ZigZag微通道内S-CO_2流动传热性能分析

以超临界二氧化碳(S-CO_2)为工质,对其在Zig Zag半圆形横截面微通道内湍流状态下流动传热性能进行数值计算,分析了Zig Zag角度θ、单位周期流道轴向长度P对传热与流动阻力的影响。结果表明,流体在Zig Zag微通道内流动,在流道拐弯处有旋涡产生,导致流通面积减少,流体主流速度急剧增大并冲刷换热壁面,使边界层减薄或破坏,并且该位置附近湍动能急剧增大,增强了流体的扰动与混合,促进了能量传递,强化了换热;随着Zig Zag角度θ增大,微通道内传热性能提高而流动阻力急剧增大;随着单位周期流道轴向长度P增大,传热性能与流动阻力均下降;在文中所述计算条件下,θ=15°,P=15 mm时Zig Zag微通道内S-CO_2耦合传热综合传热性能最优。     

印刷电路板式换热器传热与流动规律及准则式研究

印刷电路板式换热器具有高效的传热性能和可靠的结构特性,在超高温气冷堆、光电发热等领域具有广阔的应用前景。建立了三维流固耦合传热数值模型,在模型有效性验证的基础上,对5°,15°,25°,30°,45°五种角度的Zigzag通道(Z字形通道)在雷诺数Re≤2000范围内流体的传热与流动规律进行了研究,研究表明角度对流体传热与流动特性影响显著;对45组计算数据进行拟合,引入表征Zigzag通道角度的自变量,建立了综合考虑雷诺数Re、普朗特数Pr和Zigzag通道角度三因素的传热与流动准则式,对印刷电路板式换热器Zigzag通道的热力设计具有指导意义。     

顺排圆台通道流动与传热性能的数值研究

为了探究新型顺排圆台结构对板式换热器流动与传热性能的影响,对顺排圆台扰流通道的流动与传热性能进行了详细的数值研究,分析了雷诺数、圆台角度、流向间距比和展向间距比对顺排圆台通道的流动与传热性能的影响规律,并在研究参数范围内采用幂函数拟合得到了圆台通道的流动、传热和综合热力性能关联式。研究结果表明：在不同雷诺数下,当圆台角度从0°增大到30°时,圆台通道的努塞尔数比增大了14.06%～18.45%,摩擦系数比降低了32.89%～34.64%,综合热力性能增大了31.42%～35.29%;当流向间距比和展向间距比均从1.5增大到2.5时,圆台通道的努塞尔数比分别增大了12.09%～15.46%和12.09%～15.46%,摩擦系数比分别降低了13.09%～14.69%和13.09%～14.69%,综合热力性能分别增大了14.83%～19.13%和14.83%～19.13%。拟合得到的流动、传热和综合热力性能关联式的误差分别分布在±12%,±8%和±10%以内,可以准确地预测圆台通道的流动与传热性能。     

风冷冷板传热及流动特性研究

建立了实验装置对矩形通道内的传热与流动状态进行实验,其结果与层流解析解和湍流实验经验式接近,从而证实了实验装置的可靠性。通过对典型模型进行的吹风实验获得了典型模型的传热与流动阻力分布;在数值模拟上对于典型模型采用取局部通道的方式,简化了计算模型。计算采用FLU-ENT求解器的层流模型和SIMPLE算法,实验结果与计算结果一致性较好。然后通过正交实验设计计算了不同肋高、肋间距、肋长、肋厚的类似计算模型,总结出了一定Re数范围内的叉排肋化表面内冷板内通道的j、f计算关联式。     

Research on performance of vehicle radiator with Iouvered fin

通过数值模拟方法对百叶窗翅片散热器流道中流体的流动和传热性能进行研究,将数值模拟结果与文献实验关联式计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性.将百叶窗翅片散热器的翅片间距与百叶窗间距两者关联起来,分析了其比值Fp/Lp和百叶窗倾角对于百叶窗翅片流道传热和压降性能的影响.而后分析了百叶窗翅片结构参数对于百叶窗流道间流体流动效率的影响.研究表明,百叶窗翅片的传热系数和压降随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值Fp/Lp的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大.流动效率随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大.     

百叶窗翅片车辆散热器性能研究

通过数值模拟方法对百叶窗翅片散热器流道中流体的流动和传热性能进行研究,将数值模拟结果与文献实验关联式计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性。将百叶窗翅片散热器的翅片间距与百叶窗间距两者关联起来,分析了其比值Fp/Lp和百叶窗倾角对于百叶窗翅片流道传热和压降性能的影响。而后分析了百叶窗翅片结构参数对于百叶窗流道间流体流动效率的影响。研究表明,百叶窗翅片的传热系数和压降随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值Fp/Lp的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大。流动效率随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大。     

车用小通道平行流换热器传热流动试验与分析

小通道平行流换热器是燃料电池汽车的主要散热部件。吸收了电堆废热的冷却液(50%乙二醇溶液),流过小通道换热管,由换热器外侧空气冷却。在进液温度、进风温度、冷却液流量以及风速变化的试验工况下,测试了换热器的传热流动性能。引入量纲一参数k,评估了各工况参数对换热量、阻力影响的强弱。接着,分析液侧努谢尔数Nu和摩阻系数f随雷诺数Re的变化趋势,结果显示:在小通道内(当量直径D=2.685 mm),冷却液从层流到湍流的转浪点Re_c=1 750,介于微尺度与常规尺度的临界值之间。在此基础上,通过多元回归法,拟合得到层流和湍流的液侧换热系数,摩阻系数的关联式,以及空气侧阻力f_a公式。Nu和f的计算值与试验值误差分别在[-7.06%,5.93%]和[-3.95%,4.11%]内,f_a的误差在[-2.22%,3.62%]内。基于这些关联式,建立数学模型,可在广泛多变的运行条件下,对换热器的运行性能进行理论预测和评估。     

水滴型凹穴微通道流动与传热的熵产分析

采用数值模拟的方法,研究与等直径段有不同夹角的水滴型凹穴微通道的流动与传热特性,并通过强化传热因子(h)和熵产增大数(N_(s,a))对其综合性能进行了评价。结果表明:带有凹穴的微通道的进出口压降沿着流动方向呈锯齿形下降,与矩形微通道相比,水滴型凹穴的存在对压降的影响较小。小Re时,水滴型凹穴微通道的传热效果增加较少甚至小于矩形直通道,而当Re300时,随着水滴型凹穴出口切线与等直径段夹角的减小,微通道热沉的传热性能逐渐增大。熵产分析表明,由传热引起的不可逆损失随着雷诺数的增大而增大,而由流动摩擦引起的不可逆损失随之减小,而且传热熵产在总熵产中占主要部分。水滴型凹穴微通道的不可逆损失均小于矩形直通道,而且与等直径段夹角越小的凹穴微通道其不可逆损失越小。     

闭式冷却塔空冷传热性能的试验研究及优化运行

搭建了扭曲管闭式冷却塔的换热实验平台,在空冷模式下通过测试在不同风机频率以及风机频率固定时不同的管内流体进口温度、空气干球温度情况下闭塔的传热性能、流动阻力和能耗,得到了风机频率、管程体积流量以及管程进口温度、环境温度对综合传热性能和空冷传热量的影响,进而得出优化闭塔空冷换热的方式,并推导出在不同的季节温度下最合理的运行方式。同时本试验拟合了风机频率和风机功率等与迎面风速的试验关联式以及空冷管外空气的传热系数试验关联式,对扭曲管式闭式冷却塔的优化设计有一定的指导作用。     

平板微通道流动传热的粗糙元间距效应

微细尺度传热问题业已成为国际传热界的研究点,而壁面粗糙度对微细通道流动和传热特性有着重要影响。以粗糙平行平板微通道为研究对象,用三角形粗糙元模拟固体表面的粗糙度,通过采用CFD(computational fluid dynamics)流体固体共轭传热技术数值研究了粗糙元间距对平行平板微通道流动和传热特性的影响规律,同时研究了其间距对微通道流动的转捩雷诺数的影响规律;计算结果表明:随着三角形粗糙元间距的增大,粗糙平板微通道的阻力性能逐渐下降,层流向湍流转捩的雷诺数呈逐渐增大趋势,同时粗糙平板微通道的传热性能呈逐渐下降趋势。     

表冷器微元表面温度法传热计算和试验研究

针对采用盘管表面平均温度进行表冷器空气侧传热性能计算时难以确定干湿工况临界点位置及计算结果偏差的问题，推导了微元表面温度与水温、湿球温度、管内外传热系数等变量之间的关联模拟计算公式，构建了基于微元表面温度的湿工况表冷器传热性能计算模型，并通过对百页窗表冷器样品进行空气侧换热性能试验和数据分析，验证了该计算模型的准确性。结果表明，干工况传热因子jdry随着空气雷诺数Rea的增大而减小，当Rea≤1 401.8时下降速度较慢，之后快速线性下降，拟合计算值和试验值的平均偏差为2.974%。湿工况析湿系数ξ≤1.2时，湿-干传热因子比jwet/jdry随着析湿系数的增大而减小；析湿系数ξ> 1.2时，湿-干传热因子比jwet/jdry在0.69左右，拟合计算值和试验值的平均偏差为4.243%。此外，根据典型工况下表冷器软件计算结果表明，从进风端到出风端，各计算单元的显冷量、显热比逐渐下降，而潜冷量则逐渐上升，微元表面温度与水温间温差逐渐降低，而湿球温度与微元表面温度间温差则逐渐上升。研究结果对表冷器干湿工况临界转换点的判别及空气侧传热传质性能精确计算的深入研究具有一定的指导意义。     

离散叉排肋化内冷通道流动与传热的数值模拟

运用数值模拟方法,计算肋片导流角θ为15°～45°的离散叉排肋化冷却通道在雷诺数介于1×104～20×104之间时的换热和流阻特性。研究结果表明,(1)各算例的强化换热能力随雷诺数的增大而减小,流动阻力随雷诺数的增大而增大,综合换热效率随雷诺数的增大而减小。(2)肋片导流角的改变可以显著改变通道的换热和流阻特性。相同雷诺数下,θ=45°的强化换热比和通道阻力增大比最高,θ=15°的强化换热比和通道阻力增大比最低。在研究范围内θ=15°的综合换热效率最好。     

集中供热用非对称板式换热器压力与换热特性研究

以具有大小正弦波波纹的非对称板式换热器为研究对象,理论解析了对换热效果具有重要影响的非对称因子a的参数化设计;数值模拟了冷热流量比为2:1条件下,6种非对称因子a的板式换热器的流动传热性能。研究结果表明,随着非对称因子a的增大,热流体侧平均换热系数增大,相反冷侧减小,总换热系数未产生明显差异;非对称板改变了两侧流道的压降分布,相比于对称式,其热侧流道压降上升,而冷侧流道压降则明显减小;综合分析表明,在不等流量工况下,非对称板式换热器在保证总体换热性能的情况下,冷侧降阻明显,其综合性能明显优于对称式板换,可提高6.6%～28.7%。在所选取的不同非对称结构中,非对称因子a为2.50的板片对于集中供热工况表现的综合性能最佳。     

新型螺旋板式换热器及其传热特性研究

为提高螺旋板板式换热器的传热效率,提出了一种新型高效的缩放板螺旋板式换热器,并运用FLUENT软件对普通螺旋板式换热器和缩放板螺旋板式换热器进行传热数值模拟对比,分析不同雷诺数条件下换热器传热影响因子、阻力影响因子以及综合性能评价系数的变化规律,研究结果表明,Re在3 143到157 143的范围内,传热影响因子随着Re数的增加先增大后减小,阻力影响因子随着Re的增加的而变大。在6 286到125 714的Re范围内,缩放板螺旋板式换热器的综合性能优于普通螺旋板式换热器,其综合性能评价系数随着Re的增加先增大后减小,且在Re为31 429时,综合优化效果最佳,达到了1.34,从理论上证明了缩放板螺旋板式换热器的优越性。研究结果对新型螺旋板式换热器的工程应用具有一定的指导意义。     

国家科技成果重点推广项目

该换热器系列是一种纵流壳程的管壳式换热器,以杆圈式支撑结构代替原壳程挡板结构,使壳程流体由横向流动变为纵向(平行于列管)流动,并利用等阻力降原理,科学地研制出变截面整体导流筒、夹套及流体再分布器,形成了国内首创的新结构。该结构极大地提高了传热效率,增加了有效传热面积,降低了流体流动阻力,节能效果显著。与现行管壳式换热器相比,强化了壳程传热,提高传热膜系数30％,减少壳侧阻力降35％,改善了壳侧传热综合性能,设备重量减轻约40％,耐腐蚀,使用寿命长。已开发出壳体直径为600～1400mm、传热面积为98～464m~2、适合无相变和有相变冷凝换热工况的系列产品。     

内置开孔梯形波带换热管数值模拟及实验研究

提出一种新型开孔梯形波带插件,目的是减少传统波带对流体产生的过高阻力,增加其Re数适用范围。建立相应的物理和数学模型,采用Fluent对其不同结构参数设定下的传热与流动特性进行数值模拟并对插件结构进行了设计优化,同时通过实验验证模拟结果并根据实验数据拟合出4000Re10000时内置开孔梯形波带的换热准则关系式与管内流动阻力关系式,为开孔梯形波带实际应用提供理论依据。研究结果表明:新型开孔梯形波带在中高雷诺数条件下减阻效果明显,综合传热性能优于传统梯形波带并且具有一定的核心扰流作用。     

螺旋曲面三维肋强化传热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent6.3研究普通直型三维肋和螺旋曲面三维肋分别用于矩形流体通道的流动换热特性,分析两者在雷诺数Re为2000～10000、迎流攻角β均为45°时的传热与阻力特性。研究结果表明:矩形流体通道内加螺旋曲面三维肋时平均努赛尔数Nu和平均阻力系数f皆大于普通直型三维肋,并随着Re的增大而增大。同时,利用综合评价准则数G对其传热进行综合判定,G值大于1。螺旋曲面三维肋的综合性能优于普通直型三维肋。     

正弦波纹流道中流体流动和传热特性研究

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了一定雷诺数范围内(50≤Re≤200),正弦波纹流道内的流体充分发展的层流流动和传热性能。比较了不同结构的正弦波纹流道的阻力因子ef、传热因子eNu和能效因子e的值,研究结果表明,正弦波纹流道的波纹波幅对于流体流动和传热性能的影响较大。分析了波纹流道中垂直于主流方向特殊横截面上的流体速度矢量图和温度等值线图,研究结果表明,波纹流道的弯曲壁面使得流体在流道中垂直于主流方向的截面上产生二次流,二次流的出现增强了流道中心流体和近壁处流体的混合和传热,传热性能提高的同时阻力增加。     

螺旋扁管冷凝器强化传热评价与应用

提出了螺旋扁管强化传热评价指标.通过实验,得出了螺旋扁管强化传热及阻力性能特性.结果表明,在较低Re下螺旋扁管强化传热效果较好,在传热的同时,使流动阻力系数增大,其增长幅度基本上与传热系数增长幅度相同.     

几何尺寸对矩形微通道液体流动和传热性能的影响

基于连续介质方法数值研究液体在不同几何结构微通道中的流动和传热性能。在相同热边界条件下,通过比较水力直径、通道长度和宽高比等几何参数对液体微流动的影响,得到各参数对泊肃叶数(Po)和努塞尔数(Nu)的影响关系。研究发现,截面宽高比越大,Po数越小,且雷诺数对泊肃叶数基本无影响;雷诺数(Re)小于500情况下,水力直径小于0.545 mm时,Po数随水力直径减小而减小,水力直径大于0.545 mm时,水力直径变化对Po数基本无影响;Po数不随通道长度变化而变化,但略受流动雷诺数影响;在Re=20～1 800时,Nu数正比于水力直径和宽高比,但是通道长度对Nu数的作用受流动Re数的影响;在通道材料和流动介质相同的条件下,Nu数和Re数之间的关系受通道几何参数的影响,并且拟合得到其关系式。