了得網工業技術_縱向渦發生器強化傳熱性能研究及其優化

內容簡介

縱向渦是第三代強化傳熱表面的代表形式，基於縱向渦旋在流場中的流動特性來實現強化傳熱的目的，縱向渦一般依靠縱向渦發生器來產生。本書對縱向渦發生器的流動與傳熱性能進行了實驗研究、數值模擬和理論分析，應用場協同理論對縱向渦發生器強化傳熱機理進行解釋說明，並應用遺傳算法和田口方法對縱向渦發生器的結構參數進行了優化設計。

作者簡介

唐凌虹，博士，西安石油大學副教授，湖北襄陽人。2001年7月畢業於哈爾濱工程大學核工程專業，獲工學學士學位；2004年6月畢業於西安交通大學核能科學與技術專業，獲工學碩士學位；2009年3月畢業於西安交通大學動力工程及工程熱物理專業，獲工學博士學位。2014年6月由哈爾濱工程大學核科學與技術博士後流動站出站。主要從事高等傳熱學、工程熱力學、泵與風機等課程教學工作；研究方向為新一代傳熱技術及新型高效換熱設備的研究及先進數值模擬方法；在國內外雜志和國際會議發表論文20餘篇，其中SCI檢索8篇，EI檢索10餘篇。

1 緒論
1.1研究工作的背景及意義（1）
1.1.1換熱器及其分類（1）
1.1.2強化傳熱的研究意義（4）
1.1.3優化設計的研究意義（6）
1.2縱向渦發生器強化傳熱研究進展（7）
1.2.1縱向渦發生器翅片管翅式換熱器強化換熱的研究進展（8）
1.2.2縱向渦發生器在矩形通道內流動傳熱性能的研究進展（11）
1.3強化傳熱的場協同理論研究進展（13）
1.4換熱器的優化設計研究進展（15）
1.4.1遺傳算法在換熱器優化設計的研究進展（16）
1.4.2田口方法在換熱器優化設計的研究進展（17）
1.5本章小結（18）
1 緒論

1.1研究工作的背景及意義（1）

1.1.1換熱器及其分類（1）

1.1.2強化傳熱的研究意義（4）

1.1.3優化設計的研究意義（6）

1.2縱向渦發生器強化傳熱研究進展（7）

1.2.1縱向渦發生器翅片管翅式換熱器強化換熱的研究進展（8）

1.2.2縱向渦發生器在矩形通道內流動傳熱性能的研究進展（11）

1.3強化傳熱的場協同理論研究進展（13）

1.4換熱器的優化設計研究進展（15）

1.4.1遺傳算法在換熱器優化設計的研究進展（16）

1.4.2田口方法在換熱器優化設計的研究進展（17）

1.5本章小結（18）

2縱向渦發生器翅片管翅式換熱器實驗研究（20）

2.1實驗測試繫統（20）

2.1.1測量參數及測量方法（22）

2.1.2實驗過程（23）

2.1.3實驗數據處理（23）

2.1.4實驗結果不確定度分析（26）

2.件幾何尺寸及結構參數（27）

2.3實驗繫統校核（29）

2.4實驗結果與分析（30）

2.4.1管排數對換熱與阻力性能的影響（30）

2.4.2翅片形式對換熱與阻力性能的影響（33）

2.4.3經驗關聯式的確定（35）

2.5不同翅件換熱綜合性能比較（37）

2.5.1相同質量流量準則、相同泵功率準則、相同壓降準則（37）

2.5.2改變外形尺寸準則（VG-1）（40）

2.5.3體積因素法準則（Volume Goodness）（42）

2.6本章小結（43）

3CFD形式縱向渦發生器翅片管翅式換熱器流動傳熱性能

研究（44）

3.1CFD形式縱向渦發生器翅片管翅式換熱器的數值計算（45）

3.1.1物理模型及數學描述（45）

3.1.2計算模型考核（48）

3.2幾何參數對CFD形式縱向渦發生器翅片管翅式換熱器的

換熱阻力性能的影響（49）

3.2.1管排的影響（50）

3.2.2縱向渦發生器攻角的影響（55）

3.2.3縱向渦發生器長度的影響（57）

3.2.4縱向渦發生器高度的影響（60）

3.2.5翅片材料的影響（61）

3.2.6翅片厚度的影響（63）

3.2.7翅片間距的影響（64）

3.2.8橫向管間距的影響（65）

3.2.9縱向管間距的影響（66）

3.3CFD形式縱向渦發生器翅片管翅式換熱器換熱及

變量關聯式的擬合（67）

3.4本章小結（72）

4 CFU形式縱向渦發生器翅片管翅式換熱器流動傳熱性能

研究（73）

4.1CFU形式縱向渦發生器翅片管翅式換熱器的數值計算（73）

4.1.1物理模型及計算方法（73）

4.1.2計算模型考核（74）

4.1.3兩種形式縱向渦發生器流動傳熱性能比較（74）

4.2幾何參數對流動傳熱性能的影響（80）

4.2.1攻角α的影響（81）

4.2.2長度Vl的影響（81）

4.2.3高度Vh的影響（82）

4.2.4頂點與下邊界間距xVG的影響（82）

4.2.5頂點與左邊界間距yVG的影響（83）

4.3本章小結（84）

5 CFU形式縱向渦發生器矩形通道流動傳熱性能研究（85）

5.1縱向渦發生器作用下矩形通道內流動換熱性能的數值計算（85）

5.1.1物理模型及計算方法（85）

5.1.2計算模型考核（88）

5.2不同形式矩形通道流動換熱性能比較（90）

5.2.1換熱性能比較（90）

5.2.2阻力性能比較（94）

5.2.3綜合換熱性能比較（95）

5.3幾何參數對流動換熱性能的影響（96）

5.3.1橢圓支柱幾何參數的影響（96）

5.3.2縱向渦發生器厚度的影響（98）

5.3.3縱向渦發生器長度的影響（98）

5.3.4縱向渦發生器高度的影響（99）

5.3.5縱向渦發生器攻角的影響（100）

5.3.6縱向渦發生器橫向間距的影響（101）

5.3.7縱向渦發生器縱向間距的影響（102）

5.4本章小結（102）

6 縱向渦發生器翅片換熱性能的優化（104）

6.1基於遺傳算法（GA）的換熱器優化（104）

6.1.1遺傳算法（GA）簡介（104）

6.1.2熱力設計過程結合遺傳算法搜索過程（107）

6.1.3重量輕為目標函數的GA優化（111）

6.1.4費用少為目標函數的GA優化（112）

6.1.5遺傳算法（GA）優化（114）

6.2基於田口方法的換熱器優化（115）

6.2.1田口方法簡介（115）

6.2.2田口方法優化（120）

6.3田口方法對CFD形縱向渦發生器翅片管翅式換熱器優化（123）

6.4田口方法對CFU形縱向渦發生器翅片管翅式換熱器優化（126）

6.5田口方法對CFU形縱向渦發生器矩形通道的優化（130）

6.6本章小結（133）

7 縱向渦發生器矩形通道內脈動流強化傳熱特性研究（134）

7.1脈動流強化傳熱研究進展（134）

7.2物理問題數學描述及數值方法（136）

7.3計算結果及討論（138）

7.3.1計算模型驗證（138）

7.3.2脈動流工況矩形通道流場分布（139）

7.3.3脈動頻率、脈動振幅和Re對出口溫度的影響（140）

7.3.4脈動頻率、脈動振幅和Re對換熱性能的影響（141）

7.3.5脈動頻率、脈動振幅和Re對阻力性能的影響（142）

7.4本章小結（144）

8 縱向渦發生器強化傳熱應用案例（146）

8.1縱向渦發生器在壓縮機中間冷卻器中的應用（147）

8.2縱向渦發生器在通訊機櫃熱交換器中的應用（150）

8.3本章小結（154）

9 結論及展望（155）

9.1主要結論（155）

9.2後續工作建議（157）

參考文獻（158）

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