強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)生產各個領域。能量具有量和質兩方面的屬性，然而能量的傳遞和轉換必然伴隨其“質”－火用的傳遞和轉換。能量在傳遞和轉換過程中守恒，而火用在傳遞和轉換過程中其量不守恒，因而，火用必有其獨特的傳遞和轉換規(guī)律。研究火用的傳遞和轉換規(guī)律具有重要的理論和現(xiàn)實意義。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)導熱過程，而對管內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)非常復雜，

2、求得解析解比較困難，不便于工程應用，可供實用的對流換熱過程火用傳遞分析理論和應用的研究結果則非常少見。而且對任何實際對流換熱過程，從熱力學觀點看管內對流換熱過程中的熵產和火用損失始終大于零，而從傳火用的角度來看，在某種情況下管內對流換熱的流動工質的傳火用量(即火用的變化)可能小于零，這在工程中就沒有實際意義。因而，分析使管內對流換熱中流動介質的傳火用變化大于零的相應運行參數(shù)和結構參數(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、用傳遞的觀點出發(fā)，基于熱力學第一、二定律和非平衡熱力學理論，對壁面恒壁溫/恒熱流工況下，管內充分發(fā)展段對流換熱過程的火用傳遞基本特性進行了研究，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)和管內對流換熱火用傳遞方程，并導出相應的計算式；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)對光管管內對流換熱火用傳遞過程的影響；最后將傳火用和傳熱的結果進行了比較。同時，利用火用傳遞的結

4、果對強化傳熱管的傳 火用性能進行了評價，提出用強化前后的傳火用Nusselt數(shù)或傳火用量之差Δnue或ΔE作為強化傳熱性能評價指標。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、不同結構參數(shù)等對強化管傳火用性能的影響。采用本文得到的算式可有效評價強化管傳火用效果，以便選取最佳結構參數(shù)。 另一方面，考慮到目前關于管內對流換熱過程的火用傳遞研究忽略了在工程上被認為是影響換熱設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備中，定量地分析污垢對換熱設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對流換熱火用傳遞過程影響的指標—傳火用Nusselt數(shù)變化率η1或傳火用變化率η2。討論了管內流體Reynolds數(shù)和量綱1壁溫或量綱1熱通量等參數(shù)對結垢前后的傳火用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