数值传热学在工程换热设备中的应用进展与挑战

本文主要探讨了计算传热学在工程换热设备传热研究中的重要应用。作者陈彦泽和周一卉、丁信伟从国内外数值传热学（NHT）的发展趋势出发，深入分析了数值模拟在工程传热技术领域的现状和未来前景。他们强调，数值传热学作为一种强大的研究、设计和技术开发工具，正逐渐成为工程应用和强化传热研究的核心领域。 首先，计算传热学与计算流体力学紧密相连，它涉及热传导、对流传热、辐射传热以及复杂传热过程和换热设备特性等多个核心模块。为了模拟这些热传递过程，已发展出了多种数值方法，如有限差分法、有限元法、有限容积法、无限元法、控制体积有限元法(CVFEM)和微分求积法(DQM)，这些都是解决流动和换热问题的有效手段。 早期，由于计算机技术和计算方法的限制，研究主要集中在基础单元热传递过程上。然而，随着技术的进步，近十余年来，复杂大型或工程背景下的流动与换热设备的数值模拟逐渐成为研究重点。这类问题的特点在于其工程设备的复杂性，这要求在模拟过程中处理多尺度、非线性和多物理场交互等问题。 此外，对于复杂辐射换热现象，诸如热通量法、区域法、蒙特-卡罗法和离散坐标法等数值处理方法被广泛应用。这些方法不仅提高了模拟精度，还推动了计算传热学的理论和技术的深化。 计算传热学在工程换热设备研究中的应用已经成为现代工程设计的重要组成部分，其发展前景广阔，尤其是在并行计算技术、数值模拟仿真技术、流场测试技术和可视化技术等领域。通过不断的研究和发展，这些技术将有助于提升换热设备的效率，优化设计，并解决实际工程中的复杂热传递问题。