对流换热的物理机制及其控制_速度场与热流场的协同_过增元

玛丽莲梦兔
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2020年07月30日 18:15
最佳经验
本文由作者推荐

重庆城市管理职业学院-廉政手抄报







4
5

19

2000

10


:



换热



机制


控制

度场










(
清华



力学系北京
1
0
0
0
8
4
E
m
a
i
l
:
d
e
m
g
z
y@t
s
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n
gh
ua
·
e
d
u cn
)
摘要
从能量




重新审



流换热的物





流换热





热源的

热热








流体的速
度< br>和流体的物



化换热





流速

热流矢量的协









能减

换热这

仅< br>可



有对
流换热现象


深< br>入








一< br>系列

流换热控制的新方







化和














实质
贡献
关键
词对


热速度场
与热流
场的

,
源强化






量 传递


方式


它的物



通常



有流



情况下的



传递



于流


动能

带热








热能力要



热方


得多
[
2
]




热在



程领
域中有广




通常





热< br>分类
为内流

外流


此对
它的
研究


当深





然而

受迫



自然

流层流

湍流


某些特殊








冲击


r

)
尸< br>;




们分别进行


论是理论


h
3,



1



究或
数值

算都


意 力

中在



求得对


热< br>系

R

(

G
4

反< br>映








量纲


uN

者通

被表

、、< br>]
:





达式



楚地











流动方


流动

态有

外还



流动


,





(









密度



)

从对




能量









流换热

物理机







场的角度

论传


而能
发展

一些控制









1[< br>对




有内热源

导热
源强



5


维层流

界层

通道流




量方

为< br>a
T
a
T

`
cP
`
p

(
丽可
{

(

T

a

r
a
T

(
l
)



p
与和
k






密度




导热系

;

温 度
;u


速度
有内热



导 热方


a

q
=


r
!
a
T



k


dy)
中的

流项


为内热源
如果把对

换热

量方

(l
的导




处理

(
2
)


把对
流问


拟为有内


由于我


心的
是壁



热所不同

此热


流场







对方
程两





`



Z
D
x办
)又
d
边界
层 流成

热边界层


;


通道

!
0
cP

`
r





+
v





}
ay

R






}
l
y
l
d

(
3
)
3)
式表明热
源项





通道半径
(

的总和
(
即源总强

)





热流密

2118
也就






提高
总源强
度就能

化传


简报






换热

4
5
卷第
1。

20
00

10





这称之
源强


概念对








源的


使换


化热< br>汇



使换
热减


般情
况下




体冷


壁时则


3
D



热能量方程则为

u

}
`
a
T



a
T

++
v二

a
T
w

万< br>一
n

)又
dx



}
=充
`
a
Z
T
,
a
Z
T
a
Z
T
}
二,了
+
:

xd



,

+



一一
d
z

)
+
}
q
(
4
)
方程两边积




`

p

!< br>可



*

}
cP
L

}








+
w


r

T



不 丁
l川万

+


,

l
`u
q


}





又ax

oz


y
}
d
互万
}
w

l


3


型的


:
一种





实热
源全
如放热





电弧
离子





加热
等液




则为热汇
;



是< br>上面


到的由流









;




中多维导热引






热壁面 时


换热












念就
能解释为


放热





,

冷器
向空
气中
喷水




热而


体轴向

热不

忽略时

道流的< br>换热



会降




2]


场与




配合
和协

6[
3
)
式改

为矢量

式< br>:

(
广

入无


变量
U



Pc

.(U

V
T< br>,


t

y
,
,
_
、< br>(
6
)


U
V

T
,< br>一
(


Tw
)



’< br>一


W
(
7
)
获得无




系式
:
uN




R
·


r

(

v
)

·
(
8
)
ra
n
鲡< br>x
R
e
,

p
r


表< br>示
N
uss
e
l
t


R
e
y
no
ld
s


eo
s
pd
t
l

:
矢量点积项厅
·
V
厂可


J




v




与速度



夹角


月< br>)

(8
)
式可




(6
!{
}
}


(
9
)
变流








或者


R




;





制对



的强


是为大
家所熟悉



)

(8)
式中

矢量点积项
还可



从< br>(
6


矢量与
温度



重要






最大

或< br>者

速度矢量与热流
矢量

夹角

对热源的
大小
9

对流
换热


度起


的夹

刀小

0


愈小则





数愈大

月< br>=
o0时可
8
)
式还




(
s
·




R
e,

,

P
r

r
(
v

)

,

f
(
R
e,

r
)
<
`
·
(
10
)< br>t

tS
an
o
n







次源
项的
积分此



R









般情况

:
I
<
1

2119

< p>





45


9期年
000

0
简报






的强
度不
仅取

于流










取决

速度场与热


的相互
3



矢量看 这
是速




矢量两
个场





量看则有

有当


的< br>值
同时



:

度绝
对值
















零则
)



显增大


使
(
9

果 设
想在










度与


均匀并能

处处同向
S< br>t
=



的夹

处处
l

uN




=
R
e
x
P
r
(
1
1
)






度场
(
热流场
)













正 控

到理想


,


S




最大




零< br>时
t
uN



R
e

:
的一
次方成


它的
换热

度大大




情况
3











如前所述通







能帮


能量
,






方式
的热量
传递
能力



强于导

方式

热量
传递
能力

在则

源强



,
速度
场与



配< br>合




概念

发来











(
)I
Tc



个特殊

情况



图流


过两


大平行 平板
间的




1


,
下平

温度









温度为
fT几
>

>
cT




不随温度变
化设进



速度剖







速度< br>和




沿流动




发生变化
;


·
通道中
的流











方式进

热量
交换




T


l

能量



p

(
U









换热
示意

v

)
两边





r
J


.d
(
12
)


p



,


a
T
{
_
·
)


_
当管道


长温度剖面达


发展
_
送< br>盯

d
X
=
U

寺温线
与流线无< br>全
亘台


_



_
`
_
_
_
_

度天量


度梯度< br>(


)

垂直所



。。
v
:

。、
f
J



0


_
。。ns
t
(
1
3
)

在两平板之







布是
线性


例子表

:
尽< br>管有




流流动
它和

源导





温度







,
由于


沿

温线
运动




热量
传递无任何



行为与纯导热相同












与热






很大



仅取决



流动





物性
而且还
2
120



手及
4
5


1
9

2
000

1
0





(
n
)


垂直
穿


平行



时的

热如

2
所示
多孔


l

2

别保持
日.
J
T
温度 为
cT



>
c


垂直
过多孔




板处



温度
与板




的能
量方
程< br>为











ya
(

vw
:
:
)
=
-



U
VI
C

(
F
{

UV


(
1
4
)< br>
{

T0)
边界条件
(几
(T)L
N
:
cT







Re

r
2




壁面
处< br>的
e
s
s
u
tl




=


垂直
穿过两多孔

时的
换热



l

ex
>
P
(
R
e
P
r
)
(
15
)

于< br>板
l
wV
>
0
相当



R
e

:
>
0
>
)






(
1
5

R
e

;
3

Nu
u

R
N
1
e

r



R
e

:


大时

l

换热能力

)









(
1
1
N
e
tl

确实能与
s
s
u
Re

:


次方成




就在



个场
,




热流矢






同向这
个特

例子










热流






同就能大大
提高对













速度



2
wV
3
<
O






R
e
,

;
>
O
uN

:
<
1








动不


能增





反阻

热量
传 递


uN
<
1







况还差

R
e


R< br>e

:
>

uN
*
3
0
这 意味着





壁面


很< br>小

流动还










的导热




上两< br>个例



特殊情况


清楚地看







理机

确实是< br>有内热



强度





换热





仅与温差

流动



物性
大小有







还与



热流矢量
的< br>夹角


取决
于源






的流



增强


者< br>对热量



全无











(





加热时
使换
热减

;




壁面时
4


使
换热
强< br>化




使

热强

热 源
使换
热减

)


源强
化概念

流场与热流
场协
同概



用有两
个< br>方
面一




现有



热现




角度有
更深入



(
I
)(
1
)


周知
重要


面则


发展
一系
列的



热控
制方







的圆

层流流动
q
=
对< br>于




界条件
uN
T
=
3
6







界条件< br>数
值计
算表


)sl
uN
4
63
而为


uN
q
>
uN
T
则没有

予物






过分析





热流
边界条件
下流速与热
流的
夹角

小一

(
特别是

壁面





使
其换


度增加
(
1
)
滞止




冲击


热系
数高








究其


亦是
由 于


止点附近流

与热

夹角


流边

层壁

有抽
吸时

值计





这一点

)
(
i< br>)


边界

减薄所


热增加有 喷
注时

边界
层增
厚换
热则减







壁面有抽


)l



热强度增
加的
内在原



度与热
流的
夹角减小


学位
论文李

玉回
流和

击射
流流
动中





热过


互作
用的
研究
北京
:



学工

力学系
2
1
2< br>1







45


19

2000

10




源项增加
(
n
)

(6)

8()



看到
化换热
或者
用于



,



度与

流< br>的
夹角就可

控制对




强< br>度用


8

7,

此方法
行换热


时与




热强



1


其优
,
点是
附< br>加


损失


更易

工程应



充分


通道流
3





控制



(
i)
,
改变






b< br>如

变壁
温或
热流
边界
条件
)0


使
z
uN
>
43
6
.
q(,

>
)0


使
uN
<
3
6
(
q



b
<
(
) i



度边
界条件
N
ah


)





作介
质通过多孔介质流R
ey
向加热


后侧向流

,
实< br>验



=




5< br>尸
;





uN
R
e

r
,
d




确实


比于
R
o
l
s
n
e
l
)
运用



其换
热强度








式要高


(i
s
s
l
u
et

在较小
[l


特殊
设计

插人






与热流




9
,



实验表

在同

功耗












化与此
相反如能
使速
度与


垂直则对


热强度






’“
张朝

「〕


转流叠加

自然






使




退
化为纯




(
)I

换热
的物
理机制是
:





内热
源的导热










了对


换热< br>的强




大小

仅取



差流


速度



的< br>物性




速度场



场协






化换

(< br>n
)


的流






提高

量传递
能力
这取

于源
项夹角

弦的

号它既







热系


此改


制流

与热流


同就


控制对< br>流换


强度
(
1
)






场与
热流场


同预示









况上



度与热
流处
0.
处平行

uN
=
R
e

;r



差 时


下限
是速
度与热流处处
垂直
G
,< br>uN
=


















(



:
00022
63
.)

:




热与传


北京

学出
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