EHD/脉动流混合强化圆管对流换热的数值模拟及实验研究

摘要

EHD(electro-hydro-dynamics)强化传热,又称电场强化传热,是将电场基本理论引入到传热学领域,通过流场、温度场和电场之间的多场协同作用达到强化传热的一种技术方法。
　　脉动流是指在恒定的压力(速度)梯度基础上叠加一个带有正(余)弦变化的压力(速度)梯度并由其驱动的流动。
　　将EHD强化传热与脉动流强化传热相结合形成混合强化,是一种全新的强化换热思路,如若能够产生复合效果,则有望开辟强化传热研究的新领域,对节约能源、缓解能源紧张具有重要的经济价值及社会效益。有鉴于此,本文采用数值模拟和实验相结合的研究方法,对EHD/脉动流混合作用对圆管层流的对流换热强化效果展开研究。
　　通过数值模拟发现,EHD/脉动流混合作用下,管内速度分布有较大改变:速度分布呈波节状,具有明显的交替循环的低流速区和高流速区;随着脉动幅度增加,低流速区的领域及区内的速度梯度逐渐增大,同时高流速区向管中轴线方向收缩;在低流流速区靠近管壁处形成了一个速度较低的紊流区,在紊流区内,流场方向不再保持一致,而是杂乱无章的,紊流区的领域随脉动幅度增加而增大。
　　实验数据和数值计算结果均显示,在管壳式换热器中,EHD/脉动流混合作用能够在EHD强化换热的基础上进一步强化层流对流换热。通过分析,本文认为电场体积力和脉动流动的混合作用加剧了流体电场分布的不均匀性,强化了流场中的电对流,进而强化了换热,因此EHD/脉动流混合作用能够产生一定的复合强化换热效果。

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第1章 绪论

1.1 研究意义

1.2 强化传热研究概述

1.3 脉动流强化对流换热的研究现状

1.4 EHD强化传热的研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 EHD/脉动流混合强化对流换热的前期基础研究

2.1 EHD强化换热的理论基础

2.2 脉动流强化换热的理论基础

2.3 EHD/脉动流混合强化换热器平台的研制

第3章EHD/脉动流混合强化层流对流换热的数值模拟

3.1模拟软件FLUENT简介

3.2基本假设

3.3控制方程

3.4物理模型及网格划分

3.5边界条件及计算方法

3.6 UDF程序简介

3.7模拟结果及分析

3.8本章小结

第4章 EHD/脉动流混合强化层流对流换热的实验研究

4.1实验方案及装置

4.2实验条件

4.3实验步骤

4.4 实验数据处理

4.5 实验结果与分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文与专利

附录：部分实验采集原始数据

致谢

项目资助