小尺度矩形通道內(nèi)碳氫燃料流動及強化傳熱研究.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)備及航空航天動力熱防護系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，其內(nèi)部的流動傳熱過程倍受研究者們關(guān)注。其中，以超臨界碳氫燃料為冷卻劑工質(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、溫度分布不均勻等自身特殊性。本文以毫米量級矩形通道為研究載體，開展了基于三維流/固/熱耦合模型的流動傳熱數(shù)值計算和實驗研究。
　　本文采用物性計算方法對超臨界壓力下的正癸烷進行了熱物性處理，并考慮高壓影響對一些

2、參數(shù)計算進行了修正，結(jié)果與NIST數(shù)據(jù)庫對比平均誤差在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)象形成機理及其對傳熱影響的規(guī)律，本文建立了四種不同通道高寬比AR=1,2,4,8數(shù)值計算模型，通過定義溫度不均勻系數(shù)及有效湍流熱擴散系數(shù)，詳細分析了溫度分層形成機理及對傳熱的影響，結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)增加高寬比可以起到增強換熱的效果；最后，通過對比計算有無固體域模型，說明考慮固體域耦合計算的必要性。
　　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)的強化傳熱方法，本文基于換熱設(shè)備中常用的三種強化換熱方式，粗糙元、三角翼渦發(fā)生器及壁面球凹陷，對比開展了強化換熱機理及效果研究。結(jié)果表明渦發(fā)生器強化換熱效果最明顯，而球凹陷流動阻力最低?？紤]壓降損失影響，球凹陷強化換熱方法在小尺度矩形通道內(nèi)應(yīng)用潛力很大。
　　以球凹陷強化換熱元為研究對象，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通道內(nèi)流動傳熱的影響。凹陷排布間距較小時，可以獲得較好的強化換熱

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損失。而且，兩種排布方式下通道內(nèi)的流動現(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化換熱效果，而在超臨界溫區(qū)并不能獲得強化換熱效果。
　　本文最后建立基于窄縫矩形通道的強化傳熱實驗平臺，對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量。實驗結(jié)果表