湍流相干结构被动控制用于强化传热与流动减阻的研究

根据雷诺比拟原理，流体在强迫对流传热过程中对流换热系数会随着流动阻力的增大而增加，这一特性在某种程度上限制了强化对流传热技术的应用。事实上，流场中流体动量与热量传输与湍流相干结构存在着密切的关系。湍流相干结构是流体在流动过程中产生、并按一定规律发展、演化的扰动波；在某些条件下，由于相干结构的作用，雷诺比拟原理不再完全适用。根据这一现象，本项目将研究湍流相干结构被动控制技术在强化传热中的应用，以期揭示湍流相干结构的被动控制机理，寻求能在强化传热的同时，使流动阻力减小或增加最小的被动控制方法。本研究拟采用不同几何形状和结构的特殊表面，对其几何参数与传热和流动阻力之间的影响与作用机制进行实验探索，并理论分析与数值计算。实验采用流动显示和对流换热实验等方法，数值计算采用大涡模拟方法。在此基础上，将计算结果与流动显示和实验结果进行对比分析。本研究对认识湍流相干结构对流场与温度场的影响有重要的意义。