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对流换热过程的热力学分析及其应用

管内对流换热过程广泛应用于工程上的换热设备中,它是由有限温差下的对流传热和流体的粘性流动等过程组成,从而是一个典型的不可逆过程。本课题首先以工程上常见的管内对流换热的两种典型工况——恒壁温和恒热流为条件,采用数值模拟的方法,对管内层流换热的进口段的不可逆性进行研究。模拟结果表明,两种工况下的不可逆性规律是不同的;更重要的是,对于管内的层流换热,不管哪种工况,存在入口段时的不可逆性完全不同于全部由充分发展段组成的不可逆性,雷诺数对存在入口段的管内层流换热的不可逆性影响很大,同时由粘性流动引起的不可逆性相对于温差传热引起的不可逆性可忽略不计。因此工程上在追求管内对流换热的入口段效应时,应更加注意其不可逆性的变化。另一方面,考虑到目前对管内对流换热及其换热器在能量传递过程中的不可逆性的研究均忽略了在工程上被认为是影响换热设备传热和流动过程的重要因素之一——污垢,而污垢的存在会给换热设备带来一系列的经济损失,从而成为换热设备设计、运行维  (本文共195页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州理工大学
兰州理工大学

热交叉现象广义场协同与热力学耦合

自然界存在大量的热质、热电及热磁交叉现象,其本质是传热过程与广义做功过程之间的交互作用。基于Onsager倒易关系(Onsager reciprocal relation)的经典线性非平衡态热力学的熵产率方程,只反映了交叉现象中同阶张量过程之间的弱相互作用,没有考虑孤立系统中导致时空有序化的非自发过程发生的可能。本文通过分析导致有序化的非自发过程与非平衡态热力学稳定性之间的关系,证明了时空上的有序化只可能出现在远离平衡的非线性区域。若非线性变化引起的熵产率由对称部分与反对称部分构成时,当其中的反对称部分熵产率的积分平均近似为零时,对称部分的熵产率可代表整个非线性变化的熵产率,这时不但最小熵产原理能够得到满足,而且非线性过程可以通过反映线性过程的熵产率方程进行描述,首次在热力学中引入了相位的概念,建立了蕴含非自发过程的全相位熵产率方程,既适用于线性非平衡热力学过程,又适用于反对称部分的平均熵产率为零的非线性非平衡热力学过程。不同相...  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

非相干辐射传递过程的热力学分析

热辐射是太阳能吸收器、锅炉炉膛等高温系统中的主要传热方式。对这些能量转换装置进行热力学第二定律分析时,辐射熵产和辐射的计算非常重要。目前在工程应用中辐射熵产的计算沿用导热局部熵产率公式。辐射与导热的传热方式不同,其中最为明显的是辐射与导热对温度的依赖不同。从不可逆热力学的角度来看,导热热流是由局部温度梯度驱动。热辐射通常是一长程现象,辐射热流密度取决于所考虑的整个封闭体内的温度分布,而不是由该处的温度梯度所决定。因此导热型的熵产公式不适用于计算辐射熵产,需要发展新的辐射熵产和辐射损的计算方法。辐射光束不但携带能量而且携带熵。宏观条件下的热辐射可认为是非相干的。本文结合热辐射的自身特性研究了非相干辐射传递过程的基础热力学问题,分析了辐射与导热复合换热、高温受限射流和燃烧过程中的熵产,并研究了太阳光谱辐射的分布。主要工作包括以下五个方面:(1)对非相干辐射传递过程进行了热力学分析,证明了传统的熵产公式并不适用于计算辐射换热过程...  (本文共154页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州理工大学
兰州理工大学

顺逆流换热优化的熵产悖论及其热力学分析

在能源的开发和利用中,80%以上的能量是以热能的形式加以利用的,而高性能换热设备的优化设计及制造是众多工业领域进行热能高效利用的基础。自从把熵产最小原理引入换热器的优化设计理论之后,虽然在高效换热器的设计方面已取得了很好的效果,但逆流换热器的效能在0到0.5范围内所存在的熵产悖论,长期以来成为换热器优化设计理论中困扰人们的关键问题。本论文分析了目前换热器优化设计中两个典型的理论,即以熵产数反映换热过程性能的最小熵产理论,以热阻最小反映换热过程性能的积耗散优化理论,虽然后者能够更好地解决熵产悖论问题,但却是以忽略流动过程的耗散为前提。对熵产悖论问题的彻底解决,必须依赖于从热力学的角度对传热过程与流动传质相互作用而导致的传热强化机制的进一步理解。事实上,根据场协同理论得到的速度矢量与温度梯度矢量的夹角越小,流动换热强化的程度越高,对于这时所包含的两个矢量的夹角同向时为0及反向时为π这两种不同的情况,目前还没有从理论上解释其蕴含的物理...  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>

《计算物理》2020年02期
计算物理

带沟槽结构的平板流动中的熵产分析

基于大涡模拟,采用Fluent软件对带沟槽结构的平板流动过程进行熵产分析,探究沟槽结构引起的熵产变化规律.结果表明:沟槽结构能减少流动过程中的熵产,在30 m·s~(-1)时(Re≈20...  (本文共7页) 阅读全文>>

《石油科学通报》2020年02期
石油科学通报

熵产理论在液力透平内流场分析中的应用

液力透平通常用于取代石油化工工艺流程的焦耳—汤姆逊节流阀起到降压作用,可以提高整体效率,也能回收高压液体能量,提高能量利用率。液力透平的整体性能关乎其回收能量的效率,为了对液力透平流场中的能量损失做出定量、定向的评价,更准确地计算流场水力损失的大小和位置,本文引入基于热力学第二定律的熵产分析理论进行分析。选用RNGκ-ε湍流模型对透平全流道进行数值模拟,...  (本文共8页) 阅读全文>>

《节能》2016年11期
节能

H形树网通道中湍流对流换热熵产分析

在管壁恒热流密度条件下,以H形树网通道中湍流对流换热过程为研究对象,推导出了熵产率解析式和每一级通道无量纲数Be的解析式,分析了通道级数对熵产率和无量纲数Be的影响。结果表明:对于树网中任意一级通道,传热熵产率随着通道级...  (本文共8页) 阅读全文>>

权威出处: 《节能》2016年11期