點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面的傳熱與流動(dòng)特性.pdf

1、上世紀(jì)70年代美國(guó)NASA蘭利研究中心發(fā)現(xiàn)具有順流向微小肋條的表面能有效降低壁面摩阻，突破了表面越光滑阻力越小的傳統(tǒng)思想。此后，湍流減阻技術(shù)越來越多地應(yīng)用在了各種工程設(shè)備中。各種換熱設(shè)備中，人們往往需要取得更好的換熱效果，于是出現(xiàn)了各種強(qiáng)化傳熱技術(shù)；但在傳熱強(qiáng)化的同時(shí)，由于換熱面積的增加和各種擾動(dòng)的影響，流體在換熱設(shè)備中的流動(dòng)阻力將大幅增加；當(dāng)流動(dòng)阻力的增加幅度大于強(qiáng)化傳熱的幅度時(shí)；可能不僅沒有達(dá)到節(jié)能的目的，結(jié)果反而適得其反。由此，如

2、何平衡流動(dòng)阻力和對(duì)流換熱正逐漸引起人們的廣泛重視。 本文根據(jù)湍流邊界層的基本原理，通過對(duì)鯊魚、中華鱘等高速魚類表皮結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)出叉排、順排兩種點(diǎn)坑陣表面，以此研究微尺度點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面對(duì)傳熱和流動(dòng)阻力的影響，以及二者之間的相互關(guān)系。 本文以無點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)的光滑平板作為參考對(duì)象，將不同排列方式的點(diǎn)坑表面與之進(jìn)行對(duì)比研究。建立了三種物理模型，運(yùn)用湍流k-占標(biāo)準(zhǔn)湍流模型對(duì)所分析表面進(jìn)行流動(dòng)與傳熱特性的數(shù)值模擬。通過分析三種物理模型

3、的速度、溫度、壓力和渦量等參數(shù)的變化規(guī)律，分析總結(jié)了點(diǎn)坑表面強(qiáng)化換熱機(jī)理及湍流減阻效率。對(duì)參考平板和兩種點(diǎn)坑表面強(qiáng)化傳熱和湍流減阻進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：當(dāng)Re=12000時(shí)，順排點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面與叉排點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，且叉排點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)于順排點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面。 最后本文對(duì)最優(yōu)模型——Re=12000時(shí)的叉排點(diǎn)坑結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行了大渦模擬，對(duì)其傳熱與流動(dòng)的瞬態(tài)特性進(jìn)行了研究；分析了速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、