基于CFD的低温回热器流动传热性能分析北大核心CSCD

为探究超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩布雷顿循环系统低温回热器冷侧ZigZag微通道内结构参数ZigZag角度θ、单位周期流道轴向长度P对S-CO_(2)湍流状态(16000≤Re≤68000)下流动传热性能的影响,对其传热与流动阻力进行了数值模拟。结果表明:随着θ的增大,低温回热器冷侧S-CO_(2)传热性能提高而流动阻力急剧增大;随着P的增大,传热性能与流动阻力均下降;对比二者变化,ZigZag微通道内S-CO_(2)流动传热性能对θ更为敏感;为使低温回热器冷侧综合传热性能较优,Re不宜过高,θ=15°时,Re不宜大于5.5×104。利用数值模拟结果拟合Nu关联式,拟合值与模拟值最大偏差12.44%;拟合关联式与Kim关联式(θ=40°)吻合较好,最大偏差8.95%。     

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。     

锯齿形翅片扁管内流体流动及传热特性研究

为研究翅片节距与翅片切开长度参数对锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性的影响,建立了9组不同锯齿形翅片参数的冷却扁管导热与流动换热耦合计算模型。采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对锯齿形翅片的微通道进行仿真模拟,得出了锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性。通过9种锯齿形翅片扁管管内流体压降和传热系数的对比分析,运用冷却扁管综合性能评价方法 h/ΔP,得出了不同锯齿形翅片参数对扁管综合性能的影响规律。研究结果表明,适当减小翅片节距同时增大翅片切开长度能获得更好的流动与传热综合性能,从而可为锯齿形翅片的结构设计提供重要参考。     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

带孔扰流片核废液浓缩器强化换热数值研究

为提高核废液浓缩器的换热性能,并研究带孔扰流片螺旋板式换热器在核废液浓缩中的应用。文章采用周期流模型进行数值模拟,分析了不同带孔扰流片结构参数对换热器流动阻力和换热性能的影响。结果表明：增加扰流片长度或减小间距会增强流道内的传热性能,带孔扰流片强化传热综合性能受扰流片长度变化的影响较小,扰流片间距对综合性能影响大;大孔结构会减小压降和换热系数,但综合换热性能更高。在片长60 mm、间距为100 mm、开孔直径13 mm的条件下,Re值为33 238时综合性能评价系数达最大值E=0.89,Re大于49 858时未开孔扰流片的综合性能更好。     

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。     

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。     

双电层效应对压力驱动微流体流动及传热的影响

在非对称壁面zeta电势及热通量边界条件下,研究双电层效应对平行微流道内压力驱动微流体流动及传热特性的影响.建立微流道内压力驱动流体的数学模型,双电层电势分布、流体流动及传热特性分别由Poisson-Boltzmann方程,修正的N-S方程,能量方程进行描述,对三个方程进行求解并得到微流道内电势,速度及温度分布的解析解.详细讨论动电参数、壁面zeta电势、上下壁面zeta电势比及热通量比等因素对电势场、流场、温度场及微流体传热性能的影响.结果表明,壁面zeta电势会影响微流道内电势分布,流动电势的改变会影响速度分布,进而影响微流道的温度分布与传热性能.在微尺度下,双电层效应对压力驱动流的影响很明显,与传统的无双电层效应的泊肃叶流相比,其流动及传热特性均有显著差异.     

新型板式热交换器导流区数值模拟研究

建立了不同导流区结构的换热板片及其流道模型,并提出一种新型弧形导流区结构的换热板片及其流道,利用计算流体力学软件对流道内流体的流动和传热进行了数值模拟,分析了流道内的速度场、温度场和压力场。结果表明,新型导流区结构换热板片间的流体分布更均匀,在保持良好的传热性能情况下,压力损失明显降低。     

板翅换热器流道结构改进与流体流动性能分析

研究超大型空分装备中板翅式换热器流道改进结构及其对换热器内流体流动影响,设计一种新型板翅换热器流道结构,该新型流道结构可以改变换热器流道内流体的流动方向,促使流体在板翅换热器内部呈M形流动,从而延长换热器中流体的流动距离,增大流体的湍流性能,强化换热器的换热效果。对板翅式换热器流道中转折位置流体的分布情况进行分析,着重分析换热器流道转折位置与流体流动速度、压力变化以及流体湍流性能之间的对应关系。采用Fluent分析流道结构改进前后板翅式换热器内流体的流动情况,可以看出改进后的流道结构可以显著增强换热器内流体的湍流性能,与结构改进之前的传统流道相比,新型流道结构的板翅式换热器通过增大内部流体的湍流性能的方式,提升换热器的换热效率。