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換熱器EHD強化空氣對流傳熱及其動力學分析
發布者: 發布時間:2010-10-27 閱讀:280

摘要:以空氣為實驗工質,對以光管、橫紋管為傳熱管的管束換熱器強制對流傳熱進行了高 壓電場強化(EHD)實驗研究,得到了努塞爾數與雷諾數,傳熱強化系數與外加電場電壓的關系 曲線,驗證了外加高壓電場對管束換熱器對流傳熱有一定的強化效果。還對實驗采集及數值模擬 所得的殼程壓力波動信號進行了最大李雅普諾夫指數計算和分析,從動力學的角度研究了EHD強 化傳熱機理。結果表明,當有高壓電場作用時,換熱器傳熱系統較易出現混沌,從而強化傳熱。

        關鍵詞:EHD強化傳熱 換熱器 LYAPUNOV指數 動力學分析

        引 言

        EHD(Electro-hydrodynamics)強化傳熱是在 流體中施加高壓電場,利用電場、流場和溫度場的 相互耦合作用而達到的一種有源強化傳熱方法[1] 早在1916年,英國學者Chubb[2]就發現在流體中 施加電場能夠強化傳熱,但此后40多年,該項技 術并未受到注意和重視。直到 1960年,Bochirol[3] 等人才重新開始研究EHD強化傳熱。近年來,由 于余熱利用、高效暖通空調系統、海洋能和地熱能 開發中對小溫差傳熱的要求,加上EHD強化傳熱 具有效果顯著、功耗低[4]、易于控制表面熱流等 一系列優點,其研究逐漸受到重視。以往對EHD 強化傳熱的研究主要從以下3個方面[5]進行:①試 驗確定換熱系數與外加電場的關系;②從流體在電 場中的受力角度進行理論分析;③應用數值模擬對 EHD強化傳熱進行研究。目前EHD強化傳熱研究 處于以實驗積累數據為主的研究階段,尚未有成熟 的理論。

        換熱器作為能源、化工、輕工和動力等領域中 使用最廣泛的傳熱設備之一,提高其傳熱效率,降 低其能量消耗具有重要意義[6]。強化傳熱可使換 熱器的尺寸和質量減小,使設備以及整個系統的運 行效率提高,在節省原材料的同時還可節約大量能 源。筆者對光管、橫紋管管束換熱器分別進行了EHD強化空氣對流傳熱實驗研究,驗證了外加高 壓電場對管束換熱器強制對流傳熱有較好效果,為 設計高效換熱器提供了參考,并對有、無電場情況 下的實驗段殼程壓力波動信號時間序列,以及無電 場情況下數值模擬的非穩態條件下殼程壓力波動信 號時間序列進行了最大李雅普諾夫(Lyapunov)指 數計算和分析,從動力學的角度研究了EHD強化 傳熱機理。

        實 驗 裝 置

        實驗裝置為換熱器EHD強化空氣對流傳熱系 統,見圖1。工作過程為:蒸汽走管程,空氣走殼程,通過傳感器和相應的變送器將信號直接輸入采集卡,并通過軟件每隔2s把采集到的數據直接寫 入Excel文件。蒸汽由電蒸汽鍋爐產生,其額定溫 度為152℃,額定壓力為0·4MPa。空氣通過漩渦 氣泵送入實驗換熱套管內。蒸汽出口安裝疏水閥, 將蒸汽系統中的凝結水、空氣以及CO2氣體盡快 排出,同時最大限度地自動防止蒸汽泄漏。數據采 集使用的是研華 16位ISA總線數據采集卡PCL— 818L。
 
 

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