本书以工业中广泛应用的管翅式气体换热设备为研究对象，围绕着提高其性能、实现高效低阻的目的，分别从管外翅片改进、强化换热管以及换热器流路的综合设计3个途径着手，展开了换热设备高效强化传热的理论和实验的研究。本书结合作者的部分研究成果，以及在相关科研实践中的体会和经验，系统地介绍了热量传递的强化方法、基本概念、模型推导、数值实施以及发展现状，并配以具体的案例, 以帮助读者快速掌握相关知识。本书面向高等院校和科研单位的研究生、工程技术人员和研究人员，可以作为能源、机械、数学、物理、力学、材料等大类专业的课程教材或参考用书。

章 绪论1 1.1 研究背景及意义1 1.2 强化换热技术的研究进展2 1.2.1 强化换热翅片的研究进展4 1.2.2 强化换热管的研究进展16 1.2.3 换热器流路设计研究进展19 1.3 强化传热理论的研究进展21 1.4 本书研究内容21 1.4.1 优化算法研究22 1.4.2 强化换热翅片的研究22 1.4.3 强化换热管的研究23 1.4.4 换热器流路布置的研究23第2章 强化传热理论及评价方法研究综述24 2.1 问题的提出24 2.2 最小熵产原理24 2.3 场协同理论26 2.3.1 “场协同”原理26 2.3.2 “三场协同”原理28 2.4 “耗散”理论32 2.4.1 “耗散”极值原理32 2.4.2 “耗散”最小统一性原理33 2.5 强化传热综合性能评价图36 本章小结38第3章 管翅式气体换热器遗传算法与数值模拟结合的优化设计研究39 3.1 问题的提出39 3.2 物理模型39 3.3 遗传算法模型40 3.4 控制方程和边界条件41 3.5 数值方法42 3.6 数值计算有效性验证43 3.6.1 网格独立性考核43 3.6.2 关联式校核43 3.7 计算结果及分析44 3.7.1 遗传算法优化结果44 3.7.2 流动和换热性能分析46 3.7.3 场协同性分析47 本章小结49第4章 新型纵向涡发生器流动换热三维数值模拟研究51 4.1 问题的提出51 4.2 物理模型51 4.3 控制方程和边界条件55 4.4 数值方法56 4.5 数值计算有效性验证58 4.6 计算结果及分析59 4.6.1 局部换热与流动分析59 4.6.2 换热与压降比较和分析64 4.6.3 场协同性分析65 4.6.4 综合性能评价66 本章小结67第5章 非稳态脉动流动下纵向涡三角小翼通道的流动换热机理研究69 5.1 问题的提出69 5.2 物理模型70 5.3 控制方程和边界条件71 5.4 数值方法72 5.5 数值计算有效性验证73 5.5.1 网格独立性考核73 5.5.2 实验结果校核74 5.5.3 时间步长独立性考核75 5.6 计算结果及分析76 5.6.1 速度场分析77 5.6.2 温度场分析78 5.6.3 涡量场分析79 5.6.4 换热性能分析80 5.6.5 流动特性分析82 5.6.6 场协同性分析84 5.6.7 综合性能评价86 本章小结86第6章 余热利用中波动性对H形翅片换热器影响的数值模拟研究88 6.1 问题的提出88 6.2 物理模型89 6.3 控制方程和边界条件90 6.4 数值方法91 6.5 数值计算有效性验证91 6.6 计算结果及分析93 6.6.1 时均速度的影响93 6.6.2 波动幅度的影响96 6.6.3 波动周期的影响103 6.7 多参数回归关联式107 本章小结109第7章 丁胞型强化换热管的流动与换热实验研究110 7.1 问题的提出110 7.2 丁胞换热管实验系统110 7.2.1 实验装置介绍110 7.2.2 实验台加工段112 7.2.3 实验测量系统114 7.3 实验元件114 7.4 实验步骤116 7.5 数据处理117 7.5.1 物性参数117 7.5.2 实验热平衡校核的数据处理117 7.5.3 无量纲参数确定118 7.6 实验不确定性分析118 7.6.1 不确定度分析方法118 7.6.2 传热系数的不确定度分析119 7.6.3 阻力系数的不确定度分析120 7.7 外凸形丁胞强化换热管实验结果及分析121 7.7.1 实验结果校核和基准拟合121 7.7.2 换热性能比较和分析124 7.7.3 阻力特性比较和分析126 7.7.4 综合性能评价128 7.8 内凹形丁胞强化换热管实验结果及分析128 7.8.1 实验结果校核128 7.8.2 换热性能的比较和分析129 7.8.3 阻力特性的比较和分析132 7.8.4 综合性能评价134 本章小结135第8章 组合管径换热设备的流路布置和设计研究137 8.1 问题的提出137 8.2 物理模型138 8.3 计算关联式138 8.3.1 翅片侧138 8.3.2 管内侧换热139 8.3.3 管内侧阻力140 8.4 数值方法141 8.4.1 物性参数141 8.4.2 网格划分141 8.4.3 单元求解143 8.4.4 相变界面定位144 8.4.5 迭代求解144 8.5 计算结果校核146 8.6 软件开发及应用147 8.7 实际流路的优化设计159 本章小结164参考文献165