幂律流体螺旋管内传热影响因素数值模拟

采用计算流体力学方法,在恒壁温加热条件下对幂律流体(黄原胶溶液)在螺旋管内的流动换热情况进行模拟。在湍流流态下,模拟分析流体雷诺数、管壁相对粗糙度、管子截面形状、螺旋管曲率、螺旋管螺距等对螺旋管对流传热性能(以努塞尔数表征)的影响,分析螺旋管内流体温度场分布。雷诺数、相对粗糙度的影响:管壁相对粗糙度一定时,努塞尔数随雷诺数的增大而增大,对流传热能力得到加强。雷诺数一定时,管壁相对粗糙度越大,努塞尔数越大,尤其在高雷诺数条件下。截面形状的影响:相对粗糙度、雷诺数相同条件下,管子为方管时的努塞尔数小于圆管。螺旋管曲率的影响:在管子内半径一定时,相同壁面粗糙度下,螺旋管曲率越大,努塞尔数越大。在黄原胶溶液雷诺数一定时,与管壁相对粗糙度相比,螺旋管曲率对努塞尔数的影响更显著。螺旋管螺距的影响:在螺旋管螺旋半径一定时,相同壁面相对粗糙度下,螺距越大,努塞尔数越大。在黄原胶溶液雷诺数一定时,与螺距相比,螺旋管曲率对努塞尔数的影响更显著。沿螺旋管黄原胶溶液温度升高,近管子壁面的溶液温度高于管子中心,低温区域远离螺旋管中心。     

相变微胶囊悬浮液管内层流强迫对流换热分析

为了从微观角度研究雷诺数对相变微胶囊悬浮液对流传热的影响,对恒热流边界条件下圆管内相变微胶囊悬浮液层流进行了数值模拟。结果表明,Re数对相变微胶囊悬浮液的对流换热效果的影响主要是通过相变区的位置和大小决定的。Re数越大,相变区越长,壁面温度越低,相应的修正对流换热系数和修正努塞尔数越大,对流换热效果越好。     

粗糙元对矩形微通道内层流流动的影响

以带三角形、矩形、梯形、半圆形壁面粗糙元的矩形微通道为研究对象,通过数值模拟研究分析了粗糙元段压降、努塞尔数以及热源器件接触面上的温度。结果表明,三角形粗糙元间距为0.3mm的矩形微通道内的散热性能较好,与光滑矩形微通道相比,热源器件接触面上的温度可以降低10.41%。     

不同热源位置下室内自然对流换热数值模拟

以不同热源位置下室内自然对流换热过程为研究对象,采用有限容积数值方法对质量守恒方程、能量守恒方程进行离散求解,研究了瑞利数Ra在10 3~10 6之间,不同热源位置情况下,室内的流体流线、等温线的分布特征和Nu数的变化。分析结果表明：Ra=10 3时,等温线以热源为中心向外扩散呈均匀拱形,随着Ra数的增加,等温线逐渐弯曲变形,在冷壁和热壁附近形成薄边界层;流线呈现为两个反向对称的涡,随着Ra的增大,涡的大小改变并发生运动;Ra=10 3时,D=0情况下的Nu最大;热源的位置对换热量的影响较大,D=0.5时,Nu数曲线最陡,D=0时最平缓;Nu数与Ra数呈幂数关系,拟合的线性相关性可达90%。结论为研究室内复杂传热机理提供理论依据。     

紧贴强热源温度分布研究及空气卷吸量计算

通过现场实测和模型实验,对紧贴强热源周围区域温度分布进行研究。实测和实验研究表明强热源周围温度在一定范围内沿高度线性增加。建立数学简化模型,推导出了紧贴热源周围自然对流空气卷吸量计算公式。     

微胶囊相变悬浮液传热特性的实验研究

介绍了微胶囊相变悬浮液的研究进展。建立了微胶囊相变悬浮液层流传热特性的实验系统,对其在定热流密度加热条件下的管内层流强迫对流传热特性进行了测试和分析。影响传热强化的主要因素为雷诺数及微胶囊的体积分数,斯蒂芬数的影响很小,可以忽略不计。微胶囊相变悬浮液的管内层流强迫对流传热的修正努塞尔数是水的2.5~3.0倍,修正努塞尔数随着雷诺数及微胶囊体积分数的增加而增大。     

非对称室内热环境的实现与控制

对含有非对称离散热源的二维矩形方腔的对流传热进行数值模拟,得出以下三种方式可以切断强热源对弱热源影响的结论,即在腔体中加入绝热隔板、设置冷空气幕和通入冷空气的冲击射流,因而能够实现室内的非对称热环境。文中通过强、弱热源的努谢尔特数（Nu）变化曲线图定性地分析了隔板对自然对流腔体内流体的流动和传热的影响,研究结果表明在控制参数瑞利数（Ra）的影响下控制绝热隔板的高度可以达到隔断的效果;并研究了采用混合对流方式（冷空气幕和冲击射流）对腔体内非对称热环境的控制,主要集中在分析雷诺数（Re）、格拉晓夫数（Gr）、热源间距以及浮升力比的影响,结果表明,流场的近似对称性对应着基本的隔热效果,并且流场的对称性会随Re、热源间距和浮升力比的增强而增强。     

三维非定常工业厂房自然对流问题的数值研究

对于纯自然对流问题,采用CFD技术进行仿真计算时,由于网格划分不理想、边界条件设置不合理、离散格式选择不妥、松弛因子调整不当等原因,导致较难得到收敛解,这是一直困扰研究者的问题.本文基于三维非定常模型和考虑浮升力影响的Boussinesq假设,运用CFD仿真技术模拟了有热源的厂房在自然通风条件下的气流组织情况,得到了厂房内的压力、速度、温度分布,并且依据模拟结果分析了自然对流对厂房内热湿环境的影响.结果表明,热源特征尺度越大,冷热壁面温差△T越大,则Gr数、Ra数也越大,热驱动流动的力度也越强.     

弯曲微通道内流体的传热特性分析

应用CFD模拟对弯曲微通道内流体的传热特性进行了分析,得到了距入口π/4处横截面上内、外壁面上局部努塞尔数沿截面上的分布,并给出了壁面平均努塞尔数随雷诺数和无量纲曲率的变化。     

铝质圆柱针翅LED射流冲击散热器数值模拟

本文通过建立几何、物理模型,对铝制圆柱针翅LED射流冲击散热器的散热性能进行了数值模拟计算。分别针对翅顶空隙变化、针翅内外层高度变化、针翅径高比变化、针翅翅顶圆直径变化四种因素对散热器性能的影响进行了研究。研究结果表明：随翅顶空隙的增大,基板最高温度增大,努塞尔数Nu减小;努塞尔数Nu随内外层针翅高度差距的增大而减小;努塞尔数Nu及基板最高温度均径高比的增大而增大;翅顶圆直径增大,努塞尔数Nu随之增大。为大功率LED针翅射流冲击散热器的优化设计提供了依据。     

冰球式蓄冷系统蓄冰槽蓄冷过程的动态模拟

建立了蓄冰槽系统的流动和传热模型,针对蓄冰槽中载冷剂的流动方向、载冷剂进口位置对蓄冷过程的影响进行了研究。结果显示:进口流速越大,努塞尔数Nu越大,载冷剂与冰球间的对流换热系数越大,出口温度越快达到稳定状态;设计蓄冰槽时,采用载冷剂下进上出的流动方式比上进下出的对流换热系数大,更有利于换热,载冷剂流速为3m/s时2种方式对流换热系数相差0.71%,为5m/s时相差0.99%,随着载冷剂流速增大,下进上出的优势体现得更加明显。     

多热源情况下淤泥原位高温固结模拟分析

为探究多热源情况下淤泥原位高温固结地基处理方法的适用性,基于单热源情况下大连地区淤泥高温固结模型的试验数据,采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟了多热源情况下大体积淤泥原位高温固结的过程,研究了不同热源布置方式所形成温度场的分布规律,计算了不同布置方式、不同热源间距下地基承载力特征值达到1000kPa需要的加热时间和能量消耗。结果表明:两种布置方式的几何中心位置均为温度最低点;热源间距越小,所需加热时间越短,同热源间距等边三角形布置方式加热时间少于正方形布置方式;同热源间距下采用正方形布置方式能耗低于三角形布置方式;对模型的有效加热面积四周边界采取绝热措施,能耗降低20.81%～25.82%。     

公共浴室洗浴废水余热回收池壁换热数值模拟

公共浴室排放的洗浴废水中含有大量可回收利用的热量,针对浴室废水存在污垢等杂质问题,提出了池壁换热(池壁四周为换热面,顶面、底面为绝热面)的热回收方式。借助ANSYS软件模拟不同换热面积下(保持余热回收池腔体容积为1 m~3,长宽高均为1 m,通过在腔体内增设换热流道,增加换热面积)池内水的温度场、速度场分布,分析封闭腔体内流体自然对流传热发展过程及换热面积对换热性能的影响。封闭腔体内的自然对流传热是流体与壁面温差、流体不同位置温差、速度差和有限空间限制共同作用的结果。换热量并不是随着换热面积的增大而增加,在换热温差、努塞尔数以及腔体内换热流道数量共同影响下,随着换热面积增大,换热量先上升,然后出现小幅下降后继续上升。     

太阳—空气热源热泵系统

太阳·空气热源热泵系统是在传统的空气热源热泵系统的基础上,利用太阳能热源而新开发的系统。它可以制冷、供热、供生活热水,是一种利用自然能源、无污染、适用性广、效率高的新型冷热源系统。一、系统的构成及原理由压缩机组、冰(水)蓄热槽、设在屋顶上的集热/放热板及冷媒管道组成,制冷工况见图1。1.制冷工况运行原理制冷运行是在夜间进行,一是利用夜间电力(较白天便宜一半);二是利用设在屋顶上的放热板在夜间向室外散热。冷媒首先通过压缩机成为高温高压气体,然后通过屋顶上的放热板向夜空辐射、对流放热后成为液体,再通过膨胀阀变成低压低温液体进入冰蓄热槽的盘管进行制冰蓄冷。蒸发后的冷媒又成为气体返回压缩机,如此反复,形成制冷循环。在夜间制得的冷贮存到     

喷淋工况下闭式热源塔传热特性

建立了闭式热源塔的数学模型,利用MATLAB自编程序,实现了对喷淋工况下热源塔的数值模拟,并将计算结果与实验结果进行了比较。利用程序得到了喷淋工况下的闭式热源塔内喷淋溶液、载热流体、空气焓值的分布,结果表明:塔内空气焓值呈线性分布,翅片换热器上半部分换热效果比下半部分好,塔的中部位置附近最先出现结霜现象,空气干球温度高于5.1℃,相对湿度高于75%,闭式热源塔热泵系统没有结霜风险,可以停止喷淋泵,有助减少热泵系统的运行能耗。     

平板太阳能集热器空气夹层内自然对流换热的数值模拟

本文采用数值模拟技术研究了平板太阳能集热器空气夹层内的自然对流换热,并对影响夹层内自然对流换热的因素进行了分析。结果表明:集热器内自然对流换热热损失随夹层间距的变化而改变,为降低自然对流换热热损失,最佳的空气夹层间距应为3 cm;夹层间距一定时,吸热板温度越高,对流换热系数越大,自然对流换热作用越强;集热器水平放置时,自然对流换热作用最强,热损失最大,当放置角度超过30°后,自然对流换热热损失基本不变。     

送风高度对碰撞射流热风供暖房间热环境影响的实测研究

在人工气候室内,对碰撞射流通风两种送风高度下的室内温度与气流速度进行了实测。结果表明:碰撞射流送风高度对室内温度竖直分布影响不大,但对紧贴地面的空气温度的衰减过程有明显影响;送风高度对室内气流分布有较大影响,增大送风高度可以减小地面附近气流的速度,但增大了离地面较远处的风速;由于送风高度较低时近风口处的空气温度较高,导致碰撞射流热风供暖时送风口越低,人体吹风感越小。     

封闭厂房内自然对流数传热数值研究

以封闭厂房内自然对流传热为研究对象,采用计算流体力学、传热学理论进行数值计算,研究了Ra在103～108之间时,封闭厂房内流体流线、等温线的分布特征和Nu数的变化,以及中心线上无量纲温度T、量纲速度Ux、Vy在不同Ra下的变化关系。研究结果表明:随着Ra的增大,厂房内的热传输形式由热传导逐渐向对流传热转换,且对流强度分布越不均匀,流线形状发生相应的改变;水平中心线上的无量纲温度由一条近似于斜率为45°的曲线逐渐变成温度急剧变化的"ㄣ"型曲线;竖直中心线与水平中心线上无量纲速度Ux、Vy随着Ra的增大而变大,Ux、Vy大小及方向的改变导致腔内涡流的产生;Nu随着Ra的增大而增大,二者的相关曲线呈幂指数关系。     

内插扇形锥形片流动与换热特性的数值模拟

对管壳式换热器管程换热部分进行了分析,提出采用扇形锥形片的方式来强化换热,通过数值模拟计算的方法,在恒热流条件下,选取了不同的结构参数,并对不同的结构参数在5种雷诺数下进行模拟,讨论了倾角和片距以及叶片数对努塞尔数、阻力系数、综合性能的影响,结果表明,内插扇形锥形片能够显著强化换热,努塞尔数和摩擦系数随叶片数和倾角的增大而增大,随片距的增大而减小,适当的选取叶片数和倾角以及片距可以提高综合换热性能。     

单侧自然通风条件下强热源附近热环境的试验研究

以某冷轧钢厂房为研究对象,采用模型试验的方法,搭建试验模型小室,研究了单侧自然通风条件下不同热源放置位置对热源两侧迎、背风面温度分布规律的影响,以及热源非中央放置时模型小室两侧内壁面温度和中央温度梯度的分布情况。在不受其他因素影响下,迎风侧空气温度低于背风侧;热源距离侧面墙壁较近一侧空气温度高于较远一侧。指出在热源散热量确定的情况下,合理的热源布置位置和优化的通风方案是改善强热源室内热环境的有效措施。