纵向涡强化竖直平板自然对流换热的实验研究

　　热科学与技术纵向涡强化竖直平板自然对流换热的实验研究王涛，杨泽亮，冯光畅华南理工大学电力学院，广东广州510640主商要对纵向涡强化竖直平板自然对流换热进行了实验研究，结果明，在定的队，1数范围内，直角角翼纵向涡发生器的攻角翼高翼宽等几何参数是影响强化换热的主要因素。存在佳攻角；宽高比定时，翼高和翼宽的变化会影响换热的效果发现在直角角翼阵列中前排直角角翼产生的纵向涡可以强化后排直角角翼纵向涡的换热。将直角角翼与矩形低肋换热面的性能作了对比性实验，在其他条件相同，引言纵向涡强化换热是种新型的无源强化换热力法1纵向满发生器1以败161划0引起的纵向涡，改变了近壁流场的结构。对强化换热有较好的效果大多数研究者主要研究了纵向涡对水平通道强迫对流换热的强化效果。结果明，纵向涡能够使换热系数大幅提高12！但目前，纵向涡对竖直平板自然对流换热影响的研宄较少。作者通过实验研究在定只7数恒热流换热条件下，直角角翼10的攻角翼高翼宽等几何参数对竖直平板自然对流换热系数的影响；在直角角翼10阵列中，前排纵向涡发生器对后排纵向涡器换热性能的影响；将直角角翼，同矩形低肋换热面的性能进疔了比较1实验系统整个实验在密闭的房间内进行，使用，2nuiv直发热板作为实验面在发热板上下两端分别用3mmX400mn30，紫铜板夹紧，在紫铜板两端接入电源导线经测量紫铜板各处电压均致，发热板可达到恒热流换热条伟竖直发热板两基金项目国家重点基础研究发展计划项目20000263.

　　面对称布置直角角翼，对竖直发热板的前后两面都使用红外热像仪测量温度场。本实验使用的⑴认谓义伽红外热像仪的测量精度为1为了提高实验面的黑度，减少环境对测量的影响，在如，竖直发热板面粘上黑度乃的，绘阁纸1直角角翼10由两片对称布置的直角角翼组成，定义直角角翼底边与来流方向的夹角为攻角4翼前端距21发热板0辐射换热量，1可根据大空间内的小物体辐射换热计算公式计戴Sl1直角旬翼纵句涡，生器根椐卞顿冷却定律授，主要从事传热燃烧和节能的研宄。

　　热科学与技换热社，为在域4内的均换热系数。7为发热板在域人内的平均温度。广为坏境温度。为换热面枳由式1可以计算出区域人内的平均换热系数2纵向涡发生器用硬纸片做成。使其作为扩展换热面的作用人大降低。以认为它对换热的影响仅是纵向涡的影晌纵向涡发生器布置在距竖广1发热板下缘240，处。列对称布置1 2实验研，区域为中间的纵向涡发生器的影响范围，在其两侧布置的纵向涡发生器大大降低了发热板横向导热的影响，角角翼0的温度变化情况，在3中文为距竖直发热板平板下缘距离，1为竖直发热板整个板长没有布置直角角翼0时，竖直平板壁面的温度沿竖直方向呈上汗趋势；布置角角翼，后在；前壁温同无欠致相同在靠近，处，温度上升并高于无，时竖直平板的壁温；这是因为，阻碍了空气的自然流动。在0前产生范很小的流动止滞区，恶化了换热效果，使壁温升高。但，后的壁温有较大幅度的降低，然后壁温逐渐上升；但在下游流段。壁温整体上还足低十无直角角镡；位置部温度⑴的影响2实验与结果讨论2.1竖直平板自然对流理论近似解与实验计算结果的比较根据恒热流自然对流竖直平板理论近似解计算公式4，心士1数。定性温度长的1域。对于1201攻州4.角角翼0影响显著区域至涡发生器后16，处及谭高的仿低分，对45直角角翼0进行实验，发现随着翼高的增大，纵向涡的影响区域在流向增大了，翼高15mmB 240mm纵向涡展向影响的范围要大于翼展翼高10 T+2在如为8.80左右。环境温度为21.，平均壁温72，条件下，由式2计算可得，=50.47，则换热系数的近似解=4.79评厂在相同条件下根据实验数据计算得7=4.32评12.实验计算结采近似解结果的误差为9.7，比较致该实验系统能够比较真实的反映竖直平板自然对流换热的情2.2直角角翼0对壁面局部温度的影响miid545h；WSM5mm展的1.3倍。这是由于在10末端形成的纵向渴卷吸周流体到中心的作用结果23实验计算区域入的选择由3，翼高1攻角45直角角翼，在1等于0.55以后，纵向涡旋的作用影响变化趋势变缓，为了能够清楚地反映纵向渴对换热的影响，故选择从直角角翼0至流向影响范，纵向涡发生器两列中心线为展向影响范4为方便比较，其他形式的1.角角翼的，高，宽攻角4角角翼1兄无1划影响范2.4攻角的影响对10，120爪的直角角翼，在攻角。为1530456075进行实验，发现换热系数在45附近有个极大值。对15角翼10分别作同样实验，也是同样的情况4角的换热系数的实验结果比较研究明，通常当攻角口=30，60时，脱落的旋涡会发生破裂现象；而破裂后的涡旋强度会减弱很多，这也就是换热增强随攻角增加先上升后降低的原因2.5高宽比定时，改变纵向涡发生器的翼高，翼宽对换热系数的影响对高宽比=5，翼高实验比较，4，可以看出换热系数随着翼高的增大而增强，但增加的幅度明显减小了。实验明，在高宽比定时，翼高的变化也会影响换热效果。

　　2.6直角角翼1鹏列中，前排0对后排，的影响在距发热板前缘18，处，增加布置相同尺寸直角角翼实验比较布置在距发热板前缘240mm处的LVG的换热效果。实验明，前排的乙，产生的纵向涡增强了后排的0的换热效果对于15，3，1攻角45直角角翼0，单排0的换热系数办=5.544；增加前排布置后，该排0的换热系数办=5.757偕爪2.，提高了3.83.2.7直角角翼0同矩形低肋的比较下，直角角翼的换热效果比矩形低肋好，换热系数有较大幅度提高2办贾的比较翼高，1攻角矩形低肋2.8强化换热机理对纵向涡强化换热机理的般描述为纵向祸旋在尾流区带动下游流体旋转冲刷壁面，并驱动流体从周流向中心，这样的流场破坏了热边界层的发展，提高了换热系数过增元教授对对流换热的物理机制提出了场协同理论5认为对流换热可以等效于有内热源的导热问热源项的大小决定了对流换热的强度，而热源项的大小不仅取决于温差流体的速度和流体的物性，还取决于流体速度场和热流场协同的程度，即速度矢量和热流矢量夹角大小。当值小于90时，值越小，对流换热的强度越大。按照场协同理论，纵向涡强化换热机理可以解释为在没有加纵向涡旋发生器时，竖直放置的发热平板附近空气产生接近垂直于平板方向即水平方向，速度与温度梯度的夹角接近90，换热效果较差；加了纵向涡发生器以后，纵向涡使流体有了垂直于平板的速度分量，从而改变了速度的方向，使得速度矢量与热流矢量的夹角变小，即值变小，从而增大了对流换热系数，使换热增强。

　　3结论通过对直角角翼纵向涡发生器强化竖直平板自然对流换热的实验研究，可以得到以下结论1直角角翼6强化换热时，存在佳攻角。本实验条件下，10爪12，15出1 40出1的直角角翼佳攻角在45左右。

　　在相同的翼高，直角角翼6翼展宽两翼，侧魅，潘配脑狱弈瀛糊，撼嫔卿，赢如杨泽亮，姚刚水平矩形通道内纵向涡发生器强化换热的研究华南理工大学学报自然科学版，黄素逸。动力工程现代测试技术武汉华中科技大学出版社，2001.

　　任泽霈。对流换热阽。北京高等教育出版社，过增元。对流换热的物理机制及其控制速度场与热高宽比定时，增加翼高翼宽可以，强换热效在多排布置直角角翼0阵列中，前矧的14；产卞的纵十，以增强厂。排的0的换热效果在元件数量布置方式和其他条件相同情况下，0强化换热的效果要优于矩形低肋。