湍流强化传热反馈控制：机理与效果分析

"湍流强化传热反馈控制机理 (2011年)，潘利生，史维秀，汪健生，天津大学机械工程学院" 本文是2011年由潘利生、史维秀和汪健生在《天津大学学报》发表的一篇自然科学论文，主要探讨了湍流强化传热的反馈控制机制。研究的核心在于利用大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）方法，深入理解湍流结构如何影响对流换热，并通过实施不同的反馈控制策略来优化传热效率。 在湍流流场中，流体的混沌运动对传热有显著影响。大涡模拟是一种计算流体动力学的方法，它能够捕捉到流体中的大尺度涡旋，从而更准确地模拟湍流现象。论文中，研究人员采取了三种不同的反馈控制速度，以此改变湍流流场的特性，进而分析这些变化对传热的影响。 反馈控制是一种动态调整系统参数以达到期望性能的技术。在本文的上下文中，这意味着在湍流流场中引入控制信号以改善传热效率。通过实验，他们发现适当强度的反馈控制能有效增强传热。具体来说，当控制系数α分别设置为5.0、10.0和15.0时，努塞尔数（Nu，衡量对流换热的一个关键参数）的最大增加幅度分别为8.78%、11.17%和14.08%，平均增加幅度则为4.80%、6.88%和9.09%。这表明随着反馈控制的增强，传热性能有显著提升。 此外，研究人员还关注了流场中不同位置的温度分布。他们发现在y+（壁面单位距离）等于5的位置，当α=15.0时，流场的温度比没有反馈控制的情况高出约10℃。这进一步证实了反馈控制对于湍流传热强化的积极效果。 关键词“反馈控制”、“强化传热”和“大涡模拟”揭示了研究的主要方向和技术手段，而“湍流拟序结构”则暗示了研究可能涉及湍流流场内部结构的有序性对传热的影响。 总结起来，这篇论文通过大涡模拟技术和反馈控制策略，深入研究了湍流中强化传热的物理机制，得出了反馈控制可以显著提高传热效率的结论，这对于提高能源转换设备的性能，如热交换器等，具有重要的理论与实践意义。