流体横掠泡沫金属中等温光管的流动与传热分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型和局部热平衡传热理论建立了流体横掠泡沫金属中等温光管的对流传热控制方程组,运用Runge-Kutta法和"打靶法"对方程组进行了数值求解,依据数值计算结果对流体流动与传热性能进行了分析,并得出了对流传热的Nusselt数关联式。结果表明,泡沫金属的孔隙率和孔密度(ppi)对强化传热起着至关重要的作用,但它的存在同时也增大了压力降,这为泡沫金属在换热器等化工设备上的实际应用提供了理论依据。     

泡沫金属结构对池沸腾换热特性的影响

本文实验研究了制冷剂在不同结构泡沫金属表面的池沸腾换热特性。测试样件为泡沫铜,样件结构涵盖不同的孔密度(5～40 PPI)、孔隙率(0. 90、0. 95)与厚度(4～8 mm)。实验结果表明,孔密度为40 PPI泡沫金属比5 PPI泡沫金属最大表面传热系数提升了26. 4%;随着厚度增大,泡沫金属池沸腾换热先增强后减弱;孔隙率为0. 90泡沫金属比0. 95泡沫金属最大表面传热系数高13. 2%。根据实验结果,开发了制冷剂在不同结构泡沫金属表面池沸腾传热关联式,关联式与95%实验数据的误差在±30%以内,平均误差为12. 2%。     

波纹翅片通道内液化天然气流动沸腾换热特性分析

波纹翅片广泛应用于液化天然气板翅式换热器中;为了对板翅式换热器进行优化设计,必须明确翅片通道内的流动沸腾机理。首先对波纹翅片流道中流体的流动和传热传质机理进行分析,建立了稳态工况下汽化相变模型。然后进行了不同质流密度、热流密度和干度工况下波纹翅片流道内流体流动换热过程的模拟,分析了质流密度、热流密度和干度对波纹翅片传热特性的影响,并与平直翅片进行了对比。结果显示:随着干度增大,波纹翅片换热系数呈现先上升后下降的趋势,且在0.5干度左右达到最大值;随着干度增加,质流密度的增大对换热性能的提升越来越明显,热流密度的增大对换热性能的提升越来越小;波纹翅片比平直翅片换热系数提高30%~150%,在低干度工况下波纹翅片强化传热效果更明显。     

多孔泡沫材料强化传热特性及场协同分析

实际生产生活中使用到的多孔泡沫材料通常都是非均质的,文章建立了多孔泡沫材料均质与非均质模型,结合场协同理论,从速度与温度梯度矢量的协同关系出发,分析了多孔泡沫材料内部单相流体对流强化换热的物理机制,研究了孔隙率、孔密度以及空气流速对流体顺流方向协同性能的影响。研究表明:场协同原理适用于分析多孔泡沫材料的强化传热机制;多孔泡沫材料孔隙中心与骨架后缘处的协同程度最好,骨架侧缘协同程度最差(协同角接近90°);非均质多孔泡沫材料孔壁附近协同程度较差,相同条件下全场平均场协同角比均质泡沫大;多孔泡沫材料越均匀全场协同情况越好,在相同流速、孔隙率和孔密度下,均质泡沫材料全场平均协同角余弦值可达非均质泡沫的1.2倍。计算结果表明,空气流速为3m/s时,孔隙率为0.8、0.85和0.9的多孔泡沫材料强化传热强度分别是普通平直翅片的3.3倍、1.9倍和1.2倍。该研究对新型散热器设计具有指导意义。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

泡沫金属换热器内流动与换热性能的研究进展

基于泡沫金属三维结构的复杂性,从理论分析、实验研究和数值模拟三个方面论述了近年来泡沫金属换热器内流动与换热性能的研究进展。基于多孔介质的流体动力学和传热传质理论,简述了提高泡沫金属换热器换热性能的研究进展、阻力特性和传热特性及其对换热器换热性能的影响,并结合泡沫金属模型,分析了泡沫金属强化换热的机理及其对流动和换热性能的影响,提出精细化处理泡沫金属的微孔尺寸和完善泡沫金属模型,研究了泡沫金属用于换热器方面的发展趋势。     

金属多孔介质泡沫自然对流换热实验研究

本文对饱和水-泡沫铜多孔介质在方腔内的自然对流换热进行了实验研究。讨论了孔隙率、孔隙密度及倾斜角度对多孔介质自然对流换热的影响。结果表明:自然对流换热随着孔隙率增大而减小。当孔隙率一定时,随着孔隙密度的增大,自然对流换热减小。Nu数随着加热功率的增大而增大,随着腔体倾斜角度的增大而减小。根据相似理论建立了以孔隙率、孔隙密度、倾斜角度为影响变量的换热准则关联式,且误差小于±7.5%。     

内翅板蒸发式冷凝器降膜流动与传热特性

为了增强蒸发式冷凝器板外气液两相流动与传热,基于数值模拟方法对比分析了几种新型的板片结构,研究了板片构型、喷淋水喷淋密度、空气入口速度等因素对气液两相流流体流动及传热性能的影响。结果表明:半圆波纹板有较长的水膜稳定时间和较大的换热面积,换热性能较好;不同板片结构的蒸发式冷凝器具有不同的最佳喷淋水喷淋密度,最佳喷淋密度区间范围为0.48~0.93 kg/(m·s);空气入口速度一定时,半圆波纹板的壁面温度随喷淋密度增大而增大,气液界面温度随喷淋密度增大而减小;当空气入口速度小于2.5 m/s时,空气入口速度的适当增大能够有效减薄半圆波纹板板外水膜厚度,强化换热。     

泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响

随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注,泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优 点,可以强化流动沸腾换热的效果。本文在实验工况为孔密度10-40PPI,干度0.1-0.9,质流密度90-180kg/(m2·s),热流密度12.4-18.6kW/m2的条件下,研究了表面润湿性为未改性和疏水改性的泡沫金属管内制冷剂流动沸腾换热的情况。结果表 明:40PPI泡沫金属管比10PPI泡沫金属管的沸腾换热表面传热系数最多增大了96%;随着干度.质流密度和热流密度的增大,泡沫金属管内流动沸腾换热表面传热系数最多分别增大74%,95%以及48%;疏水改性增加了泡沫表面的成核点数,与未改性相 比可以使传热系数增大10%-30%。     

冷凝器翅片表面流体流动及换热过程的三维数值模拟

本文应用CFD软件FLUENT对冷凝器常用的平翅片和波纹翅片表面的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了翅片表面流体的流场图、温度场图、压力场图以及翅片换热量、平均表面换热系数等重要数据,并通过这些图形、数据对两种翅片的流体流动特性和传热性能进行了比较.     

用于空间绿色发动机蓄换热的泡沫镍材料的性能研究

针对空间绿色单组元发动机热启动工况,搭建了蓄换热实验装置,研究了泡沫镍的厚度、孔密度、体密度等参数对其与流动介质瞬时换热能力的影响。研究表明,泡沫镍的瞬时换热能力随厚度的增加而增强;在孔密度较小时(20~70PPI),比表面积是影响泡沫镍的瞬时换热能力的关键因素,瞬时换热能力随孔密度和体密度的增加而增强;在孔密度较高时(100PPI),流阻成为影响泡沫镍的瞬时换热能力的主要因素,泡沫镍的瞬时换热能力大幅增强,但随体密度的增加变化不明显。搭建了强制对流条件下泡沫材料流阻实验装置,测量和比较了泡沫镍与催化剂的流阻,发现泡沫镍的流阻随孔密度和体密度的增加而增大,所有泡沫镍的流阻均小于催化剂的流阻。从实际应用角度看,应综合考虑蓄换热实验、点火实验结果和对泡沫金属的力学性能要求等多项因素来选择泡沫金属的参数。     

封闭腔内MWCNT纳米流体自然对流传热的数值模拟

采用Fluent软件对封闭腔内纳米流体层流自然对流换热进行了数值模拟研究.重点分析了Ra数和纳米颗粒的体积分数对自然对流换热特性的影响.数值模拟结果表明:在机油中添加多壁碳纳米管(MWCNT)粒子并没有提高基液的自然对流传热特性;对于给定的Ra数下,随着纳米颗粒体积分数的增大,纳米流体的传热特性也随之减弱;对于给定的体积分数,随着Ra数的增大,纳米流体的传热特性显著增强,但纳米流体的传热性能比机油的要弱,且在同一体积分数下随着Ra数的增大,传热性能减弱的程度要减小.     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。     

泡沫材料冰蓄冷板融化过程的研究

建立了填充泡沫材料冰蓄冷板内冰融化过程的数学物理模型,该模型考虑了融化液态水自然对流的影响。分别数值模拟了填充开孔聚氨酯泡沫、泡沫铜的冰蓄冷板的融化过程,研究了泡沫材料冰蓄冷板融化过程的速率、温度分布、相界面移动等规律。进行了实验对比,验证分析了泡沫材料的孔隙参数对融化速率的影响。结果表明,填充低导热系数泡沫材料可有效延长冰蓄冷板的释冷时间,该时间随泡沫孔密度的减小而增加、随孔隙率的增大而略减。填充高导热系数泡沫材料可有效改善冰蓄冷板温度分布,可加快冰融化速率,该速率随着泡沫孔隙率的减少而增加、随孔密度的减少而略增。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比.结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍.最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理.     

多孔泡沫金属内层流强制对流传热的相界面温差分析

基于简单立方体模型,应用Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型并结合边界层理论,分析了边界恒热流条件下的多孔泡沫金属通道内层流强制对流时流体与多孔泡沫金属间的相界面温差,结果表明,相界面温差随着流体流速的增大而减小.随着多孔泡沫金属孔密度的增大而减小,而随着多孔泡沫金属孔隙率的增大而增大.     

泡沫金属中池沸腾传热的研究进展

介绍了泡沫金属的结构特性,总结了泡沫金属中池沸腾的气泡生长速度、气泡直径和气泡生长现象等传热特点,以及泡沫金属的孔隙率、孔密度等参数对池沸腾传热的影响,并指出了泡沫金属中沸腾传热的研究方向。     

泡沫金属中池沸腾传热的研究进展

介绍了泡沫金属的结构特性，总结了泡沫金属中池沸腾的气泡生长速度、气泡直径和气泡生长现象等传热特点，以及泡沫金属的孔隙率、孔密度等参数对池沸腾传热的影响，并指出了泡沫金属中沸腾传热的研究方向。     

基于Al2O3纳米流体的槽式太阳能热发电集热器传热建模及性能分析

基于计算流体动力学中的有限体积法,研究了Al₂O₃/Syltherm800导热油纳米流体作为传热介质时槽式太阳能热发电集热器的性能,建立了真空管集热器的三维模型,进行了光学模拟和传热数值模拟,并通过实验进行了验证。在非均匀热流密度分布的情况下,研究了进口温度、进口流速等运行参数对采用纳米流体的槽式集热器传热性能的影响规律。结果表明:随着Al₂O₃体积分数的增加,槽式集热器的换热性能及热效率均有所提高;进口温度、进口流速等运行参数对集热器的传热性能影响很大,随着进口温度的上升和进口流速的减小,纳米流体对传热性能的影响程度逐渐增大。     

干式蒸发器制冷剂分配模拟分析与优化

换热管制冷剂分配不均是制约干式蒸发器性能的主要因素。为改善这一问题,本文提出了增设分液管和孔板两种优化方案,并利用CFD模拟和传热计算分析优化后各换热管分液均匀性、压降水平以及蒸发器换热性能的变化规律。结果表明：最优分液管方案及最优孔板方案混合相的均匀性相比样本分别提高了56.60%和60.80%,虽然带来了更大的压力损失,蒸发器换热量仍然可以提高19.69%和23.83%。