【摘要】：提出了异形流道换热面,用于改善冷却介质在传统等截面流道内存在的温度不均匀、较大的压降及不易排出的冷凝液等缺点。以梯形、余弦形、抛物线形和圆弧形异形流道为研究对象,采用理论、仿真和实验相结合的研究方法,对流道内的传热、流动性能及冷凝规律进行研究。首先,利用边界层理论对流道内的温度分布展开推导,得到等截面流道内的温差与x~(1/2)呈反比。采用仿真方法获取梯形流道内不同倾角时的温差和梯形翅片内的导热分布,计算了相应的传热系数和压降。当0°≤β≤25°时,随β的增大,翅片上的导热分布越均匀,流道内的温差变大并趋于均匀;综合传热性能先增加后减小,在β=20°时为*大值;摩擦因子不断减小,在β=25°时为*小值,减少了22.6%。结合流体力学和相似解法对不同β时的流动特性进行研究,得出边界层分离时的角度和原因。其次,分析了流道内特征参数对传热、阻力及场协同性的影响。基于场协同原理,以平均场协同角为评价指标,对不同参数时的场协同性和传热机理进行评估。得出倾角越大(0°≤β≤20°)、波幅越小、焦距越大,对应的梯形、余弦形和抛物线形流道内的平均场协同角越小、强化传热能力越好;随着半径的增加,圆弧形流道的强化传热能力先增加后减小。以芯体体积优势因子为评价标准,得出余弦形流道中η_oh_(std)α比等截面流道中大25%,由优到劣的排序为余弦形、抛物线形、梯形、圆弧形和等截面形流道。再次,对异形流道不同结构时的传热和阻力性能进行实验研究。采用等功率加热方法,缩短了1倍的实验时间。利用多元线性回归法对五种流道的j和f因子进行实验关联式拟合,可对90%的数据进行预测。结果表明,随着入口高度的减小对流换热系数(h)逐渐增加;随着倾角、波幅和焦距的增加,相应的h分别增加、减小和增加。对于圆弧形的流道来说,随着入口高度的减小h逐渐增加;随着半径尺寸的增加,h先增加后减小,当R=250mm时具有*好的传热性能。且不同流道内的压降都是随着流速的增加以抛物线的方式增长。为获得异形流道内的温度场、流场及异形翅片内的温度分布,借鉴导热、对流换热问题在一般坐标系下的数学描述及推导方法,在曲面微元体内使用质量、动量及能量守恒方程并结合拉梅系数,建立了导热和对流换热多维模型。以梯形和余弦形流道为例,采用有限差分法在MATLAB中求解。并对翅片内温度分布和流道内换热量分别比较,*大误差分别为4.89%和5.15%,验证了模型的正确性。为分析异形流道表面冷凝过程及液膜厚度和液膜内的导热问题,基于Nusselt凝结换热理论,并结合拉梅系数和传热学和流体力学理论,建立流道表面膜状冷凝的理论模型,并对数学模型进行了验证。提出了液膜双分区模型,根据边界层理论推导和计算出分区模型中的液膜厚度方程。以余弦形流道为例,对其冷凝换热系数和冷凝水流量进行了求解并分析。并得出主要的冷凝传热区域在波峰和中间区域;液膜表面的温度梯度沿着液体流动方向逐渐降低;液膜厚度随水蒸汽流速的增加逐渐变薄。