中文名 | 非線性熱聲對(duì)流換熱機(jī)理研究 | 項(xiàng)目類別 | 青年科學(xué)基金項(xiàng)目 |
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項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 | 劉繼平 | 依托單位 | 西安交通大學(xué) |
大振幅熱聲波的對(duì)流換熱是傳熱學(xué)領(lǐng)域尚未充分研究的問題。本項(xiàng)目將建立基于大功率脈沖加熱技術(shù)的熱聲對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),精確測(cè)量大振幅熱聲過程壓力、速度及溫度等參數(shù)和聲音信號(hào)的變化規(guī)律以及熱聲波的傳熱效應(yīng);開發(fā)適用于大振幅熱聲波流動(dòng)及傳熱數(shù)值模擬的高階穩(wěn)定離散格式和高效算法,對(duì)熱聲波的流動(dòng)及傳熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬;在實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論分析,建立大振幅熱聲波對(duì)流換熱的簡化數(shù)學(xué)模型,查清非線性效應(yīng)對(duì)其流動(dòng)和傳熱的影響。本項(xiàng)目的研究將拓展熱聲對(duì)流換熱這一新的傳熱學(xué)研究方向,為熱聲技術(shù)的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。 2100433B
批準(zhǔn)號(hào) |
50506024 |
項(xiàng)目名稱 |
非線性熱聲對(duì)流換熱機(jī)理研究 |
項(xiàng)目類別 |
青年科學(xué)基金項(xiàng)目 |
申請(qǐng)代碼 |
E0603 |
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 |
劉繼平 |
負(fù)責(zé)人職稱 |
教授 |
依托單位 |
西安交通大學(xué) |
研究期限 |
2006-01-01 至 2008-12-31 |
支持經(jīng)費(fèi) |
25(萬元) |
流體與固體表面之間的換熱能力,比如說,物體表面與附近空氣溫差1℃,單位時(shí)間(1s)單位面積上通過對(duì)流與附近空氣交換的熱量。單位為W/(m^2·℃)或J/(m^2·s·℃)。表面對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值與換熱...
對(duì)流換熱系數(shù)的詳細(xì)內(nèi)容
對(duì)流傳熱系數(shù)也稱對(duì)流換熱系數(shù)。對(duì)流換熱系數(shù)的基本計(jì)算公式由牛頓于1701年提出,又稱牛頓冷卻定律。牛頓指出,流體與固體壁面之間對(duì)流傳熱的熱流與它們的溫度差成正比,即:q = h*(tw-t∞)Q = ...
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換熱機(jī)組現(xiàn)狀 摘要:目前供暖系統(tǒng)中換熱機(jī)組的特點(diǎn)及換熱機(jī)組如何選型, 提高機(jī)組的智 能化程度,使其更加高效、安全運(yùn)行,已成為現(xiàn)在采暖的迫切需要。 關(guān)鍵詞:換熱、機(jī)組、智能化 Abstract: at present, the heating system unit heat exchanger and the characteristics of the unit heat exchanger how to type selection, improve the level of intelligence unit, make it more efficient and safe operation, now has become a heating of urgent need. Keywords: heat, units, intelligent 一、 換熱機(jī)組簡介 本機(jī)組由
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本文通過三維數(shù)值模擬的方法研究了混合對(duì)流作用下U型管管內(nèi)的換熱特性,分析了管內(nèi)截面自然對(duì)流對(duì)管內(nèi)層流換熱的影響及主流速度、壁面熱流密度和U型管傾角等參數(shù)對(duì)管內(nèi)混合對(duì)流換熱特性的影響。結(jié)果表明:與純強(qiáng)制對(duì)流相比混合對(duì)流作用下其管內(nèi)換熱系數(shù)顯著增大;在混合對(duì)流作用下,隨壁面熱流密度增大,管內(nèi)換熱增強(qiáng),但隨進(jìn)口流速或U型管傾角的增大時(shí),管內(nèi)換熱減弱。
通常對(duì)流換熱的研究方法分以下四種:
分析法。在相應(yīng)描述邊界條件和一類對(duì)流換熱的數(shù)學(xué)問題求解偏微分方程取得解析速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。由于數(shù)學(xué)計(jì)算條件的限制,目前對(duì)于個(gè)別簡單的求解問題可以分析對(duì)流換熱系數(shù),如二維邊界層的層流流動(dòng)。當(dāng)然,分析法的最大優(yōu)點(diǎn)是能深刻揭示物理量之間的依變關(guān)系,也是其他評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)理論依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)法。實(shí)驗(yàn)法依然是求解對(duì)流換熱問題的重要的方法,由于對(duì)流換熱問題是個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)的過程,尤其是對(duì)于在真實(shí)環(huán)境下建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜換熱情況,進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)方案是解決這類復(fù)雜問題的唯一途徑。
比擬法。以能量守恒和動(dòng)量守恒定律為基礎(chǔ),建立換熱系數(shù)與阻力系數(shù)之間的關(guān)系式,再利用測(cè)定的阻力系數(shù)計(jì)算出表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。在傳熱學(xué)早期發(fā)展中,這一方法曾是計(jì)算湍流換熱等問題的求解方法。隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備的完善、測(cè)試技術(shù)的迅速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)對(duì)于流體的分析日益強(qiáng)大,近年來這一方法也使用較少。
數(shù)值法。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用數(shù)值計(jì)算的普及和發(fā)展,對(duì)流換熱過程的數(shù)值分析逐漸成為一種主要的求解方法,其結(jié)果可信性也逐步提高。數(shù)值模擬方法類似于用計(jì)算機(jī)來做有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn),可以形象再現(xiàn)流體在大環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)情況,能更加有效地解決實(shí)驗(yàn)不能解決的問題,對(duì)于分析問題有很大幫助。
時(shí)均流誘導(dǎo)熱聲振蕩是一種新型的能量轉(zhuǎn)換方法,基于其原理可建成完全沒有運(yùn)動(dòng)部件的、以風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)。本項(xiàng)目擬從理論、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)三方面對(duì)其機(jī)理進(jìn)行研究:建立時(shí)均流剪切邊界層非穩(wěn)定性問題的多維度、可壓縮流、非穩(wěn)態(tài)物理模型,確定聲場(chǎng)工作頻率和強(qiáng)度與漩渦形成周期、數(shù)量和運(yùn)動(dòng)速度的定量關(guān)系。在此基礎(chǔ)上引入非線性熱聲學(xué)理論,首次建立時(shí)均流誘導(dǎo)熱聲振蕩的完整物理模型。基于DES算法,利用CFD方法對(duì)物理模型數(shù)值求解,獲得壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和密度場(chǎng)的數(shù)值解,實(shí)現(xiàn)完整物理場(chǎng)分析;研制一臺(tái)時(shí)均流驅(qū)動(dòng)的高效熱聲制冷機(jī),在熱聲板疊上產(chǎn)生不小于150K的可用溫差,對(duì)時(shí)均、交變流場(chǎng)中的壓力(波動(dòng))、速度(波動(dòng))、溫度(分布)進(jìn)行精確測(cè)量,通過綜合分析發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的規(guī)律。最后,通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,探明時(shí)均流、誘導(dǎo)聲場(chǎng)、熱聲效應(yīng)之間的耦合作用機(jī)理,為實(shí)現(xiàn)以自然風(fēng)等時(shí)均流驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)奠定理論基礎(chǔ)。
在自然界、人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)中存在大量的對(duì)流換熱現(xiàn)象。研究對(duì)流換熱系數(shù),我們先要理解對(duì)流換熱的定義。對(duì)流換熱是指固體壁面與環(huán)境流體直接接觸時(shí)所發(fā)生的熱量傳遞過程,它發(fā)生在緊靠固體表面的邊界層中。如果流體的流動(dòng)是外力推動(dòng)而形成的,則由此引起的對(duì)流換熱為強(qiáng)迫對(duì)流;如果流體的流動(dòng)是有緊靠熱表面的受熱流體的浮力運(yùn)動(dòng)而引起,則這種對(duì)流換熱稱為自然對(duì)流。為了便于分析研究,通常總把傳熱現(xiàn)象看作是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種最基本形式在其體場(chǎng)合下的不同組合。熱傳導(dǎo),是指物體各部分之間沒有相對(duì)位移或者不同物體直接接觸時(shí)依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象。由于直接接觸而發(fā)生能量傳遞的現(xiàn)象。