积结构和无序堆积结构,密排六方堆积结构内流体的压降明显增加;在孔隙雷诺数小于1500时,密排六方堆积结构内流体的阻力系数小于面心立方堆积结构及无序堆积结构内流体的阻力系数;密排六方堆积结构的颗粒壁面努塞尔数明显大于面心立方堆积结构及无序堆积结构的颗粒壁面努塞尔数,该堆积结构具有更好的综合换热效率。     

桑塔纳轿车散热水箱管内外传热特性的分析研究

本文对上海桑塔纳轿车用散热水箱的传热性能进行试验，依据实测数据，将管外横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离出来，并整理成无量纲准则式，为优化设计提供参考依据．此外，对管内外的传热特性、阻力特性进行分析，验证了目前考核散热水箱热性能指标的合理性．     

电极对EHD强化沸腾换热的影响

通过综合国内外EHD强化沸腾换热的最新研究成果，分析了电极的形状，位置，材料和极性对EHD强化沸腾换热的影响，并指出了该领域的研究方向。