旋流浓淡燃烧器中煤粉浓缩器对煤燃烧NOx生成的影响

应用数值模拟方法研究了旋流燃烧器中煤粉浓缩器对煤燃烧NO_x生成的影响,给出了热NO_x和燃料NO_x生成的详细信息.预报结果表明：采用作者研制的弱旋煤粉浓缩器后,可以大大地降低燃烧器出口区域燃料NO_x的生成,同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率.模拟结果也表明,燃烧器出口区域的NO_x生成主要是由燃料NO_x的生成机理来控制,热NO_x在总NO_x的生成量中所占比例不大.因此,该旋流浓淡燃烧器具有高效低污染性能.     

旋流浓淡燃烧器中煤粉浓缩器对煤燃烧NOx生成的影响

应用数值模拟方法研究了旋流燃烧器中煤粉浓缩器对煤燃烧NO_x生成的影响，给出了热NO_x和燃料NO_x生成的详细信息.预报结果表明：采用作者研制的弱旋煤粉浓缩器后，可以大大地降低燃烧器出口区域燃料NO_x的生成，同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率.模拟结果也表明，燃烧器出口区域的NO_x生成主要是由燃料NO_x的生成机理来控制，热NO_x在总NO_x的生成量中所占比例不大.因此，该旋流浓淡燃烧器具有高效低污染性能.     

含扭曲带管内流动与传热的数值模拟

以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法在Re=300～800的范围内对含扭曲带管内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了不同Re、扭曲比y、纽带厚度δ和翅片系数C_fin对Nu、速度环量和阻力系数的影响,并通过对Nu和速度环量之间的关系进行了分析,得出在含扭曲带管内强化换热流动中决定换热能力的物理量——速度环量.     

布置成涡结构微混合器内的流动与混合特性

基于成涡结构强化混合原理设计了一种改进型的平面被动式微混合器。采用商业软件CFD-ACE+对该结构微混合器的混合特性进行了三维数值模拟和结构优化,进一步揭示该微混合器结构对通道内流体流动与混合特性的影响。结合混合通道内流体的浓度和流型分布的数值和实验结果可知,该新型微混合器在布置成涡结构的弯曲通道内形成了扩展涡、分离涡和Dean涡,实现了涡系的叠加和强化,加大了流体间的扰动,从而增加了流体的接触面积强化混合;在综合考虑流体混合强度和压降分布等因素下,成涡结构正向布置且缝宽比W_d/W=1/4,厚宽比B/W=3/10,布置角度θ_a=120°的该微混合器在较广Re范围内的混合效果显著。     

Rushton涡轮搅拌槽内流场特性及颗粒运动行为数值模拟

基于计算流体动力学（CFD）方法,采用大涡模拟（LES）和拉格朗日颗粒追踪技术计算了Rushton涡轮搅拌槽内流场特性及三种St颗粒的运动行为。平均流场（切向速度、轴向速度和径向速度）、颗粒速度及浓度分布方面与实验值的吻合度较好,验证了数值模拟的可靠性。结果表明,搅拌流场及颗粒运动均呈现循环流特性,当转速N=313r/min不变时,St=0.24的小颗粒几乎实现了均匀分布;而St=37.3的大颗粒与流体的跟随性较差,底部沉积率较高,容器顶部会出现一定的颗粒空白区。叶轮附近产生一系列的湍流涡结构,并且由于剧烈的颗粒-壁面碰撞,该位置颗粒拟温度最高;小颗粒（St=0.24）的运移主要受叶片后方尾涡的控制,均匀分布在低涡量区;而大颗粒（St=37.3）由于具有较大的惯性,运动不再由涡主导,很快被叶轮甩向边壁,穿过了尾涡所形成的高涡量区,故而叶轮对附近大颗粒的搅拌效果较差。     

基于大涡模拟方法的可压缩空化流流场数值模拟分析

针对可压缩空化流流场细节特征,对空化的回射流机制与凝结激波机制下的空化云演化过程进行大涡模拟。通过对比文献实验数据验证了可压缩空化流数值模拟方法的可靠性,并分析了空化数σ、CN空化数、St数和压力损失系数K等无量纲参数,发现数值模拟对空化流压力-速度耦合计算的准确性方面还有待进一步提升。两种空化机制情况下,涡环生长是空化云脱落后耗散过程,涡环溃灭成游离涡是耗散结果;通过大涡模拟实现两种机制下的空化模拟,对比发现回射流机制的空化的无量纲参数偏差较少,凝结激波具有一定偏差;凝结激波的功率谱密度分析发现满足-7/3标度律,回射流满足-5/3标度律。     

思茅松松节油标准样品的定值研究

研究了作为云南省主要采脂树种的思茅松松节油标准样品的制备和稳定性、均匀性及其定值方法。思茅松松节油制备采用水蒸气蒸馏法,含量分析采用气相色谱面积归一化法。制备得到的松节油标准样品在36个月内保持稳定,通过了均匀性检验。多实验室联合定值结果为:α-蒎烯含量X_标=75.30 %,标准不确定度U_A=0.23 %,扩展不确定度U_0.95=0.45 %; β-蒎烯含量X_标=17.80 %,标准不确定度U_A=0.08 %,扩展不确定度U_0.95=0.16 %; β-水芹烯含量为X_标=3.50 %,标准不确定度U_A=0.08 %,扩展不确定度U_0.95=0.16 %。     

湿地松松节油标准样品的制备与定值研究

研究了湿地松松节油标准样品的制备和稳定性、均匀性及其定值方法。湿地松松节油制备采用水蒸气蒸馏法,含量分析采用气相色谱面积归一化法。制备得到松节油标准样品在36个月内保持稳定,通过了均匀性检验。多实验室联合定值结果为:α-蒎烯含量X_标=62.41%,标准不确定度U_A=0.15%,扩展不确定度U_0.95=0.30%;β-蒎烯含量X'_标=31.66%,标准不确定度U'_A=0.09%,扩展不确定度U'_0.95=0.18%;β-水芹烯含量X″_标=3.33%,标准不确定度U″_A=0.05%,扩展不确定度U″_0.95=0.10%。     

各向同性湍流中颗粒弥散的直接数值模拟

对三维气粒两相各向同性湍流进行了直接数值模拟以研究悬浮在其中的颗粒的运动.重点考察了颗粒惯性对颗粒和颗粒所见流体速度的自相关以及颗粒弥散特性等的影响.颗粒的Lagrangian积分时间尺度随颗粒惯性单调增加,颗粒所见流体速度的Lagrangian积分时间尺度保持相对稳定;当颗粒的弛豫时间尺度与流体的Kolmogorov时间尺度相当时,流体Lagrangian积分时间尺度有较大偏离.当颗粒的惯性很小时,颗粒扩散随惯性增大而增强,但当颗粒的惯性大于一定值时,颗粒的扩散性反而减弱,局部富集明显时颗粒扩散系数最大,此时颗粒的涡扩散系数可比流体的高约30%.τ_p/τ_k≈1.0的颗粒的浓度场显示,由于局部富集效应颗粒倾向于集中在低涡度高剪切的区域.     

搅拌管式反应器内流动特性的大涡模拟

采用实验和数值模拟的方法研究搅拌管式反应器内的混合过程,其中数值模拟采用大涡模拟的方法研究了反应器内流体的流动场,并就不同转速条件下流体的混合时间,将大涡模拟数值结果分别与标准k-ε模型的计算结果和实验测量值相比较,结果表明:管式搅拌反应器内的流动是非稳态的,具有不对称性。同时,大涡模拟方法可以预报漩涡,特别是桨叶背面的漩涡。与实验测量值相比,大涡模拟对混合时间的计算精度比标准k-ε模型计算精度高约22.8%,证明大涡模拟方法能够有效地模拟搅拌管式反应器内的流动特性。     

涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响

采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0 mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明：在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数 f 以及量纲1二次流强度Se_m都增大;所研究各模型的Se_m与Nu呈唯一对应关系,并且获得了Se_m与Nu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75 mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式，其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下，对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下，管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强，直角梯形涡产生器次之，矩形涡产生器的换热能力最差，管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关，而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后，管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大，二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关，内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

三维槽道的周期性层流流动与传热

应用数值模拟方法分析了以周期性方式布置不同节距比(PR=L/H)、倾角为45°挡板槽道的流动特性与传热特性。挡板在槽道上下壁面对齐布置高度比(BR=b/H)为0.2,以便在槽道内部形成一对沿流向的反向旋涡。数值模拟计算Reynolds数范围为100~1000,流体介质为空气。计算结果表明:布置斜置挡板后,在槽道内诱导产生了沿流向的旋涡流,且在测试段中旋涡流冲击槽道上下壁面和槽道一侧壁面,结果使得传热效率提高;分析了范围内平均Nusselt数比Nu/Nu₀、摩擦系数比f/f₀及传热增强系数η随节距比PR和Reynolds数的变化关系,并建立了相应的准则关系式;当挡板间节距比为0.5时,传热增强系数可达最大值3.0。     

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数（攻角,数目,摆放位置）进行了优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。     

Hydrodynamics and heat transfer characteristics of a novel heat exchanger with delta-winglet vortex generators

The effects of vortex generators on heat transfer and pressure drop of a novel heat exchanger are investigated using computational fluid dynamics (CFD) method. The Reynolds numbers based on fin collar outside diameter varied from 600 to 2600, the attack angle from 10° to 50°, and the aspect ratio from 1 to 4. The numerical results are also analyzed from the view point of field synergy principle, according to which the reduction of the intersection between velocity and temperature gradient is the basic mechanism for augmentation of heat transfer. The results indicate that the enhanced configurations produce the longitudinal vortices and accelerate the flow, which result in significant augmentations of heat transfer with modest pressure drop penalties. It was found that the delta-winglet vortex generator with an attack angle of 20°and an aspect ratio of 2 provides the best integrated performance over the range of Reynolds number computed. The Colburn j-factor of the optimal configuration is shown to increase by 35.1–45.2% with a corresponding increase of 19.3–34.5% in the friction factor.     

润滑油在内插同轴交叉翼型涡产生器管内流动与传热特性分析

以润滑油为工质,采用数值方法对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热进行了数值模拟,分析了不同结构参数如扭率（T_r=3,4,5,6）、间距比（S_s/W=0.8,0.9,1.1,1.2）和基带宽度比（W_b/W=0.30,0.45,0.60,0.75）对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热特性的影响。结果表明：在相同Re下,平均Nusselt数Nu_m、二次流强度Se、强化传热因子JF均随扭率和间距比的减小而增大,而其与基带宽度比的变化没有明显规律,阻力系数f随着扭率的减小和基带宽度比的增大而增大,间距比对f的影响甚微。在相同结构参数下,JF和Se均随Re的增大而增大。在Re=50~1000范围内,相比于光滑圆管,内插不同结构参数的同轴交叉涡产生器的Nu_m增加了32.8%~208.6%,f增加了3.38~8.92倍,JF最大可达1.434。Nu_m与Se呈幂函数相关,内插同轴交叉翼型涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基γ-Al₂O₃纳米流体在当量直径为194.5 μm的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

液体横掠热圆柱体时旋涡脱落的频谱分析

引言 流体(液体)横掠柱体时的工况是许多工业设备特别是换热器工作的主要工况.在这种工况下,流体横掠柱体的旋涡脱落特性、流动参数的分布、柱体受力及流动阻力等均是设备运行和设计的关键问题.而这些问题均源自流体横掠柱体时旋涡的脱落,因此,对流体横掠柱体旋涡脱落特性特别是其频谱特性的研究,对设备的高效节能、安全和稳定运行有重要意义.     

纵向涡强化圆管内换热的数值模拟及性能分析

对布置有涡发生器小翼对的圆管内部湍流流动和强化传热特性进行了三维数值模拟。研究了涡发生器的形状和对数对流动传热特性的影响并采用综合性能指标进行优化。结果表明：涡发生器后横截面上产生的多纵向涡结构使管内流体混合更加充分,促进了壁面边界层与主流的动量和能量交换,提高了传热强度。每排4对矩形小翼时的换热性能最好,Nusselt数比光管平均提高了27.2%。相同形状下,每排4对涡发生器的综合性能均高于每排3对;相同对数下,梯形小翼的综合性能最好,三角形小翼次之,矩形小翼最差。每排4对梯形小翼时的整体综合性能最优,性能评价标准达到了0.97～1.07。     

Crystallization on a cooled wall with forced convection in the melt

The local heat transfer in a liquid, which flows in a laminar stream through a duct, towards a crystal layer, formed from that liquid, has been studied. This situation resembles the classical Graetz problem, however, the occurrence of a crystal layer on the wall of the duct results in a substantial difference in heat transfer.The relevant equations for momentum and heat transfer in the duct have been solved by numerical integration. The solutions have been tested against experimental data. Two cases have been considered, i.e. the stationary state (no growth or melting by the crystal layer) and the non-stationary state (growing or melting crystal layer). In the stationary state it has been found that near the leading edge of the crystal layer the local Nusselt number decreases more rapidly than in the situation without crystal layer. Further downstream the local Nusselt number approaches an asymptotic limit which depends on the crystal layer thickness. The theoretical solution given agrees satisfactorily with the experimental results.In the non-stationary state the local Nusselt number with growth or melting (Nu) has been compared with the local Nusselt number (Nu₀) in the stationary state. The experimental Nu/Nu₀-ratio expresses a more pronounced influence of the growth rate than the theoretical solution. For melting a broad agreement between theory and experiments has been found.