方法

原理

性能及优缺点

进展情况

文献

有源技术

多相RB对流

应用温差跨越气液共存曲线,临界点处汽化潜热H消失,液滴成核率的增长克服汽化潜热消失带来的影响,导致导热率仍然上升

应用温差跨越气液共存曲线,会导致有效导热率线性增加,甚至比单相对流中导热率大一个数量级或更多,同时,压力P接近于临界压力时,会导致一个最大换热量PCP

目前更深入的研究有在两相流中加入纳米流体,或是将两相流的强化作用推广到三相流中,这些有待之后的实验跟模拟来检测

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垂直旋转轴

旋转效应改变流体的平均运动,同时改变湍流的强度和脉动结构。快速旋转流通常由转动轴产生的科氏力引入到细长的连贯对流列中,对流量增加导致热边界层厚度变薄,导致导热率上升。

适当的旋转导致相对适中的Ra ≈ 108和Pr数,可提高换热达30%,但当Ra过大时,热量传输效率会降低。甚至当Pr ≤ 0.7,热量增强会彻底消失。

之后的研究方向主要是优化旋转速率等可变因素,使得其换热效果达到最佳

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脉冲法

脉冲驱动能量的投入与湍流时间尺度同步,投入能量的周期等于大规模流动周期时间的一半时,能够得到一种共振的强化,某种特定的波形对湍流热量传输也有强化作用。

饱和Ra数是介于低饱和水平和高饱和水平之间波动的,饱和水平的尺度,取决于驱动力A和驱动频率f,脉冲引起的大尺度环流(LSC)仍存在于RBC系统中,其强度与稳定驱动下的湍流系统一致,所以脉冲对Nu的加强与合适脉冲参数的选择有关。

研究例如长周期的驱动能力投入对自衰湍流热对流系统的间歇影响,以及在驱动频率远大于LSC周期的情况下大尺度环流是否仍然存在

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无源技术

粗糙表面法

大尺度环流在粗糙表面较之光滑表面会额外产生更多扰动,流动边界层受到一定程度的破坏,导致层流特性得到相对减弱或是层流流动转变为湍流流动,最终使得粗糙表面的平均传热效果得到增强

在粗糙的空间中,(冷)热羽流的排放量大大增加,表面粗糙使得热羽流进行横向的大尺度环流,在粗糙腔内的边界层上的温度波动减少。使粗糙表面相较于光滑表面的热量传输增大最多达76%

目前对于不同粗糙度对强化传热效果的影响,仍需要进行更丰富细致的实验

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热对流分区法

当垂直分区被插入到一个对流单元的隔离墙与冷却(或加热)板之间的间隙时,对流会变得自发组织更加一致,最终导致热传输增强

隔板数N足够大时,每个子室中流体流动会更加连贯,从而得到更高效的热通量,同时由于射流的存在使导板附近流体温度梯度变大,导致边界层比传统RBC系统变薄约1/3,最终达到最大的换热增强值。

之后的研究主要是关于改变分区壁厚以及对流区的纵横比对热量传输的影响,看怎样才能得到最佳换热的优化

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横向限制湍流

当对流腔室的宽度变窄,不同纵横比的对流室理论上可改变热边界层厚度,随着纵横比减小,系统摩擦阻力会增加从而在侧壁增强换热

约束导致壁面的摩擦阻力增加,从而显著减弱了LSC最终在高度受限条件下抑制了它,使得热羽流影响了整个边界层。再加上在边界层内羽流形态的变化,导致更加连贯和具有活力的羽流,整体Nu因此得到提高

目前对约束引起对流换热的加强还有许多实际问题需要作出研究,例如在微电子工业中的冷却装置的设计

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