場協同原理提出的三個定性描述對流傳熱增強本質的準則
前言：采用機率技術發展場協同原理的統一公式，适用于無壓縮流動和恒定性質的層流和湍流流動。該公式包含三類無量綱名額，分别對應于場協同原理的三個準則，包括區域平均協同角餘弦、對流傳熱能量守恒方程中包含的标量函數之間的Pearson線性相關系數以及這些函數的變異系數。
傳熱增強技術的目标是在泵送功率和/或換熱空間限制下提高傳熱速率，自20世紀70年代以來，人們對這個領域越來越關注并進行經濟投入 ，而且這一趨勢仍在持續。
傳熱增強機制傳統上是從不同方面進行定性解釋的，例如在壁面和核心區域之間混合流體，減小熱邊界層厚度，增加湍流流動強度等。
一個能夠提供所有對流傳熱現象統一和定量解釋的分析工具對于推動對流傳熱增強技術的發展至關重要。為了實作這一目标，提出了一個統一理論來揭示傳熱增強的本質，稱為場協同原理 。
FSP被具體細化為三個一般準則 ，并從抛物線流動擴充到橢圓流動，從無壓縮流動擴充到壓縮流動。
最常用的FSP分析系統，主要使用協同角作為主要的協同度名額，來分析對流傳熱增強的機制，其主要觀點是當雷諾數和普朗特數，保持不變時，較小的協同角會導緻較大的努塞爾特數 。
層流流動區的單相對流傳熱增強可以從FSP的角度解釋，使用層流模型對肋片管束的傳熱特性進行了參數研究，"前粗後密"的設計規則被解釋為肋片後部的改進協同效果。
在非飽和多孔媒體的對流傳熱特性，發現當溫度梯度和速度矢量的模乘積保持不變時，較小的協同角産生更強的傳熱效果。
傳統FSP還成功地應用于锂離子電池、縱向渦旋、帶有扭曲帶的管道和換熱器等機制分析。在湍流流動區，傳統FSP分析系統的性能表現不佳，使用FSP研究了三種導流管流動構型，觀察到局部協同角不能表征局部Nu。
cos(θ) 是與場協同原理第一個準則相對應的名額，由于速度矢量和溫度梯度矢量分别近似平行和垂直于傳熱壁面，cos(θ)在大多數情況下接近于零。
當流動發生旋轉或波動，并與傳熱增強部件互動時，cos(θ)可能會顯著增加或減小，伴随着流體從壁面進入自由流動區域，反之亦然。
增加cos(θ)通常伴随着次級流動的增強，這可能導緻流體在壁面和核心區域之間進行交換，進而增強對流傳熱，在層流流動區域，增強壁面和自由流動之間的流體混合通常比在湍流流動區域更有效地提高對流傳熱。
這是因為在層流流動區域，熱将通過純傳導在流體内傳遞，如果在溫度梯度方向上沒有對流流體的交換，熱傳遞能力将處于最低水準。
至于湍流流動區域，減小邊界層造成的熱阻以增強對流傳熱通常被認為比流體混合更有效，因為熱能可以通過局部瞬時流體脈動在遠離邊界層的區域有效傳遞，協同角能夠評估層流流動區域中對流傳熱的協同度。
至于協同角場，在近壁區域，随着溫度矢量與速度矢量更加垂直，cos(θ)的值接近于零，r(ucos(θ), |∇(T)|)在大多數情況下是負值。
當流體以較小的角度，速度矢量與壁面法線方向之間的夾角沖擊傳熱壁面時，本地的u、cos(θ)和|∇(T)|場在這個流體沖擊壁面的區域同時較強，是以r(ucos(θ), |∇(T)|)會随着本地熱邊界層厚度的減小和由此産生的對流傳熱增強而增加。
r(ucos(θ), |∇(T)|)與流體和傳熱壁面之間的互相作用密切相關，它可以用來評估通過增加壁面和流體之間的互相作用來實作的對流傳熱增強技術，例如射流沖擊、縱向渦旋發生器、波紋管、鲦魚片等。
結語：建立了一個改進的FSP分析系統，它從場協同的角度提供了對所有單相恒定性質對流傳熱現象的統一和量化解釋。
對于特定的對流傳熱問題，僅有少數FSP名額對對流傳熱行為的變化具有顯著影響，這有助于簡化FSP分析。
該系統将對流傳熱增強技術分為三種模式，包括減小協同角、增加u、cos(θ)和|∇(T)|之間的線性相關系數，以及改善u、cos(θ)和|∇(T)|的場均勻性，進而統一了解所有單相對流傳熱現象。
由于該系統是基于統計名額的，其在對複雜的熱流共轭問題進行傳熱機制分析時的優勢将比傳統方法更為突出，傳統方法在這種情況下往往難以應用，比如複雜邊界條件下的流動,僅通過觀察溫度、速度或其他相關變量的等值線很難進行定性分析。
