對(duì)流傳熱強(qiáng)化的最小作用量原理分析.pdf

1、對(duì)流傳熱強(qiáng)化技術(shù)是廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各類行業(yè)部門，能夠節(jié)能降耗并促進(jìn)和適應(yīng)高熱流場(chǎng)合的重大關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)流傳熱強(qiáng)化的根本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)傳熱過(guò)程的最優(yōu)設(shè)計(jì)和控制。對(duì)流傳熱過(guò)程的強(qiáng)化目標(biāo)可以歸結(jié)為降低過(guò)程的不可逆性。熵產(chǎn)和耗散是用于表征對(duì)流傳熱過(guò)程不可逆性的兩個(gè)關(guān)鍵物理量，因此強(qiáng)化傳熱研究的目標(biāo)可以歸結(jié)為尋求降低熵產(chǎn)或耗散的方法。
　　為了建立強(qiáng)化傳熱技術(shù)的系統(tǒng)性理論，最小作用量原理和場(chǎng)協(xié)同的概念被引入了傳熱學(xué)的研究。場(chǎng)協(xié)同理論嘗試從

2、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)配合的角度統(tǒng)一解釋各類強(qiáng)化傳熱的物理機(jī)制，得到許多有益的結(jié)論，但是該理論沒(méi)能指出實(shí)現(xiàn)優(yōu)化流場(chǎng)的具體途徑。本文從最小作用量原理和場(chǎng)協(xié)同的角度綜合比較分析了折流桿、旋流片和空心環(huán)這三種元件強(qiáng)化傳熱的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)耗散量隨雷諾數(shù)的變化趨勢(shì)與平均努塞爾數(shù)一致，場(chǎng)協(xié)同理論在關(guān)注強(qiáng)化傳熱的同時(shí)沒(méi)有考慮流動(dòng)阻力的影響。
　　最小熵產(chǎn)原理和耗散原理的研究受到廣泛關(guān)注。特別是目前基于耗散的概念建立起來(lái)的泛函優(yōu)化模型及其變分原理被認(rèn)為是

3、指導(dǎo)對(duì)流傳熱強(qiáng)化的最優(yōu)化原則。在這些泛函優(yōu)化模型中，一類是熵產(chǎn)、耗散分別被作為目標(biāo)函數(shù)，流動(dòng)功耗和粘性耗散分別被作為積分約束條件，另一類則是流動(dòng)功耗和粘性耗散分別被作為目標(biāo)函數(shù)，耗散被作為積分型約束條件。泛函優(yōu)化模型的變分駐值條件歸結(jié)為場(chǎng)協(xié)同方程組，該方程組被認(rèn)為是描述對(duì)流傳熱最優(yōu)流場(chǎng)的控制方程組。針對(duì)目前出現(xiàn)的這些最小作用量原理及其泛函優(yōu)化模型，本文綜合運(yùn)用理論分析和數(shù)值模擬方法從其泛函模型的物理意義、建立途徑以及求解方法等方面進(jìn)