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纵向涡发生器作用下矩形通道内流动换热性能研究
引言：
纵向涡发生器是一种在流体管道中用于增强换热性能的装置，它通过引入涡流，增大了流体在管道中的混合程度，提高了传热效率。在工业生产和日常生活中，涡发生器在空气调节、石油化工行业、汽车制造等领域的应用日益广泛。本文旨在研究纵向涡发生器对矩形通道内流动换热性能的影响，并探讨其优化设计方案。
实验方法：
本次实验采用矩形通道，设定纵向涡发生器的数量和位置，并通过变换进出口流体温度和流速来测定毛细管降和热传递率。在实验中，我们共设计了4组不同的情况，分别是：
①矩形通道内无涡发生器；
②有2个涡发生器，且间距为通道长度的1/4；
③有4个涡发生器，且间距为通道长度的1/4；
④有4个涡发生器，且间距为通道长度的1/8。
我们通过热电偶，热像仪和流量计等装置对实验结果进行记录和分析，并利用Matlab和AnsysFluent等软件进行数据处理和模拟分析。
结果分析：
在实验中，我们发现，随着涡发生器数量的增加和间距的缩小，矩形通道内的温度变化和压力损失均发生了显著的变化。在情况①中，无涡发生器的情况下，热传递性能较差，液体流动呈现出较大的混沌程度，表现为温度变化幅度大，流速分布不均，湍流能量消耗也高。而在有涡发生器时，热传递性能得到了显著提高，温度变化更加均匀，流速也更加稳定，并且流体内部的湍流能量损失也得到了有效控制。
进一步地，我们发现在涡发生器的数量相同时，当间距为通道长度的1/4时，热传递性能较优，普遍比之间距为1/8的情况有很大提升。这是由于涡发生器的间距过小会引起相互之间的干扰，从而抵消涡发生器中的湍流能量；而过大时，则会使得涡流的作用效果降低。在这种情况下，涡发生器的数量和间距需要综合考虑，以达到最佳的换热性能。
结论：
通过本次实验，我们发现纵向涡发生器能够有效地增强矩形通道内的流动换热性能，特别是当涡发生器数量为4个，间距为通道长度的1/4时，它能够带来更加明显的改善效果。对于工程设计者来说，他们可以根据具体情况和需求，选择适当的涡发生器数量和间距，并在实际操作中注意控制其安装和使用的条件，以达到最佳的应用效果。在未来的研究中，我们还需要进一步探索现有模型的优化和改进，以更好地利用涡发生器技术来提高流体管道的换热性能和效率。