中国工程热物理学会会会议论文基于火积耗散原理表面传热系数定义辨析及恒壁温平行通道内检验.docx

PAGE  中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号:123082 基于火积耗散原理的表面传热系数定义辨析及恒壁温平行通道内的检验*973项目（批准号:2007CB206903）与山东省科技攻关项目(批准号: 2008G资助.通讯作者:田茂诚(1965~), 山东大学能源与动力工程学院, 教授/博导. 冷学礼1,2 田茂诚1* 葛培琪1 邱燕1 1 山东大学, 济南, 250061 2 山东大学机械工程博士后流动站, 济南, 250061 (TEL:0531Mail: TianMC65@sdu.edu.cn ) 摘要：科学历程中的检验与被检验是科学发展中的关键步骤, 对流换热领域的发展需要有这方面的工作. 积耗散理论与广义热阻原理为检验表面传热系数这一基本概念提供了条件. 层流状态下恒壁温无限宽平行通道内对流换热的数值模拟表明, 通道内温度场的形态影响到表面传热系数定义式与广义式的数值; 在充分发展后, 非等温边界条件下将蜕化为一维热传导工况, 此时定义式与广义式相同; 在等温边界条件下的广义式大于定义式.且非等温边界条件下, 广义式与定义式间的异同可以通过流场上的关键点判断出状态, 为积耗散及广义热阻检验表面传热系数的正确性提供支撑. 关键词: 对流换热 积耗散 表面传热系数 广义热阻 0. 引言 强度属性的描述是学科认识中的基础元素, 在对流换热发展过程中三个强度属性描述过程在实践中得到认可, 分别是牛顿冷却公式, 表面传热系数定义式与Nu数[ L.普朗特著, 郭永怀等译, 流体力学概论. 北京:科学出版社,1966,417-427. , 杨世铭编, 传热学(第二版), 北京:高等教育出版社,1987.145-175. ]. 依赖于这些基础发展出更多的准则关系式以及经验公式供工程领域使用. 虽然这些基础均有严格的定义描述, 但从科学理论分析的角度看, 其严谨性并未得到较好实证. 当使用多个角度对同一事物进行科学描述时应该得到相同的结果, 这也是科学工作中实现检验与被检验的基础. 例如在量子力学发展过程中海森伯的矩阵力学与薛定谔的波动力学, 他们通过计算得到的结论完全一致, 并与实验结果相符, 最终发现它们是同一物理规律的两种数学描述[ Hoffmann, Banesh著,马元德译, 量子史话. 北京:科学出版社,1979.77-12. ]. 这种科学结论上的殊途同归是从不同角度正确理解与认识同一事物时的本质体现. 科学的最终目的是实现认知的统一, 因此这种殊途同归也是各门学科的探索任务. 对流换热虽然属于经典物理学的范畴, 但其所依赖的流体力学依然是世界性的科学难题之一, 被认作半实验性学科, 阻碍了对流换热理论研究的发展. 积耗散原理为对流换热认知统一与检验方面的进展指明了方向, 通过使用积耗散理论检验经典对流换热概念, 可深入认识对流换热的理性概念. 在传热学的研究中, 通过场、势函数与流函数等研究工具, 将热量看作在热流管内流动, 使多维问题转化为一维问题[ 夏再忠, 导热和对流换热过程的强化与优化, 博士学位论文, 北京:清华大学, 2011.13-14 ]后, 热流管内热阻的不同计算方法应该得到相同的结果, 如图1所示无内热源的稳态导热温度场中的任一条热传导流管. 其热阻可以使用两端的温差与通过的热流量表示: (1) 同时, 由于在热流管内的热阻是由流动过程中的多个热阻串联组成, 于是热流管内的热阻可以表示为热流管长度上物性及几何因子的积分: (2) 同时, 使用积耗散广义热阻可以得到以下两个热阻公式[ Zeng-Yuan Guo, Hong-Ye Zhu, Xin-Gang Liang, Entransy—A physical quantity describing heat transfer ability. International Journal of Heat and Mass Transfer,2007,50(13–14):2545-2556 ]: (3) (4) 图1. 热传导中的热流管与温度场 当这四个公式在计算区域内获得的值一致时, 表明计算是在热流管内实现,