不同流场下纳米流体波壁管内的流动特性

在质量传递过程中,流体的流动状态对整个传质过程有着重要的影响。利用流动可视化实验方法,在定常流场和脉动流场下,对SiO2-water纳米流体波壁管内的流动特性进行可视化研究。研究发现,在一个脉动周期内,波壁管内流动存在非常明显的稳定流动和非稳定流动状态;相同入口雷诺数条件下,有脉动流场存在时,波壁管内流体的流动混合情况比定常流动状态下强烈很多,这就意味着脉动流场具有更加优越的质量传递特性;另外,还发现SiO2-water纳米流体湍流流动效果更为明显。     

换热管内转子强化换热的数值模拟

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理。分别通过建立光管及内置多个转子换热管的三维流动模型,对换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程进行了模拟,得到了管内流体的流动特性和传热特性。对比模拟结果表明,内置转子换热管管内的三维流动比较复杂,转子与管壁之间缝隙内的流体有着明显的环绕流动,切向速度和径向速度也增大到一定范围,转子旋转半径内的流体整体呈螺旋流动。总的来说,内置转子的换热管内较光管有较强的湍流度,尤其是近壁区域,因此强化了管内的对流换热,传热系数显著提高,从而验证了转子具有强化传热和自清洁的双重功能。     

锅炉一次风管道内流场特性数值模拟及其优化研究

为了改善锅炉烟风管道内二次流所引起的流体流动不均、振动等问题,本文采用重整化群k-ε模型计算了锅炉一次风管道中冷、热风阀门、弯管曲率等影响因素对管内流体流动特性的影响,并给出了在管道中安装导流板减小二次流的最佳方案。通过模拟结果发现,加装导流板后管内的流动湍动程度明显减弱。     

非能动余热排出系统C型管换热器数值模拟

为保证在事故工况下非能动余热排除系统有效导出余热,对其主要设备PRHR热交换器进行换热特性研究,建立了非能动余热排出系统C型管换热器的内外耦合传热分析模型,采用一维均相流模型计算管内冷凝换热与CFD程序分析水池空间的自然对流。研究进口质量流量、进口流体含气率、管倾角和水箱温度对C型管换热器换热特性的影响。结果表明:C型管换热器入口倾斜段管内始终为饱和的两相流体,在竖直段与出口倾斜段,管内流体温度逐渐下降;管内压力、流体焓值和换热系数沿管长逐渐降低;大约在冷凝70 s后,管内流体参数趋于稳定;管壁温度在入口倾斜段迅速下降,在竖直段和出口段趋于平缓。增大进口质量流量与进口流体含气率,流体温度、流体焓以及管内外换热系数增加,并且沿流动方向受两者的影响逐渐减小;若管倾斜角度增大20°,出口倾斜段管内流体温度下降约3℃;当水箱温度升高10℃,汽泡生成与脱离速度加快,水箱内部换热增强,入口倾斜段外壁温升高2℃左右,出口倾斜段外壁温大约升高0.2℃。CFD模拟结果展示出水箱内汽泡大部分聚集在C型管上部并逐渐向上流动,致使热流体向上运动,冷流体向下流动,形成自然循环。     

不同纳米流体水平管内沸腾流型的模拟

对以纯水为基液的不同纳米流体管内流动沸腾进行了模拟。利用UDF编程定义流体的沸腾相变源项,将其导入FLUENT软件中分别模拟这四种流体在水平管内的流动沸腾过程。得到了四种流体流动沸腾的速度云图,以及流型分布云图。对比分析了四种流体的速度分布云图、四种流体从初始状态沸腾到1s时的流型分布云图以及四种流体层状流流型的特点。结果表明,四种流体在水平管内沸腾都会出现泡状流、弹状流、层状流以及波状流四种流型,并且沿管长方向含气量逐渐增加。在相同的时间内,纳米流体的沸腾比纯水更剧烈,而且,不同的纳米流体沸腾程度也不同。在相同的体积分数下,纳米颗粒的导热系数越大,其对应的纳米流体沸腾越剧烈。说明纳米颗粒的导热系数是影响纳米流体沸腾传热的主要因素。     

纳米流体强化内燃机冷却系统流动的基础研究

利用高导热率、传热性能好的传热工质(纳米流体)替代传统冷却介质应用于内燃机冷却系统中,通过纳米流体流动特性的基础研究,为其在内燃机冷却系统中的应用提供理论基础支持.因此,利用试验方法对纳米流体在波壁管内的流动进行可视化研究,以期对纳米流体的流动机理进行详细的探讨,从而推动纳米流体在内燃机冷却系统中的应用.研究发现:纳米流体的黏度增加值不大,且随着温度的升高,增加值降低;而相同入口速度状态下,纳米流体在波壁管内的流动比纯水更为活跃,漩涡数量增多,质量传递特性增强,且随纳米颗粒浓度的增加,流动湍流效应增大.通过分子动力学方法发现纳米颗粒在纳米流体流动过程中存在强烈的旋转作用,从而出现微湍流流动效应,进一步强化了纳米流体的湍流流动效果.     

超临界CO2水平细微管内层流流动与换热的数值模拟

对超临界CO2在水平细微管内层流流动与换热进行了数值模拟.给出了冷却和加热条件下,细微管(d＜1.0 mm)内有代表性的速度、温度剖面,以及Nusselt数随流体温度的变化.研究表明超临界CO2在水平细微管内层流流动时,由于流体热物性随温度剧烈变化,浮升力的影响非常显著,加强了管内换热;且由于流体强变物性特点,只要流体和壁面存在温差,速度及无量纲温度分布就不断变化,充分发展流不可能达到.研究结果对超临界CO2高效紧凑式换热器的设计与优化有重要的意义.     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO_2管内对流换热特性

提出了考虑小通道内流体温度变化时测量管内对流换热系数的扩展温度振荡法模型,该法可用于测量各种光滑表面通道内流动的局部对流换热系数。实测了典型压力温度条件下2mm内径不锈钢圆管内超临界CO2对流换热系数。     

分离式热管小螺旋管蒸发段换热特性的实验研究

将小螺旋管应用于分离式热管的蒸发段。通过采用玻璃管和不锈钢管模拟分离式热管的蒸发段,对不同充液率和热流密度下,小螺旋管管内流体的流动与换热特性进行了实验研究。通过可视化实验观察小螺旋管蒸发段管内流型,初步分析热流密度和充液率对流型转换的影响,讨论壁温分布与管内两相流流型的关系。提出螺旋管内的脉冲震荡和二次回流使得管内流体的紊动强化,从而使平均换热系数和临界热流密度得以提高,不会产生壁温飞升,具有较好安全性的结论。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO2管内对流换热特性

提出了考虑小通道内流体温度变化时测量管内对流换热系数的扩展温度振荡法模型,该法可用于测量各种光滑表面通道内流动的局部对流换热系数.实测了典型压力温度条件下2mm内径不锈钢圆管内超临界CO     

应用流体旋转法强化单相流体管内强制对流换热

论述了流体在滚压成型的螺纹槽管内的强化传热机理、旋转流动状况、管内传热和阻力增加情况及计算方法。     

管内填充多孔介质强化换热的数值研究

管内填充多孔介质强化换热的基本原理是构造热边界层,增大壁面附近流体的温度梯度,并且流动阻力增幅不大。本文运用数值模拟的方法,模拟填充多孔介质管内的流场和温度场,探讨填充比例φ、渗透率Da以及空隙率ε对管内对流换热的影响规律。研究表明,提高填充比例φ和减小渗透率Da都能明显提高换热效果,但也增加了管内流动阻力。空隙率ε对强化换热作用不大,但高空隙率可以明显降低管内流动阻力,在实际中应选用空隙率较大的多孔介质。     

车用扁管换热器凝结换热的试验研究

在管内流体流动状态处于过渡段并且未知扁管内壁温度的情况下,试验研究了扁管的凝结换热过程,采用线性回归方法拟合出换热系数与管内流体流速之间关系的曲线方程,并用测量值的方差检验其精度。研究结果表明:扁管长宽比越大,越有利于管内对流换热,却越不利于管外凝结换热。     

船舶汽轮机蒸汽管路流动噪声源的声类比计算研究

针对某船舶动力系统蒸汽调节管路在不同阀门启闭状态下的流动噪声源空间分布,开展了详细的计算气动声学数值研究工作。采用剪切应力输运湍流模型(SST,shear stress transport)获取了管内复杂三维蒸汽流场分布;结合Curle声类比模型和Proudman声类比模型分别计算得到管路壁面偶极子噪声源和管内流体域四极子噪声源分布特性。研究结果表明：相比于阀门关闭状态下的一进一出“T型”和“Z型”管路,阀门开启后的两进一出“h型”管路内流动噪声源强度上升明显;偶极子噪声源主要分布在管路汇聚处与出口弯管区域壁面,与此区域流体剪切应力相关;由于出口弯管直径突然变小,且流体流向发生变化,导致此处管内流场湍流度较高,故而产生了较为强烈的四极子噪声源。     

导流板结构对真空管热水器流动与换热的影响

针对真空管与水箱连接处出现随机涡流,不利于换热的问题,建立了真空管内加装导流板结构模型,运用Ansys Fluent软件对加装不同长度、厚度导流板结构的热水器进行三维数值模拟研究。导流板的存在减小了管内及连接处冷热流体的混合,使速度场均匀,流动稳定无扰动,保证了冷热流体的有序流动;特别是在真空管的下半部分,流体由水箱流入真空管处的速度提高,且流动稳定无涡流;加装不同长度导流板后,真空管底部、中部以及接近水箱入口处的水流平均速度提高了20%～313%,大大地增加了真空管下半部,特别是底部的热交换效率。     

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟

针对土壤耦合热泵地下U型换热埋管,建立了管内流体以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型。所建模型考虑了U型管的实际形状,土壤考虑为饱和多孔介质,管内湍流流动采用R ea lizab le k-ε模型。采用F luen t软件对模型进行模拟计算,得到了管内流体以及周围土壤温度分布。分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响,并对考虑渗流作用时不同土壤物性对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场进行了模拟计算与分析。     

增压流化床用水煤膏管内流动滑移效应研究

用实验方法在自制水煤膏流动试验台上研究了水煤膏的流变特性,分析了壁面滑移现象对水煤膏管内流动特性的影响,给出了通过滑移修正后的水煤膏真实流变模型,试验结果表明,水煤膏的流变模型符合Hrschel-Bulkey流体特征,滑移对管内流量的影响随着壁面剪切应力的减小而增加,随着管径的增加而减小。     

直接空冷凝汽器汽水分布在线计算模型及其应用

直接空冷凝汽器内部流体的流动状况直接影响机组的安全经济运行。而直接空冷凝汽器体积庞大、结构复杂,在运行当中,凝汽器存在换热和汽水分配不均现象。根据流体在空冷岛不同管段内的流动和换热过程,建立了直接空冷凝汽器管内汽水分布在线计算模型。以某300MW直接空冷机组为研究对象,通过在线计算模型软件获得了不同负荷和换热条件下蒸汽和凝结水在凝汽器各单元内的分布情况,实现了内部流场分布特性的在线监测。     

超临界CO2倾斜螺旋槽管内冷却换热特性研究

为了提高气体冷却器内换热效率,对不同倾斜角下(-90°,-45°,0°,45°,90°)螺旋槽管内超临界CO2冷却对流换热特性进行了数值模拟,分析了各槽管内的湍动能和速度分布随倾斜角的变化趋势,并研究了不同螺旋角下倾斜角对换热特性的影响。结果表明:浮升力沿流动方向分量和垂直于流动方向分量对流动特性的影响并不相同;在类气区,流体速度对流动特性起主要作用,且换热系数随倾斜角的减小而增大;在类液区,流动特性的主要影响因素是速度梯度,此时换热系数随倾斜角的变化与类气区相反;螺旋角越大即螺旋程度越小,当流体倾斜向上流动时浮升力效应越为显著;当螺旋角为 0.70 rad时,最优倾斜角度为-45°,当螺旋角为0.94 rad时,最优倾斜角为45°。     

管内插物强化换热性能分析及应用

管内插物的种类很多，扭带、螺旋线圈以及绕花丝是三种较常用的管内插物强化换热技术，对它们的强化换热性能以及应用进行分析比较，是非常有必要的。从综合强化性能来看，螺旋线圈内插物比扭带内插物效果好；绕花丝内插物是一种新型综合强化换热技术，它优于前两种内插物的特点是：可使流体在流动方向上做复杂的三维混合流动，并且所产生的阻力降非常小，所以综合强化换热性能最好。图7表1参10