強(qiáng)迫對流換熱的火用傳遞研究.pdf

1、能量的傳遞過程廣泛地存在于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域。能量具有量和質(zhì)兩方面的屬性，然而能量的傳遞和轉(zhuǎn)換必然伴隨其“質(zhì)”－火用的傳遞和轉(zhuǎn)換。能量在傳遞和轉(zhuǎn)換過程中守恒，而火用在傳遞和轉(zhuǎn)換過程中其量不守恒，因而，火用必有其獨(dú)特的傳遞和轉(zhuǎn)換規(guī)律。研究火用的傳遞和轉(zhuǎn)換規(guī)律具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。目前的火用傳遞研究大多集中于一、二維的穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，而對管內(nèi)對流換熱過程的火用傳遞規(guī)律的分析研究較少，且得到的對流換熱過程的火用傳遞方程(組)非常復(fù)雜，

2、求得解析解比較困難，不便于工程應(yīng)用，可供實(shí)用的對流換熱過程火用傳遞分析理論和應(yīng)用的研究結(jié)果則非常少見。而且對任何實(shí)際對流換熱過程，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看管內(nèi)對流換熱過程中的熵產(chǎn)和火用損失始終大于零，而從傳火用的角度來看，在某種情況下管內(nèi)對流換熱的流動工質(zhì)的傳火用量(即火用的變化)可能小于零，這在工程中就沒有實(shí)際意義。因而，分析使管內(nèi)對流換熱中流動介質(zhì)的傳火用變化大于零的相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍，對火用傳遞規(guī)律的研究顯得尤為重要。本課題從 火

3、用傳遞的觀點(diǎn)出發(fā)，基于熱力學(xué)第一、二定律和非平衡熱力學(xué)理論，對壁面恒壁溫/恒熱流工況下，管內(nèi)充分發(fā)展段對流換熱過程的火用傳遞基本特性進(jìn)行了研究，引入對流換熱傳火用系數(shù)、火用流密度、傳火用量等概念，首次提出傳火用Nusselt數(shù)和管內(nèi)對流換熱火用傳遞方程，并導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì)算式；討論了Reynolds數(shù)、量綱1壁溫、量綱1熱通量和不同截面位置等參數(shù)對光管管內(nèi)對流換熱火用傳遞過程的影響；最后將傳火用和傳熱的結(jié)果進(jìn)行了比較。同時(shí)，利用火用傳遞的結(jié)

4、果對強(qiáng)化傳熱管的傳 火用性能進(jìn)行了評價(jià)，提出用強(qiáng)化前后的傳火用Nusselt數(shù)或傳火用量之差Δnue或ΔE作為強(qiáng)化傳熱性能評價(jià)指標(biāo)。以工程上常用的螺旋槽管和扭帶管為例，討論了Re、量綱1熱通量、量綱1壁溫、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)等對強(qiáng)化管傳火用性能的影響。采用本文得到的算式可有效評價(jià)強(qiáng)化管傳火用效果，以便選取最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。 另一方面，考慮到目前關(guān)于管內(nèi)對流換熱過程的火用傳遞研究忽略了在工程上被認(rèn)為是影響換熱設(shè)備傳熱和流動過程的重要因素之

5、一—污垢，然而污垢廣泛存于各種換熱設(shè)備中，定量地分析污垢對換熱設(shè)備傳火用性能的影響就顯得尤為重要。本文在恒壁溫/恒熱流工況下分析了污垢對管內(nèi)充分發(fā)展段對流換熱的火用傳遞過程的影響，提出了反映污垢對管內(nèi)對流換熱火用傳遞過程影響的指標(biāo)—傳火用Nusselt數(shù)變化率η1或傳火用變化率η2。討論了管內(nèi)流體Reynolds數(shù)和量綱1壁溫或量綱1熱通量等參數(shù)對結(jié)垢前后的傳火用Nusselt數(shù)變化率或傳火用變化率影響；本文為分析污垢對能量傳遞過程的影