卧式半圆柱型涡流发生器的传热与阻力特性及场协同理论分析

为研究卧式半圆柱型涡流发生器的特性,通过数值模拟方法对安装有卧式半圆柱型涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。结果表明:在相同雷诺数Re下,安装有卧式半圆柱型涡流发生器的矩形通道的换热效果明显优于矩形光滑通道,但阻力系数也均大于矩形光滑通道。对比综合性能指标表明,6/8H楞长处的综合特性PEC值最大。通过对场协同理论分析得出,矩形光滑通道和四种不同楞长的卧式半圆柱型涡流发生器的协同数Fc均随着雷诺数Re的增大而减小,而且其变化趋势也越来越平缓,最终逐渐趋近于定值。相同雷诺数Re下,楞长为6/8H时的协同数Fc最大。     

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。     

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。     

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。     

组合涡发生器在螺旋板式换热器上的强化传热研究

在螺旋板式换热器螺旋通道内设置三角翼和椭圆柱组合涡发生器,利用流体计算软件Fluent进行三维数值模拟。研究了Re为4000～7000内组合涡发生器对通道平均Nu和平均阻力系数f的影响,并应用场协同原理进行了分析。与只加装椭圆柱涡发生器的螺旋板式换热器进行对比,结果表明,纵向涡发生器产生的二次流能改善螺旋通道内的速度场与温度场的协同性,起到强化换热作用。在正三角形排列方式下,组合涡发生器通道的平均Nu比椭圆柱涡发生器的平均Nu增大8.7%,阻力因子f减小23.7%,强化换热的效果较好。     

螺旋槽管内传热及阻力特性的数值研究

为了深入分析螺旋槽管内传热及阻力特性,基于Fluent对16根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究。分析了雷诺数Re、槽深e和螺距p对螺旋槽管内传热及阻力特性的影响,结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10000~45000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍,且随Re的增加而增加;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍,随Re的增加而减小;Nu和f随e的增加而增加,随p的增大而减小。通过回归分析,得到了螺旋槽管传热和阻力的准则关联式,供相关工程设计参考。     

矩形带肋通道中蒸汽与空气换热特性比较试验研究

模拟实际燃气轮机叶片内冷通道几何及传热结构,研究了蒸汽和空气在两面带有肋片的矩形通道中当雷诺数为10000⁸0000时的换热和摩擦特性。试验通道宽高比(肋片在宽面上)为0.5,肋间距p/e为10,通道阻塞比为0.047,试验通道长度L为1000mm。试验结果显示,蒸汽和空气在带肋通道中的平均换热系数,平均摩擦系数和换热性能随雷诺数的变化趋势几乎相同;在相同试验条件下,蒸汽在带肋通道中的平均换热系数比空气高30.2%,平均摩擦系数比空气高18.4%;蒸汽在带肋通道带肋面和光滑面上的换热性能比空气分别高8.4%和7.3%。     

带凹穴渐缩型微通道传热与流动性能分析

针对电子器件的散热问题，设计了6种渐缩型微通道，并通过合理布置圆形凹穴来削减截面几何尺寸突变导致的压力损失。旨在借助凹穴结构促进微通道冷却液混合提升换热性能，以及通过优化通道几何尺寸来改善微通道的流体流速分布，从而进一步提升微通道换热性能。在高热流密度条件下，对6种带凹穴渐缩微通道和普通矩形微通道的流动换热特性进行了对比数值分析，并以泵功和热阻为评价指标来评价通道综合传热性能。结果表明：通过设置渐缩微通道凹槽及通道截面的合理分布，改善了流速的分布，使温度分布更加均匀，并且增强了其散热能力。在实验组的最优结构下，渐缩微通道热阻比普通矩形微通道降低了18.4%，综合传热性能最高提升了15.2%。     

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。     

带有方形肋及双倾斜肋片的细通道内流动、传热和熵产分析

为了探究带有方形肋及双倾斜肋片细通道的流动换热及熵产特性，设计了2种带有方形肋及双倾斜肋片的组合细通道(MCDS-L, MCDS-R)，然后采用数值模拟的方法分析其流动特性、传热特性和熵产特性，并将其分析结果同2种方形肋细通道(MCS-L, MCS-R)和一种双倾斜肋片细通道(MCD)进行对比。结果表明，在所研究的雷诺数范围内，组合通道的摩擦阻力系数基本一致且均高于其他3组通道(MCS-L, MCS-R, MCD) 。此外，组合通道的努塞尔数均高于其他3组通道，而熵产增大数均低于其他3组通道。其中，MCDS-L通道的努塞尔数最大，熵产增大数最低。表明MCDS-L通道的换热效果最佳，能量的综合利用程度最高。研究成果为微细通道热沉的设计提供参考。     

Heat transfer and resistance characteristics of conical spiral tube bundle based on field synergy principle

Conical spiral tube bundle are universally used in heat transfer enhancement in heat exchangers.The heat transfer and resistance of the tube bundle are affected greatly by the conical structure,so the ...     

新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

新型叠片式油冷却器传热及综合性能的研究

探讨一种铝叠片和弓形折流板相结合的新型叠片式油冷却器,对其传热及综合性能进行了研究,并与螺纹管弓形折流板油冷却器进行了对比.试验结果表明,新型叠片式油冷却器热交换量较螺纹管弓形折流板油冷却器平均提高52.5％,单位压降热交换量较螺纹管弓形折流板油冷却器平均提高24.1％.在整体结构方面,其单位体积换热面积为螺纹管弓形折流板油冷却器的2.84倍,而材料总重量仅为螺纹管弓形折流板油冷却器的60.7％,说明新型叠片式油冷却器具有体积小、换热面积大、重量轻的优点;从经济效益角度看,新型叠片式油冷却器相比螺纹管弓形折流板油冷却器更加节省耗材成本,体现了新型换热器的高效性、紧凑性和节能性.     

螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳程传热及压降性能试验研究

通过搭建试验测试平台测试了螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳侧传热及压降性能,并与传统的折流板式油冷却器进行了性能对比。结果表明,螺旋扭曲膨胀管油冷却器传热和压降性能都优于传统折流板油冷却器;在相同的压降下,螺旋扭曲膨胀管油冷却器的壳程传热系数是传统折流板式油冷却器的2³倍,综合性能有明显的优越性。根据试验结果拟合出了螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳程传热系数和压降与壳程流速的关系式,为后续螺旋扭曲膨胀管油冷却器的推广应用提供参考。     

TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹铜管内表面传热试验研究

为研究TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内的表面传热特性,自行设计并建立一套纳米流体表面传热试验系统和数据采集系统,试验系统核心部分分别采用铜光管和内螺纹铜管,将基液和TiO2—蒸馏水纳米流体分别应用于铜光管和内螺纹铜管内Re为3 000～8 000范围内进行表面传热试验研究,结果表明,在内螺纹铜管内,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热系数都是随着流速的增加而不断提高,随着纳米颗粒质量分数的不断增加,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热效果越来越差,而且弱于基液的表面传热效果,纳米颗粒质量分数不变的情况下,纳米流体表面传热效果随着流体平均温度的提高而加强。通过对纳米流体在不同圆管内试验结果进行对比,发现TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内表面传热效果相对于光管内表面传热效果的强化程度低于基液的强化程度,TiO2—蒸馏水纳米流体不适用于内螺纹强化换热管。     

A parametric study of the 2D model of solar air heater with elliptical rib roughness using CFD

The heat transfer can be improved by providing artificial roughness on absorber plate of the solar air heat. Many studies are available on circular, semi-circular, triangular and rectangular rib roughened solar air heater. But in present study heat transfer enhancement by providing elliptical ribs on absorber plate was analyzed by developing CFD code on non-commercial ANSYS (Fluent) 12.1 software. The simulations were performed on 2-D CFD model and analysis was carried out to study the effect of relative roughness width, relative roughness height and relative roughness pitch on heat transfer and friction factor. The Reynolds number range from 4000 to 15000 and turbulence phenomena is modeled by using Reynolds-average Navier-Stokes equations (RANS). The mathematical modeling is validated and compared with available results. The strong vortex formation takes place in the main stream flow because of elliptical roughness, which improved heat transfer augmentation in the solar air heater. The local turbulence kinetic energy strongly influenced by orientation of the elliptical ribs. The value of average Nusselt number increases by increasing relative roughness height but it decreases with the increase of relative roughness width and relative roughness pitch. The rib width has significant effects on heat transfer enhancement and maximum Nusselt number is observed for relatively small roughness width (i.e., 0.5) among the considered range of 0.5 mm to 2.0 mm. The maximum value of Nusselt number and friction factor is observed for relative roughness width of 0.5, relative roughness height of 0.045, and relative roughness pitch of 6.

     

塑料薄膜与流延辊换热过程的模拟分析

为实现流延辊辊面温度场的均匀性和稳定性,保证塑料薄膜的高质生产,应用F luent软件对双向回流式螺旋流道的流延辊的换热过程进行了数值模拟;分析了流延膜在流延辊上冷却时的导热、对流、辐射综合的非稳态传热过程,了解了流延膜冷却过程中的传热机理,得出了流延辊内部流道结构、冷却水的流量对流延辊换热强度的影响趋势。研究结果表明,该研究可以为流延辊结构的合理设计、流道参数的优化提供指导。