场协同理论在振荡流热管换热器中的应用理论和数值模拟初步研究.pdfVIP

柴奉银，李选友，周慎杰，刘登瀛，刘宇场协同理论红振荡流热管换热器中的虑用理论及数值模拟初步研究 11CHPC 场协同理论在振荡流热管换热器中的应用理论及 数值模拟初步研究 柴本银1，李选友2，周慎杰1，刘登瀛3，刘宇2 (1山东大学机械工程学院，济南250061：2山东省科学院工业节能研究中心，济南250014； 3中国科学院工程热物理研究所，北京100080) 摘要为强化振荡流热管换热器的换热性能，本文以场协同理论为指导，对振荡流热管排列方式和 温度差均匀性进行了理论和数值模拟初步研究，得出研究结果，可提高换热器局部和整体换热系数。 同时也提出了下一步研究方向。 关键词场协同理论；振荡流热管换热器；数值模拟 1前言 Heat 振荡热管(OscillatingPipe，简称OHP)是热管家族中必威体育精装版也是最独特的一种热管，被视为 目前解决微小空间高热流密度的散热方案中一种很有希望和前途的传热元件，因此得到了许多国家科 学界和工程界的高度关注。传统热管由于受运行极限、加热位置受限制和微型化难度大的限制，有很多 局限性。 振荡流热管换热器作为一种先进的热管技术和装备，有着广阔的应用前景和研究意义。振荡流热管 由若干细直管道和若干弯头组成，划分为加热段、冷凝段和隔热段三部分，当管径足够小时，在真空下 封装在管内的工质将在管内形成液、汽相间的柱塞。由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往 复振荡运动，从而实现高效热传递。目前，国内外振荡流热管元件研究还停留在实验室阶段，还未实振 荡流热管换热器的产品化。 2振荡流热管换热器特点 振荡流热管的特性决定了振荡流热管换热器的特点。小管径和冷热端反复的折弯是形成振荡热管的 两个基本条件。与普通热管相比，振荡热管具有如下特点13】。 (I)体积小，结构简单，成本低。管径小决定了整体尺寸小；不需要吸液芯，：i=!王就减少了热管结构 的复杂性和生产成本；振荡动力来自于振荡热管本身，无需其他附属设备，降低了运行和维护成本。 (2)传热性能好。除通过相变传热外，振荡热管还通过汽液振荡传递显热以及将热量转化为功。振 荡热管没有普通热管所特有的传热限制，在合适的充液率下，热流密度可以很大而不会烧干。Nishio W／cm2)。 度可达1000W／cm2，显著高于普通吸液芯热管(50 ．1114． 第十一届全国热管会议论文集 2008．9威海 (3)适应性好。振荡热管的形状可以任意弯曲；可以有多个加热段和冷却段，而且加热和冷却的部 位任意选取：可以在任意倾斜角度和加热方式下工作，这就大大增加了它的适应性，扩大了应用领域， 对普通热管具有替代性。 因此，振荡流热管换热器与普通重力热管换热器相比，有独特的优势。同时要优化振荡流热管换热 器结构，提高其换热性能，要根据其特殊结构形式进行研究，场协同理论对振荡流热管换热器优化设计 有重要指导意义。 3场协同理论关于换热器性能强化的观点 1998年我国学者过增元院士等对边界层型的流动进行能量方程的分析，从流场和温度场相互配合的 角度重新审视对流换热机制，在此基础上提出了换热强化的“场协同原理”(Field 明了减小速度矢量和温度梯度矢量之间的夹角是强化对流换热的有效措施。 3．1对流换热的场协同强化原理嘲 以二维层流边界层或通道流为例，其能量方程为： 靠(“瓦OT+v万／歹I)2专卜舅]靠I“瓦ay’j2瓦I七瓦j o’㈣ 式中，P为流体的密度：cp为流体的比定压热容；^为流体的热导率：T为温度；U，v分别为．痢， 方向的速度。 可以将对流换热能量方程中的对流项(上式左端)比拟为内热源g，则对流换热问题即可看作 是有内热源的导热问题，所不同的是该内热源是流场的函数，此时，式(1)即为： 巾*羽 G’圆