小尺度矩形通道內(nèi)碳?xì)淙剂狭鲃?dòng)及強(qiáng)化傳熱研究.pdf

1、小尺度矩形冷卻通道在工業(yè)換熱設(shè)備、核電站設(shè)備及航空航天動(dòng)力熱防護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，其內(nèi)部的流動(dòng)傳熱過程倍受研究者們關(guān)注。其中，以超臨界碳?xì)淙剂蠟槔鋮s劑工質(zhì)的單面加熱冷卻通道不同于周向均勻加熱的圓形冷卻通道，存在跨臨界流動(dòng)、溫度分布不均勻等自身特殊性。本文以毫米量級(jí)矩形通道為研究載體，開展了基于三維流/固/熱耦合模型的流動(dòng)傳熱數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文采用物性計(jì)算方法對(duì)超臨界壓力下的正癸烷進(jìn)行了熱物性處理，并考慮高壓影響對(duì)一些

2、參數(shù)計(jì)算進(jìn)行了修正，結(jié)果與NIST數(shù)據(jù)庫對(duì)比平均誤差在10％以內(nèi)；為討論單面加熱件下通道內(nèi)的溫度不均勻現(xiàn)象形成機(jī)理及其對(duì)傳熱影響的規(guī)律，本文建立了四種不同通道高寬比AR=1,2,4,8數(shù)值計(jì)算模型，通過定義溫度不均勻系數(shù)及有效湍流熱擴(kuò)散系數(shù)，詳細(xì)分析了溫度分層形成機(jī)理及對(duì)傳熱的影響，結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)增加高寬比可以起到增強(qiáng)換熱的效果；最后，通過對(duì)比計(jì)算有無固體域模型，說明考慮固體域耦合計(jì)算的必要性。
　　在通道高寬比研究的基礎(chǔ)上

3、，為了探索在小尺度矩形通道內(nèi)的強(qiáng)化傳熱方法，本文基于換熱設(shè)備中常用的三種強(qiáng)化換熱方式，粗糙元、三角翼渦發(fā)生器及壁面球凹陷，對(duì)比開展了強(qiáng)化換熱機(jī)理及效果研究。結(jié)果表明渦發(fā)生器強(qiáng)化換熱效果最明顯，而球凹陷流動(dòng)阻力最低?？紤]壓降損失影響，球凹陷強(qiáng)化換熱方法在小尺度矩形通道內(nèi)應(yīng)用潛力很大。
　　以球凹陷強(qiáng)化換熱元為研究對(duì)象，考慮單通道側(cè)壁影響效應(yīng)，討論了凹陷的排布間距及方式對(duì)通道內(nèi)流動(dòng)傳熱的影響。凹陷排布間距較小時(shí)，可以獲得較好的強(qiáng)化換熱

4、效果，但是帶來的壓降損失也較大；在基于相同凹陷排布密度的前提下，相比于單排凹陷雙排凹陷可以獲得更高的換熱性能和更低的流動(dòng)損失。而且，兩種排布方式下通道內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象存在很大差異；相比于光滑通道，在一定溫度范圍（亞臨界區(qū)）雙排凹陷能夠起到強(qiáng)化換熱效果，而在超臨界溫區(qū)并不能獲得強(qiáng)化換熱效果。
　　本文最后建立基于窄縫矩形通道的強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)帶有球凹陷的通道和光滑通道開展了不同預(yù)熱段出口溫度和冷卻流量條件下的換熱效果測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表