根据传热势容耗散函数,利用变分原理在给定条件下对耗散函数求极值,获得场协同方程,求解场协同方程获得室内最佳流场。研究发现,流场优化之后室内流体温度分布更为均匀;传热势容耗散增大,对流换热能力减弱,室内的平均温度升高,但流场的扰动更加剧烈,冷热流体混合更趋于均匀,室内流体温差减小;进口风速提高,虽然可以提高进口冷空气和室内热空气的对流传热系数,带走更多热量,使室内流体的平均温度降低,但进口冷空气对室内热空气的稀释作用也会增强,导致室内热空气的温度梯度减小,换热能力减弱,所以进口风速应合理选择。

为了提高碟式太阳能热发电系统的高温热管的散热特性,根据场协同理论,利用变分法构造拉格朗日函数,从而求出附加体积力的动量方程,采用数值模拟的方法研究了纵向涡流强度和进口流体雷诺数对水夹套管内对流换热和阻力特征的影响,提出了流场优化强化换热的方法。研究发现基于场协同理论纵向涡流可以明显强化水夹套管内的对流换热,但同时流体流动阻力也随之增大,并且流动阻力的增加幅度要小于对流换热增强的幅度;纵向涡流强度越大,进口流体雷诺数越大,流体具有更为优良的综合强化换热特征。