山东大学空间热科学中心：《场协同理论与强化换热技术》讲义

扬协同理论与礙化换热技术 报告人:云和明博士 山东大学空间热科学中心

场协同理论与强化换热技术 报告人：云和明 博士 山东大学空间热科学中心

报告的主要容 ●流体对流传热的场协同理论 ●传统的强化传热理论 ●场协同理论的数值验证 ●换热器的场协同理论 ●场协同强化传热研究所用的工具,方法 ●自己的一些感想体会

报告的主要内容 ⚫ 流体对流传热的场协同理论 ⚫ 传统的强化传热理论 ⚫ 场协同理论的数值验证 ⚫ 换热器的场协同理论 ⚫ 场协同强化传热研究所用的工具，方法 ⚫ 自己的一些感想体会

流体对流传热的场协同理论 T aT 层流边界层的能量守恒方程:Cp(+v)=(20)(11a) OX 导热的能量守恒方程: a aT g(,y)=(n (1-1b) 「" aT OT aT p1+)=-2m g(x) (1-2a) OX q(x, y)dy=-n OT' g(x) (1-2b) 0

流体对流传热的场协同理论 层流边界层的能量守恒方程： 导热的能量守恒方程： ( ) ( ) y T y y T v x T Cp u     =   +     （1-1a） ( , ) ( ) y T y q x y     −  =  (1-1b) q ( x ) y T )dy y T v x T Cp( u w w 0 t ,x =   = −   +       （1-2a) q ( x ) y T q( x, y )dy w w 0 t ,x =   = −     (1-2b)

对流换热三维的能量方程可写为 OTOT OT 0OT aOTa aT pcp(u.+v+w )+(元 az ax +q(1-3a) OT OT T aT aT aT pCP(l-+v-+w-)-l-(4-)+ q=-λ ay az (1-3b) 对流源项 导热源项 真实源项 等式的右边仍然是通常关注的壁面热流,等式的左边则是各种源项在热边 界层中的总和。它们分别是真实源项,对流源项(流动引起的当量热源)和 导热源项(流体中平行壁面方向导热引起的当量热源)。用此源强化的概念 就能很好的认识为什么具有放热化学反应的流体加热冷壁时,对流换热能强 化;为什么空气冷却器中喷水蒸发能强化换热,以及在管流中流体的轴向导 热会引起MW的降低

对流换热三维的能量方程可写为 ) q z T ( z ) y T ( y ) x T ( x ) z T w y T v x T Cp( u +      +     +     =   +   +       （1－3a) q ( x ) y T )] q }dy y T ( y ) x T ( x ) [ z T w y T v x T { Cp( u w 0 t ,x =   − = −     +     −   +   +          (1-3b) 对流源项 导热源项 真实源项 等式的右边仍然是通常关注的壁面热流，等式的左边则是各种源项在热边 界层中的总和。它们分别是真实源项，对流源项（流动引起的当量热源）和 导热源项（流体中平行壁面方向导热引起的当量热源）。用此源强化的概念 就能很好的认识为什么具有放热化学反应的流体加热冷壁时，对流换热能强 化；为什么空气冷却器中喷水蒸发能强化换热，以及在管流中流体的轴向导 热会引起Nu 的降低

rx OT aT OT pCp(u+y一)dy=- 等式左边的对流项改写为矢量的形式 q1 Ox x aT pCp(UVT)dy=-dow=q(x) U VT y 10>7 引入无因次变量并代入 VT= (1。-T)/o 2 aT T-T v 2LU.VTdy pcp Re, PrL (U VT )dy=Nu VT VT cos B 整理后可得无因次关系式 I=L(U VT )dy=f( Rex, Pr) (积分值的物理意义在于在ⅹ处热边界层厚度截面 内的无因次热源强度的和。积分的值一般与流动 物性因素等有关,也就是说它是和的函数)

q ( x ) y T )dy y T v x T Cp( u w w 0 t ,x =   = −   +       等式左边的对流项改写为矢量的形式 q ( x ) y T Cp(U T )dy w w 0 t ,x =    = −       = U U U   w t (T T )/ T T −    =  t y y  = T  Tw 引入无因次变量并代入   = 1 0 x Nux Re Pr (U T )dy  整理后可得无因次关系式 U T = U  T cos     =  = 1 0 I (U T )dy f (Rex ,Pr)  （积分值的物理意义在于在x处热边界层厚度截面 内的无因次热源强度的和 。积分的值一般与流动、 物性因素等有关，也就是说它是 和的函数 ） x y T T T U Tdy Cp v v U x w 1 0    − −   =         