搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于(火积)耗散率最小的“盘点”冷却流道构形优化

冯辉君 陈林根 谢志辉 孙丰瑞

基于(火积)耗散率最小的“盘点”冷却流道构形优化

冯辉君, 陈林根, 谢志辉, 孙丰瑞
PDF
导出引用
导出核心图
  • 基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 对冷却流道的“盘点”传热问题进行构形优化, 得到冷却流道的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 对于扇形单元体, 在其泵功率给定的条件下, 存在最佳展弦比使得扇形单元体无量纲当量热阻取得最小值; 对于一级树状圆盘, 在其总泵功率给定的条件下, 存在一级与单元级最佳流道宽度比和扇形单元体最佳无量纲半径使 得一级树状圆盘无量纲当量热阻取得最小值, 且一级与单元级最佳流道宽度比仅与单元体分支数有关. 当中心圆盘半径等于0时, 一级树状圆盘最终退化成辐射状圆盘, 此时一级树状圆盘半径为临界半径. 当一级树状圆盘半径大于临界半径时, 需对圆盘冷却流道采用树状布置, 反之则采用辐射状布置. 存在最佳单元体分支数使得无量纲当量热阻取得最小值, 这与高导热材料通道的“盘点”导热构形优化结果有明显区别. (火积)耗散率最小和最大温差最小的一级树状冷却流 道圆盘构造体最优构形是不同的. 与最大温差最小的冷却流道圆盘构造体相比, (火积)耗散率最小的冷却流道圆盘构造体当量热阻得到极大降低, 其整体传热性能得到明显提高. 因此, (火积)耗散极值原理与对流构形优化相结合, 有助于进一步揭示(火积)耗散极值原理在传热优化方面的优越性.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51176203, 51206184)和湖北省自然科学基金(批准号: 2012FB06905)资助的课题.
    [1]

    Bejan A 1997 Int. J. Heat Mass Transfer 40 799

    [2]

    Bejan A 2000 Shape and Structure, from Engineering to Nature (Cambridge: Cambridge University Press) pp1-314

    [3]

    Bejan A, Lorente S 2008 Design with Constructal Theory (New Jersey: Wiley) pp1-516

    [4]

    Chen L G 2012 Sci. China: Tech. Sci. 55 802

    [5]

    Ledezma G, Bejan A, Errera M 1997 J. Appl. Phys. 82 89

    [6]

    Rocha L A O, Lorente S, Bejan A 2002 Int. J. Heat Mass Transfer 45 1643

    [7]

    Ghodoossi L, Egrican N J 2003 Appl. Phys. 93 4922

    [8]

    Wu W, Chen L, Sun F 2007 Energy Convers. Mgmt. 48 101

    [9]

    Wei S H, Chen L G, Sun F R 2009 Sci. China Ser. E: Tech. Sci. 52 2981

    [10]

    Xiao Q H, Chen L G, Sun F R 2011 Chin. Sci. Bull. 56 102

    [11]

    Chen L G, Wei S H, Sun F R 2011 Int. J. Heat Mass Transfer 54 210

    [12]

    Feng H J, Chen L G, Sun F R 2012 Sci. China: Tech. Sci. 55 779

    [13]

    Bejan A, Errera M R 2000 Int. J. Heat Mass Transfer 43 3105

    [14]

    Xiao Q H, Chen L G, Sun F R 2010 Sci. China: Tech. Sci. 53 2458

    [15]

    Wechsatol W, Lorente S, Bejan A 2003 Int. J. Heat Mass Transfer 46 4381

    [16]

    Wechsatol W, Lorente S, Bejan A 2004 Int. J. Exergy 1 2

    [17]

    Daguenet-Frick X, Bonjour J, Revellin R 2010 IEEE Trans. Components & Packag. Tech. 33 115

    [18]

    Guo Z Y, Zhu H Y, Liang X G 2007 Int. J. Heat Mass Transfer 50 2545

    [19]

    Li Z X, Guo Z Y 2010 Field synergy principle of heat convection optimization (Beijing: Science Press) pp78-97 (in Chinese) [李志信, 过增元 2010 对流传热优化的场协同理论 (北京: 科学出版社) 第78-97页]

    [20]

    Guo Z Y, Cheng X G, Xia Z Z 2003 Chin. Sci. Bull. 48 406

    [21]

    Han G Z, Zhu H Y, Cheng X X, Guo Z Y 2005 J. Engng. Thermophys 26 1022 (in Chinese) [韩光泽, 朱宏晔, 程新广, 过增元 2005 工程热物理学报 26 1022]

    [22]

    Han G, Guo Z Y 2007 Proc. CSEE 27 98 (in Chinese) [韩光泽, 过增元 2007 中国电机工程学报 27 98]

    [23]

    Zhu H Y, Chen Z J, Guo Z Y 2007 Pro. Natural Sci. 17 1692 (in Chinese) [朱宏晔, 陈泽敬, 过增元 2007 自然科学进展 17 1692]

    [24]

    Chen L G 2012 Chin. Sci. Bull. 57 4404

    [25]

    Liu X B, Guo Z Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4766 (in Chinese) [柳雄斌, 过增元 2009 物理学报 58 4766]

    [26]

    Xu M T, Guo J F, Cheng L 2009 Front. Energy Power Engng. China 3 402

    [27]

    Xu M 2011 Energy 36 4272

    [28]

    Xia S J, Chen L G, Sun F R 2011 Sci. China: Tech. Sci. 54 352

    [29]

    Liu W, Liu Z C, Jia H, Fan A W, Nakayama A 2011 Int. J. Heat Transfer 54 3049

    [30]

    Hu G J, Cao B Y, Guo Z Y 2011 Chin. Sci. Bull. 56 2974

    [31]

    Cheng X T, Xu X H, Liang X G 2011 Acta Phys. Sin. 60 118103 (in Chinese) [程雪涛, 徐向华, 梁新刚 2011 物理学报 60 118103]

    [32]

    Cheng X T, Dong Y, Liang X G 2011 Acta Phys. Sin. 60 114402 (in Chinese) [程雪涛, 董源, 梁新刚 2011 物理学报 60 114402]

    [33]

    Cheng X T, Liang X G, Xu X H 2011 Acta Phys. Sin. 60 060512 (in Chinese) [程雪涛, 梁新刚, 徐向华 2011 物理学报 60 060512]

    [34]

    Chen Q, Xu Y C 2012 Energy 37 571

    [35]

    Guo J F, Huai X L 2012 Energy 41 335

    [36]

    Chen L G, Xiao Q H, Xie Z H, Sun F R 2012 Int. Comm. Heat Mass Transfer 39 1556

    [37]

    Feng H J, Chen L G, Xie Z H, Sun F R 2013 Sci. China Tech. Sci. 56 299

    [38]

    Wu J, Cheng X T 2013 Int. J. Heat Mass Transfer 58 374

  • [1]

    Bejan A 1997 Int. J. Heat Mass Transfer 40 799

    [2]

    Bejan A 2000 Shape and Structure, from Engineering to Nature (Cambridge: Cambridge University Press) pp1-314

    [3]

    Bejan A, Lorente S 2008 Design with Constructal Theory (New Jersey: Wiley) pp1-516

    [4]

    Chen L G 2012 Sci. China: Tech. Sci. 55 802

    [5]

    Ledezma G, Bejan A, Errera M 1997 J. Appl. Phys. 82 89

    [6]

    Rocha L A O, Lorente S, Bejan A 2002 Int. J. Heat Mass Transfer 45 1643

    [7]

    Ghodoossi L, Egrican N J 2003 Appl. Phys. 93 4922

    [8]

    Wu W, Chen L, Sun F 2007 Energy Convers. Mgmt. 48 101

    [9]

    Wei S H, Chen L G, Sun F R 2009 Sci. China Ser. E: Tech. Sci. 52 2981

    [10]

    Xiao Q H, Chen L G, Sun F R 2011 Chin. Sci. Bull. 56 102

    [11]

    Chen L G, Wei S H, Sun F R 2011 Int. J. Heat Mass Transfer 54 210

    [12]

    Feng H J, Chen L G, Sun F R 2012 Sci. China: Tech. Sci. 55 779

    [13]

    Bejan A, Errera M R 2000 Int. J. Heat Mass Transfer 43 3105

    [14]

    Xiao Q H, Chen L G, Sun F R 2010 Sci. China: Tech. Sci. 53 2458

    [15]

    Wechsatol W, Lorente S, Bejan A 2003 Int. J. Heat Mass Transfer 46 4381

    [16]

    Wechsatol W, Lorente S, Bejan A 2004 Int. J. Exergy 1 2

    [17]

    Daguenet-Frick X, Bonjour J, Revellin R 2010 IEEE Trans. Components & Packag. Tech. 33 115

    [18]

    Guo Z Y, Zhu H Y, Liang X G 2007 Int. J. Heat Mass Transfer 50 2545

    [19]

    Li Z X, Guo Z Y 2010 Field synergy principle of heat convection optimization (Beijing: Science Press) pp78-97 (in Chinese) [李志信, 过增元 2010 对流传热优化的场协同理论 (北京: 科学出版社) 第78-97页]

    [20]

    Guo Z Y, Cheng X G, Xia Z Z 2003 Chin. Sci. Bull. 48 406

    [21]

    Han G Z, Zhu H Y, Cheng X X, Guo Z Y 2005 J. Engng. Thermophys 26 1022 (in Chinese) [韩光泽, 朱宏晔, 程新广, 过增元 2005 工程热物理学报 26 1022]

    [22]

    Han G, Guo Z Y 2007 Proc. CSEE 27 98 (in Chinese) [韩光泽, 过增元 2007 中国电机工程学报 27 98]

    [23]

    Zhu H Y, Chen Z J, Guo Z Y 2007 Pro. Natural Sci. 17 1692 (in Chinese) [朱宏晔, 陈泽敬, 过增元 2007 自然科学进展 17 1692]

    [24]

    Chen L G 2012 Chin. Sci. Bull. 57 4404

    [25]

    Liu X B, Guo Z Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4766 (in Chinese) [柳雄斌, 过增元 2009 物理学报 58 4766]

    [26]

    Xu M T, Guo J F, Cheng L 2009 Front. Energy Power Engng. China 3 402

    [27]

    Xu M 2011 Energy 36 4272

    [28]

    Xia S J, Chen L G, Sun F R 2011 Sci. China: Tech. Sci. 54 352

    [29]

    Liu W, Liu Z C, Jia H, Fan A W, Nakayama A 2011 Int. J. Heat Transfer 54 3049

    [30]

    Hu G J, Cao B Y, Guo Z Y 2011 Chin. Sci. Bull. 56 2974

    [31]

    Cheng X T, Xu X H, Liang X G 2011 Acta Phys. Sin. 60 118103 (in Chinese) [程雪涛, 徐向华, 梁新刚 2011 物理学报 60 118103]

    [32]

    Cheng X T, Dong Y, Liang X G 2011 Acta Phys. Sin. 60 114402 (in Chinese) [程雪涛, 董源, 梁新刚 2011 物理学报 60 114402]

    [33]

    Cheng X T, Liang X G, Xu X H 2011 Acta Phys. Sin. 60 060512 (in Chinese) [程雪涛, 梁新刚, 徐向华 2011 物理学报 60 060512]

    [34]

    Chen Q, Xu Y C 2012 Energy 37 571

    [35]

    Guo J F, Huai X L 2012 Energy 41 335

    [36]

    Chen L G, Xiao Q H, Xie Z H, Sun F R 2012 Int. Comm. Heat Mass Transfer 39 1556

    [37]

    Feng H J, Chen L G, Xie Z H, Sun F R 2013 Sci. China Tech. Sci. 56 299

    [38]

    Wu J, Cheng X T 2013 Int. J. Heat Mass Transfer 58 374

  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  1587
  • PDF下载量:  596
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-07
  • 修回日期:  2013-03-09
  • 刊出日期:  2013-07-05

基于(火积)耗散率最小的“盘点”冷却流道构形优化

  • 1. 海军工程大学, 热科学与动力工程研究室; 海军工程大学, 舰船动力工程军队重点实验室; 海军工程大学, 动力工程学院, 武汉 430033
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51176203, 51206184)和湖北省自然科学基金(批准号: 2012FB06905)资助的课题.

摘要: 基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 对冷却流道的“盘点”传热问题进行构形优化, 得到冷却流道的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 对于扇形单元体, 在其泵功率给定的条件下, 存在最佳展弦比使得扇形单元体无量纲当量热阻取得最小值; 对于一级树状圆盘, 在其总泵功率给定的条件下, 存在一级与单元级最佳流道宽度比和扇形单元体最佳无量纲半径使 得一级树状圆盘无量纲当量热阻取得最小值, 且一级与单元级最佳流道宽度比仅与单元体分支数有关. 当中心圆盘半径等于0时, 一级树状圆盘最终退化成辐射状圆盘, 此时一级树状圆盘半径为临界半径. 当一级树状圆盘半径大于临界半径时, 需对圆盘冷却流道采用树状布置, 反之则采用辐射状布置. 存在最佳单元体分支数使得无量纲当量热阻取得最小值, 这与高导热材料通道的“盘点”导热构形优化结果有明显区别. (火积)耗散率最小和最大温差最小的一级树状冷却流 道圆盘构造体最优构形是不同的. 与最大温差最小的冷却流道圆盘构造体相比, (火积)耗散率最小的冷却流道圆盘构造体当量热阻得到极大降低, 其整体传热性能得到明显提高. 因此, (火积)耗散极值原理与对流构形优化相结合, 有助于进一步揭示(火积)耗散极值原理在传热优化方面的优越性.

English Abstract

参考文献 (38)

目录

    /

    返回文章
    返回