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本课题主要研究的是EHD强化空气对流传热,通过在壳程设置电极,使在传热面与空气之间产生高压电场,产生电晕风冲刷传热面,从而达到强化传热的目的;并根据传热过程复杂的非线性,引入动力学对壳层压降进行时间序列的分析。
本文以EHD强化传热的理论和实验为依据,主要做了如下几个方面的工作:
1.对流体在电场下的受力情况进行分析,结合电磁场理论和传热基本方程,建立EHD强化传热的数学模型。
2.设计并建立EHD强化空气对流传热的管束和单管实验装置,设计实验数据实时采集系统,编写数据采集程序,并完成实验数据采集仪器的校核和实验装置的调试工作。
3.分别进行了光管、横纹管和花瓣管的管束和单管的对流传热实验,比较了各种强化管在无电场作用和有电场作用下的强化传热性能。研究结果表明:对于单管和管束的各种强化管,施加外电场均能提高给热系数,随着场强的增大,强化系数升高;随着雷诺数的增大,强化系数降低;由于电场的作用,增加了空气与壁面的摩擦,因此施加电场后的摩擦阻力系数比没有施加电场的情况要大。在Re=5000,电极电压为30kv时,单管情况下,花瓣管、横纹管和光管的最大强化率依次为2.76、1.75和1.36;在Re=4000,电压为30kv下,对管束实验,横纹管和光管的最大强化率依次为1.7和1.43。
4.对实验段壳层压降,根据理论,对有、无电场情况下的压降波动进行时间序列的李雅普诺夫(Lyapunov)指数的计算,首次从动力学的角度审视EHD强化传热。并用数值模拟的方法模拟出非稳态过程中壳层压降的时间变化序列,以便和实验值进行比较。