矩形并联微通道中流量分配与流动沸腾传热特性实验研究

文中通过可视化实验的研究方法,对主通道尺寸为1 mm×0.5 mm,三根支通道尺寸为0.5 mm×0.5 mm的矩形微通道进行了沸腾换热与流动特性的实验研究.采集到了温度信号、压力信号及各支通道流出的流体流量,绘制出了不同工况下的流型图和液体采出率.同时捕捉到了回流现象发生时气泡的破裂与生长,并结合气泡破裂时受力分析研究流量分配机理及回流发生的原因.最后为了更深入的研究通道内传热系数的影响机理,对局部传热系数和平均传热系数进行了对比分析.研究发现,在热流密度较低且质量流量较高的范围内,液体处于全液相状态;气泡受力对流量分配和回流有显著影响;流体温度随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而升高;质量流量越小在沸腾换热时单相强制对流换热系数越高;当干度一定时,换热系数随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而增加.     

基于LBM的低导热材料板强化沸腾换热机理分析

为进一步强化沸腾换热,通过在固体加热器的上壁面附近嵌入多段低导热材料板,实现了沸腾换热的受热面上的温度随空间的交替变化。采用单组分多相LBM,考察了低导热材料板的数量和间隙间距对沸腾换热性能和气泡动力学的影响,从微观角度揭示了添加低导热材料板强化沸腾换热的机理。结果表明：气泡动态行为随间隙间距的增大而发生变化,会出现气泡合并、独立生长等气泡脱离过程。结合气泡动态行为、温度场和流场分析,发现气泡首先会在间隙受热面处成核生长,脱离气泡的涡流可以促进生长气泡在受热面的横向迁移和合并过程,在一定间隙间距范围,气泡会相互融合形成较大的液桥,液桥的存在能够促进受热面气泡根部周围微层的蒸发,推动了间隙受热面处的冷流体再润湿过程。添加多段低导热材料板,间隙处热量积聚、气泡合并形成液桥、间隙受热面的再润湿、气泡横向迁移和多气泡的快速合并等这些过程的共同作用强化了沸腾换热性能。     

微圆柱阵微通道内沸腾换热及气泡运动特性研究

基于流体体积(VOF)模型对恒定热流密度下的微圆柱阵通道内的流动沸腾换热特性展开数值研究,并利用几何重构法捕捉气液两相界面迁移变化,研究了流道内流速的分布和微圆柱高度对气泡分布、沸腾换热性能及沸腾不稳定性的影响。结果表明:微圆柱的存在增加了气泡核化点密度;气泡运动增加了工质与加热壁面接触的可能性;微圆柱高度较低时,易发生气塞现象,加热面散热不均导致局部异常过热,换热性能下降;微圆柱阵通过阻碍气泡反向流动来降低沸腾不稳定性,但微圆柱高度过高会造成换热系统振荡,影响传热可靠性。     

压力对R134a流动换热特性的影响

实验研究了压力参数对R134a在螺旋管内流动换热特性的影响,结果表明在液态单相对流换热阶段,换热系数随压力升高而减小,在流动沸腾换热阶段,换热系数随压力的升高而增大。从压力对定压比热容、气泡行为特性影响的角度解释了原因。实验结果可为应用于空调器的螺旋管式蒸发器设计计算提供基础数据。     

有射流冲击的短扰流柱排内柱面的传热实验研究

对前缘上游有单排孔板射流冲击的涡轮叶片内扰流柱通道柱面进行了详细的传热实验研究 ,获得了不同实验条件下扰流柱表面的局部换热系数分布 ,结合流场测量结果分析了柱面换热规律。结果表明换热系数分布很大程度上受射流冲击的影响 ,在扰流柱前缘附近存在高强度换热区域 ,沿柱面随角度的增加努谢尔特数逐渐减小 ,角度 θ为 90°附近存在一片低强度换热区域 ,尾缘区换热强度最低。结果还表明尽管平均努谢尔特数随雷诺数的增大而显著增大 ,平均换热强化系数却随雷诺数的增加先增大而后逐渐减小。有射流冲击的柱面换热效果明显优于无射流冲击情况。     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

折流板几何结构对换热器性能影响的数值模拟

应用标准k-ε湍流方程模型,使用压力修正的SIMPLE算法进行求解,对弓形折流板不同几何结构下换热器壳程的流动和换热性能进行了数值模拟,并对计算结果进行了分析.结果表明:换热器入口速度的增加会使折流板之间的高温区域减少、流动死区面积减少、换热器的有效换热面积增大;随着折流板间距减小,换热器的换热量随之增大,但是换热器的压降却明显增加,折流板换热器压降均随空气入口速度的增加呈递增趋势且会影响综合换热性能;折流板高度的增加对换热量有明显增大的作用,但是折流板增高会使壳程压降升高,从而造成了换热性能指标的下降.     

十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

过冷沸腾单汽泡可视化试验台的设计与实现

为了研究过冷沸腾两相流动工况下气泡的生长及脱离等运动特性,本文从单个沸腾汽泡的产生出发,考虑了影响汽泡产生的主要因素,通过对氧化铟锡(ITO)导电玻璃表面进行处理后通上合适电压,完成了过冷沸腾条件下汽泡生成可视化实验台设计,研究不同热流密度和水温过冷度对汽泡行为的影响。并用所搭建的实验台进行了部分实验,得到了不同条件下的气泡周期和脱离直径的变化规律,发现气泡的产生周期随加热功率的增大而减小,气泡的脱离直径随加热功率的增大而增大,从而验证了实验台的适用性。     

微通道内液滴成型的模拟研究

运用COMSOL软件,采用Level Set界面追踪方式,建立T型微通道模型模拟液滴成型过程,研究连续相流量与黏度对液滴成型机制的影响。结果表明:液滴直径随连续相流量增大而减小;随连续相黏度减小液滴直径增大;液滴生成频率随连续相黏度及分散相流量增大而增大。该结果丰富了微液滴的操控理论,对化工、制药、生物等领域的液滴成型工程应用有一定指导意义。     

LNG绕管式换热器壳程两相降膜换热的数值模拟

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换热器壳侧换热系数随质量流量的增大而增大,随缠绕角和换热管间距的增大而减小,随换热管管径的增大而增大。     

连续三相喷射环流反应器的实验和数值模拟

利用Pavlov管和电导探针分别测量含小颗粒（Stokes数小于1.0）的连续气液固三相喷射环流反应器内轴向液速和气体体积分数分布. 提出大气泡-小气泡-浆态相三相流体力学模型,以模拟三相喷射环流反应器的流体力学行为,对大气泡相和小气泡相分别考虑尾涡加速和气泡阻碍效应并修正其曳力. 对于上升区和下降区,流场模拟结果均与实验结果较吻合. 利用模型预测不同固体体积分数下的气体体积分数与轴向液速分布,结果表明,在考虑的固体体积分数范围内,气体体积分数随固体体积分数增加而下降,液体循环速度随固体体积分数增加而略有上升,其原因主要是反应器内平均气泡直径随固体体积分数增加而增大,进而导致气泡浮升速度加大并增强周围流体的加速运动.     

不同流量下T型微通道结构对液滴生成特性的影响

为探究不同流量下不同T型微通道对液滴生成特性的影响,建立了适用于液液两相流模拟的计算模型,并采用了VOF法进行数值求解。模拟过程中通过改变T型微通道结构、连续相毛细数、两相流动方式、分散相流量以及两相流量比对微液滴的形成机制进行分析。结果表明:随连续相毛细数增加,液滴尺寸会持续减少。两相界面周围由于速度差异会出现涡,随着速度差异增大,涡的形态也会随之改变。液滴尺寸会随着分散相流量增加先增加后减小。微通道结构以及两相流动方式的改变在高流量下对液滴尺寸近乎没有影响,但是会对能产生微液滴的两相流量比范围有较大影响。     

地埋管换热器非稳态换热性能的实验研究

通过对一个土壤源热泵系统非稳态连续制冷工况运行情况的测试,总结了土壤温度、埋地管换热器进出口水温及换热性能随时间的变化规律,比较了3种换热器在非稳态连续换热过程换热性能的差异.对比实验结果发现,双U形管换热器单位井深换热能力最强,是单U形管的1.05倍,是套管的1.73倍.比较了这3种换热器管内的流动阻力.     

汽-气凝结液膜分布及换热特性的研究

基于双膜理论和边界层理论建立了水平管外汽-气层流凝结液膜厚度的数学模型.以水蒸汽-空气为例进行了计算,通过与相关文献进行比较验证,能反映汽-气凝结的换热特性.计算结果表明,沿管壁向下,液膜厚度逐渐增大,总传热系数逐渐减小,变化梯度均逐渐增大;若气膜分离,液膜厚度突增,换热系数有所增大,凝结换热强化.总传热系数随壁面过冷度减小而增大,随水蒸汽浓度减小而减小,随主流流速增大而增大.     

水基碳管纳米流体对流换热实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数h的实验系统,在过渡湍流状态下测量了不同碳管含量、不同入口温度以及流速对其对流换热系数的影响,分析了各影响因素的影响程度的大小及作用机理。实验结果表明:碳纳米管的加入改变了水内部的热传递过程,增大了水的管内对流换热系数;相同Re下,随着碳管质量浓度的不断增加,碳管纳米流体的对流换热系数相对基液水显著增加;随着碳管纳米流体入口温度的升高,对流换热系数逐渐增大,增幅变化跟碳管质量浓度有直接关系,例如当碳管质量浓度为0.8、1.0g·L~(-1)时,对流换热系数增幅先增大后减小,而碳管质量浓度达到1.2g·L~(-1)时,对流换热系数增幅加速增大;在碳管质量浓度一定的情况下,纳米流体的流速对h的影响程度比入口温度要大。     

毛细管内气-液Taylor流动换热特性数值模拟

采用动网格技术,对恒壁温边界下,竖直上升毛细管(管径为1mm)内充分发展状态的气-液Taylor流动进行数值研究,分析入口雷诺数、气泡体积分数对Taylor流动的换热阻力特性的影响.模拟结果表明,由于Taylor气泡的存在,液柱区域的摩擦阻力因子高于单相流动,模拟结果与经验公式吻合较好.液柱表观努赛尔特数随气泡体积分数的增大而增大,基本不随入口雷诺数的变化而改变.在恒壁温边界下,Taylor气泡及液膜区域对整体传热的贡献较小.液柱区域内循环可以提高加强核心区域与近壁面区域的热量交换,加快换热过程,提高Taylor流动的传热效果.内循环对换热的强化作用随着液柱长度的增大而降低.     

NBR PA热塑性弹性体相畴形态的研究

本文对 NBR/PA 热塑性弹性体的亚微观相畴形态、体系的结晶行为及其对共混体力学性能的影响,进行了研究。采用透射电子显微镜(TEM)和差示扫描量热仪(DSC)的测验结果表明,共混比、现场硫化作用(in—SituVulcanization)及硫化程度等因素对共混体系的相畴形态、分散相粒径及分布及其对共混体的力学性能有明显地影响。测知:经过现场硫化作用的共混体系,NBR/pA 共混比在80/20～20/80的范围,NBR 为分散相、PA 为连续相。分散相的平均粒径多为O.4μm 左右,粒径分布范围在0.2～1.4μm 之间。连续相的结晶度,随 PA 增量而增大。现场硫化作用,降低了体系的结晶度。     

套管换热器换热特性的数值分析

采用三维模型数值模拟了套管的换热特性,分析了套管换热器出口位置、倾角对套管对流换热性能的影响,选择给出了部分截面上的温度、Nusselt数(Nu)和对流换热系数的分布.结果表明:套管出口位置对换热量有重要影响,而倾角对换热量影响很小;温度在热边界层内发生剧烈变化,外管壁面温度变化不明显;对流换热系数随雷诺数(Re)(2 650～10 800)的增加而增加.将Nu的计算结果与Kays和Leung的解析解作了比较,二者吻合很好.     

建筑外壁面换热系数分析

分别分析了建筑外壁面对流换热系数、长波辐射换热系数、蒸发换热系数的计算方法,给出了总换热系数简化经验算式.发现蒸发换热对总换热系数有明显地影响,壁面潮湿概率每增加10%,总换热系数约增大6 W/(m2·K),我国目前统一推荐的外壁面换热系数为23 W/(m2·K)相当于潮湿概率为0.1的潮湿表面的总换热系数,是干燥壁面总换热系数的2倍左右;迎风外壁面的总换热系数大于背风面,夏季外壁面总换热系数大于冬季.