摘要：利用SIMPLE算法对两平行平板之间有凸台的湍流回流流动换热进行了数值模拟。计算采用k-ε两方程紊流模型,对固体区域利用区域扩充法使流场在几何上规则化,对阶梯型凸台边界用壁面函数法进行了特别处理。在入口处流体Re=10000时,数值计算得出了7组不同凸台高度相对应的流场和温度场。结果表明:平行通道表面总换热量以及换热Nu随流体速度与温度梯度矢量夹角的减小而增大,验证了基于二维边界层流提出的场协同理论同样适用于复杂的湍流回流流动。

摘要：以小管径/粒径比有序填充床为研究对象,分析了管径/粒径比对填充床流动与传热特性的影响规律,并应用场协同理论研究了床层内部不同物理量场之间的耦合协同关系。结果表明,颗粒填充通道内压力沿轴向的变化趋势在入口段、充分发展段及出口段各不相同,且不同管径/粒径比时均具有相似的规律。当雷诺数相同时,努塞尔数与阻力系数均随着管径/粒径比的增大而增加。同时,随着管径/粒径比的增大,速度场与温度梯度场之间的协同性变好,而速度场与压力梯度场之间的协同性变差。此外,拟合得到了适用于小管径/粒径比有序填充床的传热与阻力性能准则关联式,可为其合理设计及校核提供理论依据。

摘要：增大总传热系数和减小压降是当前研究改善板式换热器性能主要关注的两个方向。为分析导流区结构对板式换热器传热、压降以及场协同关系的影响效果,建立两种板式换热器计算模型。利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件对两种板式换热器模型内流体不同工况下的流动和传热特性进行数值模拟,对比分析了两种模型流道内的速度场、温度场和压力场以及各场间协同性,并利用强化换热综合性能指数(Performance evaluation criteria,PEC)进行评价。结果表明:新型导流区使板式换热器板间流体的速度场与温度场分布更均匀,压降阻力减少,其综合性能更优。同时,场协同理论分析也表明,新型导流区改善了速度与压力场的协同关系。该新型板式换热器导流区设计对于提高板式换热器性能具有指导意义。

摘要：以热空气吹掠型太阳能蒸馏器为研究对象,利用数值模拟结果和均匀设计法分析蒸馏器内流动与传热场协同角的变化规律和影响因素。结果表明,影响场协同角的主要因素是热空气进口速度,热空气进口温度和水温的影响不显著。在蒸馏水温30~70℃、进口空气温度40~90℃,进口空气速度为8 m/s时平均传热场协同角最小,为73.14°,传热系数最大,可达到同等条件下自然对流传热系数的4倍。

摘要：本文采用数值计算方法分析了圆管中部分填充多孔介质时在充分发展段的流动与传热特征,并运用场协同原理分析了其强化传热机理．结果表明,采用部分填充多孔介质的方法可以在管内流动充分发展段构造等效热边界层；选择高热导率、高孔隙率的多孔介质以及合理的多孔介质填充率,可以显著强化换热而不引起流动阻力的过度增加．与传统的在流体边界区域采取传热强化措施不同,此时,主要是在流动的中心区域采取传热强化措施．计算表明,性能评价指标PEC数可达6,因此,本文方法对于高效、低阻换热器的设计有一定的借鉴意义．

摘要：实际生产生活中使用到的多孔泡沫材料通常都是非均质的,文章建立了多孔泡沫材料均质与非均质模型,结合场协同理论,从速度与温度梯度矢量的协同关系出发,分析了多孔泡沫材料内部单相流体对流强化换热的物理机制,研究了孔隙率、孔密度以及空气流速对流体顺流方向协同性能的影响。研究表明:场协同原理适用于分析多孔泡沫材料的强化传热机制;多孔泡沫材料孔隙中心与骨架后缘处的协同程度最好,骨架侧缘协同程度最差(协同角接近90°);非均质多孔泡沫材料孔壁附近协同程度较差,相同条件下全场平均场协同角比均质泡沫大;多孔泡沫材料越均匀全场协同情况越好,在相同流速、孔隙率和孔密度下,均质泡沫材料全场平均协同角余弦值可达非均质泡沫的1.2倍。计算结果表明,空气流速为3m/s时,孔隙率为0.8、0.85和0.9的多孔泡沫材料强化传热强度分别是普通平直翅片的3.3倍、1.9倍和1.2倍。该研究对新型散热器设计具有指导意义。

摘要：依据三传现象的类比规律,由质量方程导出了各种情况边界层传递的对流传质量与贴壁层扩散量的关系,提出了当量内部生成率即当量源的概念及通过源强化增强传质的结论,且源的强化不是通过常用增加能耗的方法而是改变主要变量即速度场和密度梯度场夹角来强化。该文进行了复杂极端情况下的数值模拟,在平板左侧,Pem增大至7时,使边界层变得很薄,最大程度地强化了质量传递;在平板右侧,Pem增大至7.5时,大大促使边界层增厚,弱化了质量传递,减少了质量流密度,使其效果远不如静止扩散的传递效果。因此可进行涉及传质过程的场协同分析和优劣评价及方法改进,并为传质设备的设计优化和运行提供科学指导。

摘要：为了优化重力式热管内流场和温度场的协同性、改善其内部传热特性,基于场协同理论,根据重力式热管内部的实际几何尺寸及场协同角度等因素,在重力式热管内部设置一种带有锥度的螺旋翅片扰流结构。建立了带有内螺旋翅片的热管模型,圆管长度Lmodel=500 mm,管径D=20 mm,内螺旋翅片长度L2=100 mm,装配尺寸L1=200 mm,管内工质为水,通过计算确定螺旋翅片的螺旋锥角为12.33°,螺旋升角为25.91°。利用流体力学软件对管内的传热与阻力特性进行的数值模拟,结果表明:重力式热管径向传热性能得到改善,在Re=1 800时,热通量增加18.7%,沿程阻力损失hf增加24.88倍,阻力系数f增加23.33倍。

摘要：换热网络问题严重的非凸、非线性使从数学角度发现此类问题的全局最优解变得十分困难。鉴于此,本文以场协同理论为基础,建立了一种从温差场均匀性角度描述换热网络结构性能的评价因子,以期简化换热网络综合过程,获得高效的换热网络结构。首先以单体换热器的温差均匀性因子为基础,比拟出适用于换热网络的温差均匀性因子,称之为换热网络性能评价因子。继之,选择3个不同的算例,在固定结构和固定面积两个角度下分析了评价因子的有效性。最后,计算结果表明:提出的基于权重的换热网络温差均匀性因子与网络结构的总换热量之间能够形成明显的对应关系,可以准确地描述换热网络结构性能。简而言之,温差均匀性因子的值越小,对应换热网络结构的性能越好。

摘要：从动量和能量守恒方程出发,提出速度场与温度场的协同耦合作用对聚合物流动与换热具有重要影响,并以此为依据设计了新型扭转螺杆结构和场协同螺杆。以聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)为原料制备PP/PS复合材料体系,通过挤出试验对比研究了常规螺杆与场协同螺杆的传热传质性能。结果表明,相对于常规螺杆,设置有扭转螺杆结构的场协同螺杆的数均粒径更小、粒径分布密度和平均停留时间更大,提高了挤出机的混合能力;场协同螺杆的对流换热系数更大、径向温差更小,提高了挤出机的换热能力。