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1 传统流道换热面的研究现状与发展趋势1

1.1 传统流道换热面研究现状及进展1

1.1.1 强化传热技术研究进展1

1.1.2 矩形流道结构4

1.1.3 圆形流道结构9

1.2 传统流道换热面的研究瓶颈11

1.2.1 强化传热提高瓶颈11

1.2.2 流动阻力改善瓶颈11

1.3 传统流道换热面的发展趋势及应用前景13

1.3.1 发展趋势13

1.3.2 应用前景13

1.4 本章小结14

2 异形流道换热面研究意义及应用15

2.1 研究意义15

2.2 异形流道换热面的结构特征及定义16

2.3 异形流道换热面国内外研究现状17

2.3.1 梯形流道结构17

2.3.2 波纹形流道结构19

2.3.3 横纹管结构20

2.3.4 螺旋槽管结构21

2.3.5 扭曲椭圆管结构22

2.3.6 异形流道在冷凝传热中的研究进展23

2.4 异形流道的应用24

2.4.1 在车用换热器中的应用24

2.4.2 在空调“两器”中的应用25

2.4.3 在电子设备中的应用26

2.5 本章小结27

3 异形流道内温度均匀性分布及流动特性研究28

3.1 第一类渐扩形异形流道的结构特点及重要性28

3.2 异形流道研究中的数值模拟方法29

3.2.1 基本假设及数学模型30

3.2.2 计算模型及边界条件32

3.2.3 网格的划分及离散化33

3.2.4 控制方程34

3.2.5 网格独立性及数学模型验证36

3.3 对流换热过程中的温度均匀性分布37

3.3.1 流道内温差分布理论分析37

3.3.2 等截面流道和梯形流道内的温度分布40

3.4 等截面翅片和梯形翅片内导热温度分布47

3.4.1 等截面翅片内导热温度分布47

3.4.2 相同倾角时梯形翅片内导热温度分布48

3.4.3 不同倾角时梯形翅片内导热温度分布49

3.5 梯形流道内流动特性分析49

3.5.1 梯形流道内边界层分析49

3.5.2 压降损失理论分析52

3.5.3 流道内压降及速度场分析53

3.5.4 综合强化传热性能比较56

3.6 本章小结58

4 异形流道特征参数对流动特性及场协同性的影响规律60

4.1 余弦形流道的CFD分析60

4.1.1 物理模型及结构参数60

4.1.2 网格划分及独立性分析61

4.1.3 波幅对传热和阻力性能以及温度场和速度场的影响61

4.1.4 余弦形流道强化传热机理66

4.2 抛物线形流道的CFD分析68

4.2.1 物理模型及结构参数68

4.2.2 网格划分及独立性分析69

4.2.3 焦距对传热和阻力性能以及温度场和速度场的影响69

4.2.4 抛物线形流道强化传热机理74

4.3 圆弧形流道的CFD分析75

4.3.1 物理模型及结构参数75

4.3.2 网格划分及独立性分析76

4.3.3 圆半径对传热和阻力性能以及温度场和速度场的影响76

4.3.4 圆弧形流道强化传热机理81

4.4 不同异形流道结构综合传热性能的对比分析82

4.5 本章小结83

5 异形流道换热面传热和流动性能实验研究85

5.1 实验样件及实验研究方法85

5.1.1 实验样件设计及制作85

5.1.2 风洞实验台及CAN总线数据采集系统90

5.1.3 等功率加热方法98

5.2 不同异形流道内的传热和阻力性能99

5.2.1 等截面流道不同翅片结构的传热和阻力性能99

5.2.2 梯形流道不同结构的传热和阻力性能104

5.2.3 余弦形流道不同结构的传热和阻力性能106

5.2.4 抛物线形流道不同结构的传热和阻力性能108

5.2.5 圆弧形流道不同结构的传热和阻力性能109

5.3 不同异形流道实验关联式的拟合111

5.3.1 等截面流道实验关联式112

5.3.2 梯形流道实验关联式114

5.3.3 余弦形流道实验关联式115

5.3.4 抛物线形流道实验关联式116

5.3.5 圆弧形流道实验关联式117

5.4 本章小结118

6 异形流道传热过程多维理论模型建模及分析119

6.1 异形流道内导热多维理论模型119

6.1.1 导热问题在一般坐标系下的数学描述119

6.1.2 异形曲面流道内三维导热微分方程121

6.2 异形流道内对流换热多维理论模型124

6.2.1 异形流道内质量守恒方程125

6.2.2 异形流道内动量守恒方程126

6.2.3 异形流道内能量守恒方程127

6.3 异形流道内微分方程的数值计算方法130

6.4 多维理论模型的验证133

6.4.1 多维导热模型验证133

6.4.2 多维对流换热模型验证134

6.5 本章小结136

7 异形流道表面膜状冷凝传热规律及流动特性研究137

7.1 异形流道表面膜状冷凝传热规律137

7.1.1 膜状冷凝在异形流道中的应用意义137

7.1.2 异形流道模型的假设138

7.1.3 异形流道表面液膜内的守恒方程139

7.1.4 液膜厚度方程及其无量纲化141

7.2 异形流道表面膜状冷凝分区模型理论142

7.2.1 双分区物理模型依据及假设142

7.2.2 Ⅰ区薄液膜模型143

7.2.3 Ⅱ区厚液膜模型144

7.3 膜状冷凝模型的数值计算方法和模型验证145

7.3.1 液膜界面曲率的数值计算方法145

7.3.2 液膜厚度方程的数值计算方法146

7.3.3 表面膜状冷凝数值模拟方法及验证146

7.3.4 多维膜状冷凝理论模型验证148

7.4 异形流道表面液膜内传热及冷凝液流动特性150

7.4.1 异形流道表面温度梯度分布规律150

7.4.2 液膜厚度发展规律及冷凝液流动特性的分析151

7.5 本章小结153

8 结论及展望154

8.1 主要研究结论154

8.2 主要创新点156

8.3 研究展望157

参考文献158