强对流传热的夹层对流理论研究

摘要

在制冷、航天航空、电子等领域，随着设备的运作，会带来温度升高、热量累积等现象，如果热量不能除去，会使得设备的使用寿命缩短，影响设备的使用效率，因此，强化换热一直是研究的关键性因素。如今，对于强化对流传热的研究已经有了很大的进展。从自然对流到强迫对流传热，从气体对流到液体对流传热，继而有了沸腾和凝结这两个相变对流传热现象，在凝结换热里又分出了膜状凝结和珠状凝结。随着强化对流传热方式的不断进步，液膜冷却、喷雾冷却等方式投入使用，使得各个工程领域的设备工作效率和使用寿命都得到了提高。在这些对流现象中，膜状和珠状传热可获得更大的传热系数，这是不争的实验事实，但缺乏完善的理论支持。本文运用微分方法，从平均对流传热系数出发，考虑强化传热的手段，建立了与表面传热相关的夹层对流传热理论，丰富了对流传热的理论体系，也为阐释膜状传热和珠状传热提供了理论依据。 首先，本文运用全微分找到强化对流传热的方法，从偏微分入手对各项强化传热手段一一分析，进而给出本文的研究切入点和研究方法。提出夹层对流的概念，将夹流传热与已有的强化对流传热现象联系起来。在对流传热理论基础上构建夹流传热理论，并联系实际对流现象给出夹层对流理论的提出意义，以及该理论对于强化传热手段的解释。 其次，针对膜状夹层对流传热进行分析。运用夹层对流理论解释膜状夹层对流传热的强化传热作用，发现液膜的传热效果要好于气膜的传热效果。进而对膜状夹流传热中的热阻现象进行理论分析，发现膜状夹层流体的温度影响着热阻，并指出随着夹流的发展，热阻只会越来越大。引出膜状传热向珠状传热转变的机理。 然后，针对珠状夹层对流传热进行分析。在夹流理论的基础上，给出膜状夹层到珠状夹层转变的数学模型，并由此给出珠状夹层对流传热优于膜状夹层对流传热的定量解释，得出结论:珠状夹流传热速率可以达到膜状夹流传热速率的十倍以上。珠状夹流传热的优越性在层流条件下要比在湍流条件下体现得更明显。结合水蒸气凝结案例，运用本章的珠状夹流模型分析发现，随着珠状夹流传热中液珠数量增加、半径减小，珠状夹流传热速率会增大。

目录

声明

摘要

导读

符号表

第1章 绪论

1．1 背景及意义

1．2 研究现状综述

1．2．1 蒸气凝结

1．2．2 膜冷却

1．2．3 喷雾冷却

1．2．4 研究现状小结

1．3 对流传热理论基础及其运用

1．4 本文研究内容

第2章 夹层对流传热

2．1 概念及其分类

2．1．1 夹流的概念

2．1．2 夹流的分类

2．2 夹流理论

2．2．1 理论基础

2．2．2 夹流的强化现象

2．3 提出夹层对流的意义

2．4 本章小结

第3章 膜状夹层对流

3．1 研究背景

3．1．1 膜状凝结的研究现状

3．1．2 液膜冷却的传热机理

3．2 膜状夹流理论基础

3．3 膜状夹流中的强化传热

3．3．1 液膜温度对传热特性的影响

3．3．2 主流流速及夹流热物性参数对传热特性的影响

3．4 膜状夹流的热阻现象

3．4．1热阻的定义

3．4．2 热阻与强化传热的关系

3．5 膜状夹流理论中的转捩现象

3．6 本章小结

第4章 珠状夹层对流

4．1 研究背景

4．1．1 水蒸气凝结现象

4．1．2 喷雾冷却

4．2 数学模型

4．3 珠状夹流传热与膜状夹流传热的对比

4．3．1 理论依据

4．3．2 定量分析

4．4 液珠数量对珠状夹流传热的影响

4．4．1 水蒸气凝结的对流传热分析

4．4．2 液珠数量与液珠直径

4．5 本章小结

第5章 总结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3不足之处

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果