低Reynolds数条件下水流纵掠长冰柱沿方位角传热特性

通过实验研究了低Reynolds数条件下水流纵掠长冰柱过程的沿方位角相界面移动规律及传热特性。改变水流速度、水流温度、冰柱尺寸及冰柱初始温度等控制参数,采用非接触测量方法获得了冰柱融化图像,基于影像实验数据与冰柱相界面传热系数之间的映射关系,分析了沿方位角对流传热系数等传热参数的变化规律。结果表明:各测量点的沿方位角Nusselt数不同,随着融化过程的进行,各测量点的沿方位角Nusselt数值均先增大后减小,整个融化过程中间某处存在最大值;其余实验控制参数不变的条件下,沿方位角对流传热系数均随着水流速度或水流温度的增大而增加;获得了水流纵掠冰柱融化过程Nu?与Gr、Re、Pr、Ste及?之间的关联式。     

空气横掠沉没于多孔泡沫金属中错列管束的对流传热

对空气横掠沉没于多孔泡沫金属中正三角错列传热管束的对流传热进行了试验研究。结果显示,多孔泡沫金属使得流体的流动阻力明显增加,但阻力增加的倍数随Reynolds数的增大而减小;多孔泡沫金属对对流传热具有明显的强化作用,强化效果随Re的增大而减小。与横掠错列光管束相比,本试验范围内,流动阻力增加的最大倍数为12.727,最小倍数为10.109;对流传热的最大强化倍数为2.78,最小强化倍数为2.08。总结出了适合于试验范围的对流传热的气流量纲1阻力系数的表达式和传热计算关联式。综合强化对流传热及增加流动压降两方面可知,多孔泡沫金属较适合于流体较小流速的场合。     

低Reynolds数下内置三棱柱通道的流动与传热特性

以放置在二维水平通道内阻塞比为1/5、1/4、1/3的等边三棱柱为对象,数值研究了空气绕流柱体时的流动及传热特性,分析了在不同阻塞比下顶角迎风和顶角背风放置时阻力系数、升力系数、Nusselt数及Strouhal数随Reynolds数的变化关系。研究表明,三棱柱顶角背风布置的阻力系数和升力系数均显著大于顶角迎风布置,升力系数变化速率随阻塞比增加而增加。当阻塞比为1/3时,尾部两列旋涡出现交错影响,阻力系数和Strouhal数显著增大。受通道和柱体共同影响,随着Reynolds数增加,Strouhal数基本趋于定值。阻塞比增加对于Nusselt数影响较小,且顶角迎风时远大于顶角背风,最大差值为24.5%。最后,给出了内置三棱柱通道绕流的Nusselt数准则关联式。     

泡沫金属在熔盐相变蓄热中的强化传热特性

搭建了熔盐蓄热特性实验平台,开展相变蓄热过程传热特性实验研究。建立了蓄热容器二维轴对称、瞬态固液相变数学模型,相变过程模拟采用Solidfication & melting模型,相变区域采用Boussinesq近似,对比了纯硝酸盐蓄热工况和填加泡沫金属后蓄热工况数值模拟结果。采用实验与数值模拟相结合的方法,重点分析了泡沫金属对熔盐蓄热过程的强化传热作用。结果表明,填加泡沫金属能够有效提高熔盐换热速率,泡沫金属孔隙率越小强化蓄热效果越显著。泡沫铜的热导率较高,相对于泡沫镍和泡沫铝有更好的强化传热效果,蓄热速率是纯硝酸盐蓄热的1.6倍。在相变蓄热后期自然对流换热占主导地位,此时泡沫金属会抑制自然对流。同时,填加的泡沫金属越靠近容器中心位置,对自然对流抑制作用越强,蓄热性能越差。     

基于离散相模型的相变微胶囊流体传热特性数值模拟

相变材料微胶囊悬浮液是将相变微胶囊颗粒添加至单相流体中形成的一种新型传热介质,由于传热系数高、传热储能一体化等优势,具备很大的发展潜力。采用离散相两相流模型,对恒热流水平圆管中相变微胶囊流体的传热特性进行了模拟计算,通过对比实验数据验证了模型的可靠性,进而定量分析了颗粒尺寸、质量分数、相变潜热,特别是颗粒分布对传热的影响。结果表明随着微胶囊颗粒质量分数增加,颗粒粒径减小,相变潜热增大,壁面传热效果越好,且相变潜热大小对壁温控制和壁面传热的影响大于颗粒质量分数和颗粒尺寸的影响。比较了离散相模型与常用的单相流模型的计算结果,发现质量分数越高,颗粒集聚程度越高,单相流模型计算的偏差越大。     

三角槽道低 Reynolds 数脉动流与柔性壁耦合特性研究

以水为工质对三角槽道低 Reynolds 数脉动流与柔性壁耦合特性进行了实验研究。通过传热与流动实验,分析了脉动频率(W)、脉动振幅(A)、柔性壁特性对脉动流传热及流动的影响。同时,通过可视化实验,研究了柔性壁与脉动流之间的响应特性,解析了柔性壁形变与振频对脉动流传热及流动的作用机制及分离贡献。研究结果表明,柔性流道脉动流可以实现强化传热与流动减阻双重效果,但强化传热效果相对较弱(传热效率提升0~50%),适用于以减阻为主要目的的换热场合;柔性壁减阻与削弱强化传热效率,源于柔性壁形变造成时均流通截面积增大(流体流速下降)、W与A的增大减弱脉动能量;W的增加将使得柔性壁振动对脉动流强化传热效率的削减逐步趋于主导地位,而A的增加将使得柔性壁变形对脉动流强化传热效率的削减逐步趋于主导地位;脉动流阻力的削减主要来自于柔性壁的变形(D₁>70%),而柔性壁振频对于脉动流能量耗散的抑制作用较为次要。     

超重条件下泡沫石墨-石蜡相变传热实验研究

基于高热导率多孔材料骨架强化传热的相变蓄冷器具有热容量大、换热效率高、控温稳定、环境适应性强等优点,在航空航天领域具有广泛的应用前景。多孔介质内固-液相变换热过程中,由于相变换热产生的相变工质密度差在加速度的驱动下造成的液相浮升力变化,将引发更为复杂的固-液相变流动与换热不稳定性特征。设计搭建了离心环境条件下的多孔介质内固-液相变换热实验研究装置,实验获得了不同加速度大小和方向下多孔介质内固-液相变换热特性。结果表明,高导热泡沫石墨-石蜡相变蓄冷能够实现界面较低升温速率温控,同时加速度方向对于相变蓄冷装置整体换热效率及换热均温性存在显著影响。当加速度方向与热流方向反向或垂直时,加速度驱动液相储能工质局部自然对流将促进整体换热效率,而加速度方向与热流方向同向时换热效率降低,并且上述差异将随着加速度的提升而进一步扩大。     

纵流式管壳式换热器传热与流动特性的3D数值模拟研究

文章运用CFD软件Fluent分析了三种支撑结构对壳程性能的影响,可为工业用纵流式管壳式换热器优化及强化传热提供依据.文章探讨了水在三种不同支撑结构下的流阻与传热性能,得到不同支撑结构具有不同的传热效果,螺旋片相对其它两种支撑方式更有利于提高传热综合性能,并进一步对这三种换热器的传热强化机理进行了探讨.     

高热流条件下超临界压力煤油流过小直径管的传热特性

探讨了超临界压力下煤油流过内径为 1.70mm的不锈钢管的传热特性 .实验在压力为 5、 15MPa ,质量流率为 85 0 0～ 5 10 0 0kg·m^-2 ·s^-1和热负荷高达 5 5 .0MW·m^-2 的参数范围内进行 .结果表明 :在内壁温达到拟临界温度时有拟沸腾现象发生 ;进一步提高热负荷会发生传热恶化 ,加入添加剂能提高临界热负荷 ;在极高热负荷下还会发生第 2次传热强化 ,限制了传热恶化的壁温飞升 .给出了煤油的强制对流传热关联式 ,计算值和实验值吻合良好 .     

不同气候条件下相变屋顶传热性能数值分析

相变墙体可以有效降低建筑能耗并提高热舒适性。相变屋顶多孔砖内部填充相变温度为25~33℃的石蜡,引入考虑辐射与空气温度的等效温度,本文利用高性能计算显卡（GPU）加速基于焓法的多松弛时间格子玻尔兹曼算法（MRT-LBM）,分析了2020年8月典型天气下中国7个城市应用不同相变温度的石蜡对屋顶热响应特性的影响。采用相变温度为27℃的石蜡进行研究,结果表明,上海地区相变屋顶中的石蜡没有发生相变,空调运行期间由屋顶进入室内单位面积的热量高达324.3kJ/m²;成都地区相变屋顶中的石蜡液化率变化最大为30%,内表面温度在25.6~27.3℃波动,温差仅为1.7℃,由屋顶进入室内单位面积的热量仅为50.9kJ/m²;武汉和北京地区的液相率变化很接近,其相变时间达到全天的50%,对应的由屋顶进入室内单位面积的热量为上海地区的0.37倍;昆明与哈尔滨地区屋顶内表面温度波动分别达到4.5℃与4.4℃,但对应的温度均在28℃以内;广州地区相变屋顶中的石蜡几乎没有发生相变,室内温度波动幅度为成都的2.6倍。北京、成都、武汉和昆明地区适合采用相变温度为27℃的石蜡,而广州、上海和哈尔滨地区适合采用相变温度为29℃、31℃和25℃的石蜡。本文工作可为相变建筑优化设计提供参考。     

Free convection heat transfer over a horizontal plate at low prandtl number

Boundary layer equations for free convection heat transfer along a semi-infinite horizontal plate are derived by giving more importance to the energy equation. The equations are obtained for low Prandtl number and two separate polynomials are used to approximate the temperature and velocity profiles in these regions. The rate of heat transfer is compared with the available analytical and numerical results based on conventional boundary layer equations.     

低质量流速下超临界CO2在管内冷却换热特性

开展了低质量流速下超临界CO₂在水平直管内冷却过程的换热特性的实验研究。实验压力为p=7.5~9.0 MPa,质量流速为G=79.6~358.1 kg·m^-2·s^-1,流体温度为25.0~50.0℃。分析了质量流速、压力、流体温度对换热的影响,并引入Richardson数阐述浮升力对超临界CO₂在水平直管内冷却换热影响。实验结果表明: 传热系数随着质量流速的增加而增大。传热系数峰值点随压力的升高向高温区偏移。当质量流速较小时,传热系数峰值点出现在准临界温度之前,且浮升力作用加大,流体处于混合对流状态。将传热系数的实验值和已有的换热关联式计算值作对比后发现在低质量流速下误差较大,拟合了低质量流速工况的超临界CO₂在水平直管内冷却换热的关联式,94%的实验值和拟合关联式误差在±20%范围内。     

超临界CO2/R41小通道内的换热特性

对R41和混合工质CO₂/R41 (20.5/79.5)、CO₂/R41(51.4/48.6)在直径为2 mm的水平光滑圆管中的超临界冷却流动换热特性进行了实验研究。质量流速范围为400～800 kg·m^-2·s^-1,压力为6.0～8.0 MPa,热通量为12～48 kW·m^-2,流体温度为20～80℃。3种工质的对流传热系数的极值随CO₂含量的增加而增大,在相同条件下R41的传热系数小于CO₂/R41的传热系数。混合物的超临界传热系数变化规律与纯R41相同。实验条件下,3种流体的传热系数在2～25 kW·m^-2·K^-1之间,压力的影响显著,越接近临界压力对应压力条件下的传热系数极值越高。在远离准临界点的区域传热系数随热通量变化不明显,而在准临界点附近对流传热系数的极值随热通量的增加而小幅减小。将实验结果与经验关联式计算结果进行了比较,有4个关联式的预测效果较好,误差均在±30%以内,预测误差随CO₂含量的增加而下降。     

超疏水表面微通道内水的传热特性

微通道传热效率高但流动阻力大,超疏水表面因其与水具有滑移边界而表现出低流阻的特征,在微过程中具有应用前景。利用化学刻蚀法制备出具有微纳米阶层结构的铝基超疏水表面微通道(内径为0.68mm)。在超疏/亲水微通道内进行了水的流动传热实验研究,并将结果进行对比。研究发现存在于超疏水表面微纳米结构里的气泡层减小了水的流动阻力,也降低了表面传热系数,但降低程度明显小于流动阻力的降低,传热系数高于考虑纳米气泡层计算的传热系数。因此认为在水的滑移速度作用下,凹穴中微纳米级气泡内产生了气体的涡旋流动,一定程度上增强了传热效果。     

微小管道内相变微胶囊悬浮液换热特性

通过实验研究了去离子水和10%浓度相变微胶囊悬浮液在1 mm、2 mm管道内换热特性,结果表明：在Reynolds数Re=400～1000,1 mm管道内去离子水和10%浓度相变微胶囊悬浮液局部Nusselt数Nu_x均比2 mm 管道的小,分析其原因,这主要是由于1 mm管道壁厚管径比大导致的轴向导热比2 mm管道强引起的;1 mm管道内去离子水中加入相变微胶囊颗粒能够增强与管壁之间对流换热,且随着Re的增加,Nu_x增大,而2 mm管道内去离子水中加入相变微胶囊颗粒,构成10%浓度相变微胶囊悬浮液,表现出比水更差的换热特性,并且随着Re的增加Nu_x降低。     

微小通道内低Reynolds数液-液两相流动与换热特性实验研究

实验研究了圆形微小通道内液-液两相流的流动和换热特性。选用去离子水为分散相,高黏度二甲基硅油为连续相。通过处理高速摄像所拍摄的可视化图像,总结了液-液两相流流型和液滴的长度/形状特征。并在此基础上考察了低Reynolds数下液-液弹状流对微小通道的换热作用。结果表明,平均Nusselt数随着Reynolds数的增加而增加,且油水比越大传热系数增加幅度越明显。Nu随着含水率的增加而降低。虽然含水率增加会使两相平均热容量提高,但在低Reynolds数下,这种提高被其长液滴内较弱的循环强度所抵消。选用三种不同形式接头在相同混合速度和含水率的情况下生成不同长度的液滴,发现短液滴更有利于换热。相同工况下,液滴长度的优化可以使整体传热系数提高近26%。     

圆形自由射流冲击曲面的换热特性

采用直接表面温度测量的方法对水喷射高温曲面的传热过程进行实验研究.通过实验得到了驻点区及附壁射流区的对流传热系数的分布情况,并且系统地研究了射流出口速度、喷嘴至加热面的间距等参数对对流传热系数的影响.结果表明,圆形射流冲击曲面的局部传热系数沿传热面随X/D的增大而逐渐减小,驻点处的传热系数最大并且随射流速度的增大而增大,但是当射流速度增大到一定值时,驻点的对流传热系数的增大比较缓慢.在射流速度较低的情况下,喷距对局部传热系数的影响较为显著.     

相变微胶囊悬浮液喷淋换热特性实验研究

根据相变微胶囊储存和释放潜热的特殊性质,分别使用相变微胶囊悬浮液（MPCMS）和纯水作为喷淋介质,搭建了一个小型喷淋塔装置,其中相变微胶囊的芯材为正二十二烷(C₂₂H₄₆)。实验设定了五个喷淋温度(35、40、44、47、51℃)、三个空气流量(0.011、0.018、0.025 m³/s)和两种直径(SMD=80、240 μm)的大、小液滴作为实验变量,探究了上述两种介质与空气之间的换热特性。实验结果表明：相变微胶囊的过冷会影响换热过程。常温常湿条件下,对于小液滴,当空气流量为0.018、0.025 m³/s时,喷淋温度为44、47℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热;当空气流量为0.011 m³/s时,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热。对于大液滴,在三种空气流量下,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水作为喷淋介质时换热效果更好。