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    换热器EHD强化空气对流传热及其动力学分析
    发布者: 发布时间:2010-10-27 阅读:280

    摘要:以空气为实验工质,对以光管、横纹管为传热管的管束换热器强制对流传热进行了高 压电场强化(EHD)实验研究,得到了努塞尔数与雷诺数,传热强化系数与外加电场电压的关系 曲线,验证了外加高压电场对管束换热器对流传热有一定的强化效果?;苟允笛椴杉笆的D?nbsp;所得的壳程压力波动信号进行了最大李雅普诺夫指数计算和分析,从动力学的角度研究了EHD强 化传热机理。结果表明,当有高压电场作用时,换热器传热系统较易出现混沌,从而强化传热。

            关键词:EHD强化传热 换热器 LYAPUNOV指数 动力学分析

            引 言

            EHD(Electro-hydrodynamics)强化传热是在 流体中施加高压电场,利用电场、流场和温度场的 相互耦合作用而达到的一种有源强化传热方法[1] 早在1916年,英国学者Chubb[2]就发现在流体中 施加电场能够强化传热,但此后40多年,该项技 术并未受到注意和重视。直到 1960年,Bochirol[3] 等人才重新开始研究EHD强化传热。近年来,由 于余热利用、高效暖通空调系统、海洋能和地热能 开发中对小温差传热的要求,加上EHD强化传热 具有效果显著、功耗低[4]、易于控制表面热流等 一系列优点,其研究逐渐受到重视。以往对EHD 强化传热的研究主要从以下3个方面[5]进行:①试 验确定换热系数与外加电场的关系;②从流体在电 场中的受力角度进行理论分析;③应用数值模拟对 EHD强化传热进行研究。目前EHD强化传热研究 处于以实验积累数据为主的研究阶段,尚未有成熟 的理论。

            换热器作为能源、化工、轻工和动力等领域中 使用最广泛的传热设备之一,提高其传热效率,降 低其能量消耗具有重要意义[6]。强化传热可使换 热器的尺寸和质量减小,使设备以及整个系统的运 行效率提高,在节省原材料的同时还可节约大量能 源。笔者对光管、横纹管管束换热器分别进行了EHD强化空气对流传热实验研究,验证了外加高 压电场对管束换热器强制对流传热有较好效果,为 设计高效换热器提供了参考,并对有、无电场情况 下的实验段壳程压力波动信号时间序列,以及无电 场情况下数值模拟的非稳态条件下壳程压力波动信 号时间序列进行了最大李雅普诺夫(Lyapunov)指 数计算和分析,从动力学的角度研究了EHD强化 传热机理。

            实 验 装 置

            实验装置为换热器EHD强化空气对流传热系 统,见图1。工作过程为:蒸汽走管程,空气走壳程,通过传感器和相应的变送器将信号直接输入采集卡,并通过软件每隔2s把采集到的数据直接写 入Excel文件。蒸汽由电蒸汽锅炉产生,其额定温 度为152℃,额定压力为0·4MPa??掌ü鑫?nbsp;气泵送入实验换热套管内。蒸汽出口安装疏水阀, 将蒸汽系统中的凝结水、空气以及CO2气体尽快 排出,同时最大限度地自动防止蒸汽泄漏。数据采 集使用的是研华 16位ISA总线数据采集卡PCL— 818L。
     
     

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