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1 绪论 1

1.1 研究工作的背景及意义 1

1.1.1 换热器及其分类 1

1.1.2 强化传热的研究意义 4

1.1.3 优化设计的研究意义 6

1.2 纵向涡发生器强化传热研究进展 7

1.2.1 纵向涡发生器翅片管翅式换热器强化换热的研究进展 8

1.2.2 纵向涡发生器在矩形通道内流动传热性能的研究进展 11

1.3 强化传热的场协同理论研究进展 13

1.4 换热器的优化设计研究进展 15

1.4.1 遗传算法在换热器优化设计的研究进展 16

1.4.2 田口方法在换热器优化设计的研究进展 17

1.5 本章小结 18

2 纵向涡发生器翅片管翅式换热器实验研究 20

2.1 实验测试系统 20

2.1.1 测量参数及测量方法 22

2.1.2 实验过程 23

2.1.3 实验数据处理 23

2.1.4 实验结果不确定度分析 26

2.2 实验元件几何尺寸及结构参数 27

2.3 实验系统校核 29

2.4 实验结果与分析 30

2.4.1 管排数对换热与阻力性能的影响 30

2.4.2 翅片形式对换热与阻力性能的影响 33

2.4.3 经验关联式的确定 35

2.5 不同翅片实验元件换热综合性能比较 37

2.5.1 相同质量流量准则、相同泵功率准则、相同压降准则 37

2.5.2 改变外形尺寸第一准则（VG-1） 40

2.5.3 体积因素法准则（Volume Goodness） 42

2.6 本章小结 43

3 CFD形式纵向涡发生器翅片管翅式换热器流动传热性能研究 44

3.1 CFD形式纵向涡发生器翅片管翅式换热器的数值计算 45

3.1.1 物理模型及数学描述 45

3.1.2 计算模型考核 48

3.2 几何参数对CFD形式纵向涡发生器翅片管翅式换热器的换热阻力性能的影响 49

3.2.1 管排的影响 50

3.2.2 纵向涡发生器攻角的影响 55

3.2.3 纵向涡发生器长度的影响 57

3.2.4 纵向涡发生器高度的影响 60

3.2.5 翅片材料的影响 61

3.2.6 翅片厚度的影响 63

3.2.7 翅片间距的影响 64

3.2.8 横向管间距的影响 65

3.2.9 纵向管间距的影响 66

3.3 CFD形式纵向涡发生器翅片管翅式换热器换热及阻力多元变量关联式的拟合 67

3.4 本章小结 72

4 CFU形式纵向涡发生器翅片管翅式换热器流动传热性能研究 73

4.1 CFU形式纵向涡发生器翅片管翅式换热器的数值计算 73

4.1.1 物理模型及计算方法 73

4.1.2 计算模型考核 74

4.1.3 两种形式纵向涡发生器流动传热性能比较 74

4.2 几何参数对流动传热性能的影响 80

4.2.1 攻角α的影响 81

4.2.2 长度V l的影响 81

4.2.3 高度V h的影响 82

4.2.4 顶点与下边界间距x VG的影响 82

4.2.5 顶点与左边界间距y VG的影响 83

4.3 本章小结 84

5 CFU形式纵向涡发生器矩形通道流动传热性能研究 85

5.1 纵向涡发生器作用下矩形通道内流动换热性能的数值计算 85

5.1.1 物理模型及计算方法 85

5.1.2 计算模型考核 88

5.2 不同形式矩形通道流动换热性能比较 90

5.2.1 换热性能比较 90

5.2.2 阻力性能比较 94

5.2.3 综合换热性能比较 95

5.3 几何参数对流动换热性能的影响 96

5.3.1 椭圆支柱几何参数的影响 96

5.3.2 纵向涡发生器厚度的影响 98

5.3.3 纵向涡发生器长度的影响 98

5.3.4 纵向涡发生器高度的影响 99

5.3.5 纵向涡发生器攻角的影响 100

5.3.6 纵向涡发生器横向间距的影响 101

5.3.7 纵向涡发生器纵向间距的影响 102

5.4 本章小结 102

6 纵向涡发生器翅片换热性能的优化 104

6.1 基于遗传算法（GA）的换热器优化 104

6.1.1 遗传算法（GA）简介 104

6.1.2 热力设计过程结合遗传算法搜索过程 107

6.1.3 重量最轻为目标函数的GA优化 111

6.1.4 费用最少为目标函数的GA优化 112

6.1.5 遗传算法（GA）优化 114

6.2 基于田口方法的换热器优化 115

6.2.1 田口方法简介 115

6.2.2 田口方法优化 120

6.3 田口方法对CFD形纵向涡发生器翅片管翅式换热器优化 123

6.4 田口方法对CFU形纵向涡发生器翅片管翅式换热器优化 126

6.5 田口方法对CFU形纵向涡发生器矩形通道的优化 130

6.6 本章小结 133

7 纵向涡发生器矩形通道内脉动流强化传热特性研究 134

7.1 脉动流强化传热研究进展 134

7.2 物理问题数学描述及数值方法 136

7.3 计算结果及讨论 138

7.3.1 计算模型验证 138

7.3.2 脉动流工况矩形通道流场分布 139

7.3.3 脉动频率、脉动振幅和Re对出口温度的影响 140

7.3.4 脉动频率、脉动振幅和Re对换热性能的影响 141

7.3.5 脉动频率、脉动振幅和Re对阻力性能的影响 142

7.4 本章小结 144

8 纵向涡发生器强化传热应用案例 146

8.1 纵向涡发生器在压缩机中间冷却器中的应用 147

8.2 纵向涡发生器在通讯机柜热交换器中的应用 150

8.3 本章小结 154

9 结论及展望 155

9.1 主要结论 155

9.2 后续工作建议 157

参考文献 158