Lecture 6 流场控制强化换热.pptVIP

Wake structures behind the splitter plate 隔板尾流 0 2 4 6 8 0 1 2 3 y/H j r pu -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0 2 4 6 8 0 1 2 3 x/H j y/H j r pv -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 内射流对壁面传热系数的影响Effect of the co-flowing jet on fluctuating wall pressure and heat transfer Stanton number 斯坦顿数 * * * * 流场控制，强化换热 2008年7月 介绍 1 换热器 流场控制和强化换热 2 分离流 流场控制和强化换热 1 换热器族谱 Bergles 2002 直接接触式 表面换热器 单相 两相 产生蒸发 出现冷凝 套管式 壳管式 紧凑型 板式 空冷 强化换热的入手点 流体控制手段分类 手段分类 被动 Passive 不需要输入能量，改变流场几何结构 主动 Active 需要输入能量，比如机械系统扰动，电磁场， 综合 Compound 综合上面两种方法 Bergles 2002 流体控制 分类 控制对象分类 控制主流 Main flow 改变整个流场几何形状，使压力梯度产生变化 控制二次流 Secondary flow 在流场中加入一些涡旋 被动控制 Allison and Dally 2007 被动控制：纵向涡旋发生器 产生纵向涡旋(Longitudinal vortices), 增加了周边低温流体和高温近表面流体的混合，达到了强化换热的目的 注意：只有部分区域的换热得到增强 被动控制：纵向涡旋发生器最佳形状 至2002年为止共有700多个相关研究 但是还是无法确定最佳形状，数量，间隔距离等参数 纵向涡旋与发生器的形状关系不大 Jacobi and Shah 纵向涡旋发生器效果总结 Jacobi and Shah 内置螺旋扭带 最佳形状、厚度等参数同样无定论 传热增强 压降增加 ‘聪明’合金材料强化换热 概念 温度增加，材料伸长，强化换热 利用电动水力学原理强化二次流Electrohydrodynamics (EHD) 在高压电场激发下，产生自由电荷，形成电晕风，从而形成二次流,达到强化换热的目的 电压一般在1.5万伏以上，应用在空气侧 电晕风对雷诺数较低的对流换热有较好效果(可提升40倍，10万伏电场)，对高Re湍流效果不明显 目前还鲜有应用 电场（电晕放电corona discharge） 温度场 流场 EHD强化二次流 刘春艳 李瑞阳 郁鸿凌...能源研究与信息-2003年3期 综合应用各种方法 第一代 裸管 第二代 管+肋片 第三代 管+肋片+涡旋发生器 第四代 肋片+涡旋发生器+电场 综合应用各种方法 内置螺旋扭带+转动 未来方向 多场， EHD 小尺度， 直接小于1毫米的流动换热等 微重力，宇航服，飞船电气冷却 2 分离流的控制 涡旋发生器 控制分离流 数值模拟对比 涡旋发生器的效果 高尔夫球 放大70倍的鲨鱼皮照片 分离流 控制剪切层结构，使其具有更强的‘混合’能力 这样可使分离区缩短 Yoshioka et al. 分离流的主动控制 利用扬声器等工具对分离点进行周期性扰动 扬声器 分离点加入压强扰动 Xr 平均贴附点 Chun and Sung 1996 最佳扰动频率fF 扬声器 q fFq/U~0.01 扰动对换热的影响 扰动对换热的影响 Inaoka et al. 闭环主动控制 Yan et al. AIAA J. V44 929 闭环主动控制 应用在航空领域 Tian et al. AIAA 2006 3016 闭环主动控制 应用在汽车上 Nisugi et al JSME Series B V 47 其他一些被动控制的例子 6 tab array 10 tab array 16 tab array 6 tab array 12 tab array Gao, N., Sun. H., and Ewing, D. (2003), International Journal of Heat and Mass Transfer. 46:2557 – 2569 Heat transfer enhancement using concentric flow trips Gao, N. and Ewing, D., (2002) Proceedings of the Twelfth International Heat Transfer Conference, pp. 387-392, Augu