项目名称: 非稳态对流传热过程的优化理论和方法

项目编号: No.51506056

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 陈凯

作者单位: 华南理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 热量传递过程的研究对于实现节能减排和促进现代科技发展具有重要的意义。其中对流传热过程是研究最多、应用最广的热量传递过程。然而,已有研究主要针对稳态对流传热过程,而缺乏对非稳态对流传热过程优化理论和方法的探讨,因而难以最大限度地提高非稳态情况下换热系统的性能。本项目研究非稳态对流传热过程的优化理论和方法:分别提出表征系统平均温度、最高温度和温度均匀性的泛函目标函数,针对不同目标采用变分原理建立换热优化时最优速度场的非稳态欧拉方程;基于最优速度场的构型及其随时间的演化规律,从机理上分析不同优化目标之间的区别与联系,揭示非稳态对流传热优化的内在机制;研究运行参数和结构参数对系统换热性能的影响规律,提出改善系统换热性能的有效方法。最后以风冷式电池热管理系统为例,通过数值模拟和实验测试验证提出的优化理论和方法的有效性。本项目将建立非稳态对流传热过程的优化理论和方法,为换热系统的性能优化提供理论指导。

中文关键词: 对流传热;优化理论;变分原理;非稳态过程

英文摘要: Investigation on heat transfer process is of great importance to the implementation of energy saving and emission reduction as well as the promotion of modern science and technology development. Among various heat transfer processes, convective heat transfer process is the most studied and the most widely used one. However, the existing studies mainly focus on steady convection heat transfer process, and there is lack of research on the optimization theory and method for the unsteady convective heat transfer one. Therefore, it is difficult to maximize the performance of heat exchange system under unsteady process. This project studies the optimization theory and method for unsteady convective heat transfer process. The functional objectives are proposed to describe various optimization targets of the heat exchange system, respectively, including the average temperature, the maximum temperature and the temperature uniformity of the system. The functional variation method is introduced to construct the unsteady Euler’s equation of the optimal flow field of the heat exchange system for various optimization targets. Based on the configuration of the optimal flow field and its evolution rule over time, the relationship among various optimization targets are analyzed. Meanwhile, the mechanism of the heat transfer optimization of the unsteady convective heat transfer process is revealed. The influence of the operating parameters and the structural parameters on heat transfer performance of the system is studied and effective method is proposed to improve the performance of the system. Finally, the effectiveness of the proposed optimization theory and method are validate through numerical simulation and experimental investigation on air-cooled battery thermal management system. This project will develop the optimization theory and method for unsteady heat transfer process and provide theoretical guidance for the optimization of heat exchange system.

英文关键词: Convective heat transfer;Optimization theory;Variational principle;Unsteady process

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