壁面扰流对流动结构及对流换热性能影响的研究

摘要

近年来，随着全球现代化工业迅速发展，对能源的需求越来越大，但世界上的煤、石油、天然气等资源日益枯竭，全球性的能源危机正在出现。因此，节能技术就显得日益重要。研究和开发强化传热技术对于节约能源和环境保护有非常积极的意义。 强化传热技术广泛应用于能源、动力、化工、环境、机械等领域。强化传热方式分为主动式和被动式。主动式强化传热需要外加动力、设备复杂，主要应用于一些特殊场合。被动式强化传热无需外加动力、设备简单，易于实现。通过壁面扰流结构实现强化对流换热是被动式强化传热的有效方法之一。 本文的主要工作以布置有纵向涡发生器的矩形通道为研究对象，包括数值模拟和实验研究。在数值模拟方面，首先研究了纵向涡发生器的种类、厚度、迎流攻角和宽高比等因素对矩形通道流动与换热特性的影响，结果发现，涡发生器的厚度对强化传热影响很小，而迎流攻角为45°时换热最好，不同涡发生器的最佳宽高比有明显区别。其次，分析了多排矩形小翼的流动与换热特性，发现布置多排翼时旋涡中心位置坐标变化明显，且涡发生器前后间距存在一最佳值。在实验研究方面，搭建了纵向涡发生器强化传热实验台，对实验台进行了优化改进，研究了涡发生器的迎流攻角对流动与传热的影响，得到的规律与模拟结果吻合良好。同时利用红外热像仪对加热壁面进行了温度可视化记录，分析了涡的结果、温度分布与强化传热之间的关系。