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石油机械
2008年第 36卷第 7期 CH INA PETROLEUM MACH INERY — 7 —
试验研究
换热器 EHD强化空气对流传热及其动力学分析
黄岗罗小平高贵良
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(华南理工大学工业装备与控制学院)
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。还对实验采集及数值模拟
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
EHD强化空气对流传热实验研究, 验证了外加高
引言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
EHD ( Electro - hydrodynam ics) 强化传热是在下的实验段壳程压力波动信号时间序列, 以及无电
流体中施加高压电场, 利用电场、流场和温度场的场情况下数值模拟的非稳态条件下壳程压力波动信
相互耦合作用而达到的一种有源强化传热方法[ 1 ] 。
号时间序列进行了最大李雅普诺夫(Lyapunov) 指
早在 1916年, 英国学者 Chubb[ 2 ] 就发现在流体中
数计算和分析, 从动力学的角度研究了 EHD 强化
施加电场能够强化传热但此后多年该项技
, 40 , 传热机理。
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强化传热。近年来由
EHD , 实验装置
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
实验装置为换热器 EHD 强化空气对流传热系
具有效果显著、功耗低[ 4 ] 、易于控制表面热流等
统,见图 1。工作过程为: 蒸汽走管程,空气走壳
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, 降图 1 换热器 EHD强化空气对流传热系统
[ 6 ]
低其能量消耗具有重要意义。强化传热可使换 1—蒸汽锅炉; 2—安全阀; 3、11—闸阀; 4—换热器内管
热器的尺寸和质量减小, 使设备以及整个系统的运管束; 5—电极; 6—换热器; 7—疏水阀; 8—高压静电发
行效率提高, 在节省原材料的同时还可节约大量能生器; 9—计算机采集系统; 10—流量计; 12—漩涡气泵
源。笔者对光管、横纹管管束换热器分别进行了程, 通过传感器和相应的变送器将信号直接输入采