周向不均匀加热圆管内熔盐传热特性数值研究

建立周向不均匀加热圆管物理模型,采用标准k-ε模型,在熔盐入口温度200℃~400℃,速度0.6~3.0 m/s,加热面热流密度200~400 k W/m2参数范围内,对内径16 mm,壁厚2 mm的集热管内熔盐传热特性进行数值模拟。分析集热管出口截面温度分布规律和集热管传热性能,对比不同参数管内壁周向温度不均匀分布特性。研究结果表明:集热管出口截面管壁温度差异较大,熔盐存在温度梯度;熔盐入口温度越低,换热效果越好;不同热流密度对Nu影响很小,Re相同时Nu几乎相同;集热管内壁周向温度分布不均匀,增加入口速度和降低热流密度有助于改善温度周向不均匀性。     

二元熔盐在螺旋槽管内流动和传热特性数值模拟

为探索数值模拟方法预测二元熔盐在螺旋槽管内的流动和传热特性研究中的可行性,使用Ansys软件对熔盐在不同几何参数的螺旋槽管内的流动和传热特性进行数值模拟。采用半周加热,研究在不同工况下熔盐入口温度和热流密度变化时熔盐的流动和传热特性。通过数值模拟得到了熔盐在螺旋槽管内的流动速度分布云图和矢量图,得到了熔盐在管道出口温度分布云图,并计算得到熔盐在管内的Nu-Re变化曲线。结果表明,熔盐管内流速呈现周期性变化,同时产生二次环流流动。熔盐在螺旋槽管内的传热Nu数和Re数的变化趋势一致,出口温度分布不均匀性较小。随着螺旋槽管槽深的增大,对熔盐的传热效果也相应提高。熔盐入口温度越高,螺旋槽管内熔盐的传热效果越好。     

壁面加热热流密度对微柱群内部换热特性的影响

采用实验与数值模拟相结合的方法研究去离子水在不同加热热流密度下流过叉排排列微柱群内部时工质热物性对对流换热的影响规律.实验中采用电加热棒对一体化微柱群散热元件进行加热,测得不同加热功率下微柱群内部努塞尔数(Nu);同时建立考虑粗糙度影响的三维数学模型模拟了该实验段在不同热流密度下的温度场与换热特性,并与实验结果进行了对比.研究发现:工质热物性随着温度变化对微柱群换热特性有着较为明显的影响,且数值模拟结果略高于实验值;对流换热系数均随加热热流密度增加而略有增大,且低雷诺数(Re)下该现象更为明显;定义了不同的影响因子来对各热物性参数的影响进行定量分析,发现动力黏度对微柱群内换热特性影响最大,影响因子接近10%.     

竖直圆管内超临界压力低温甲烷传热的数值研究

为了降低超临界压力甲烷管内对流换热的热阻,提高传热过程的稳定性,对竖直管内超临界甲烷的流动与传热过程进行了数值研究,讨论了热流密度、流动方向对流动换热特性的影响,研究了流场、温度场和湍动能变化对传热不稳定性的影响。结果表明,竖直管内超临界甲烷的传热存在不稳定传热现象,在高热流密度下,管内壁温度和平均温度具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在低热流密度下,局部对流传热系数具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在相同的热流密度下,向上流动时的传热不稳定性大于向下流动时的传热不稳定性,是由于向上流动的热影响大于向下流动的热影响,产生的类气膜是传热不稳定的主要因素。     

沥青混凝土路面融雪热流密度的分析

以武汉地区2010年1月5日的气象条件,分析了京珠高速湖北段沥青混凝土路面融雪随机传热机理,建立了传热模型.在分析埋管的传热基础上,计算出给定热流密度时管内流体的平均温度.探讨了不同气象条件下的热流密度,结果表明降雪量及室外温度为影响热流密度的关键因素,风速为主要因素,环境空气相对湿度为次要因素.     

纳米复合掺杂对高温二元熔融盐传热性能影响北大核心

为探索纳米氧化硅颗粒的添加对二元熔融盐传热流动的影响,对圆管中掺杂纳米氧化硅颗粒的二元熔融盐流动传热进行了数值模拟。设计了9组工况,计算得到了温度和速度分布以及各工况下的Nu数,计算结果与传热关联式进行了对比,分析了比热容、导热系数、粘度三个参数对传热的影响。结果表明,传热关系式适用于熔融盐基纳米流体,当掺杂的纳米氧化硅颗粒使得熔融盐具有一个较高的比热容和粘度时增强传热效果更好。纳米熔盐的比热容、导热系数和粘度分别提高了15%、5%、5%时,管内传热的Nu数最大可以提高6.7%。Nu数随着Re数的增大而增大,当Re数增大到一定程度时,Nu数对Re数增大的响应灵敏度有所降低。     

石墨蓄热式集热管内流动沸腾传热特性

为了研究石墨蓄热对太阳能集热管内流动沸腾传热特性的影响,采用对比实验方法,通过改变热流密度设计4种不同的加热阶段,以石墨蓄热对集热管出口蒸汽温度、集热管均温性的改善为依据对石墨蓄热集热管性能进行评价,并重点分析石墨蓄热对集热管内流动沸腾不稳定性特征与管内换热系数的影响.实验结果表明,石墨蓄热导致辐照(热流密度)突降时集热管出口蒸汽温度降低时间延长了30.0%.与此同时,石墨蓄热对集热管轴向和径向温差均有明显的改善.在高热流密度条件下,集热管均温性的改善有效地抑制管内流动沸腾传热不稳定性,使得集热管的平均换热系数提高了7.23%.     

均匀壁面热流下太阳能腔式吸热器的自然对流数值模拟

在考虑变物性以及腔体固壁与流体间流固耦合的基础上,采用定热流的热边界条件和RNG k-ε紊流模型,对相同热流密度不同倾角以及相同倾角不同热流密度下的圆柱形腔式吸热器的腔体内的自然对流特性进行了三维数值模拟。结果表明:随着腔体壁面上的热流密度增加,内壁面上平均温度将升高,平均努塞尔特数增加;随着吸热器倾角的增大,平均努塞尔特数减小;随着离采光口距离的增大,腔体壁面温度近似呈线性规律升高,同一截面不同位置处的壁面温差减小,但减小的幅度不大。     

波节管管内氦气流动与传热的计算及分析

针对氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。对比了不同结构波节管努塞尔特数Nu和摩擦阻力系数f的变化规律,为了深入研究强化换热,随后又分析了不同结构下综合传热因子η的变化规律。结果表明波距P和波谷半径r对波纹管传热性能、阻力性能和综合传热性能都有一定程度的影响。在雷诺数较低,波距较大,波谷半径较大的情况下,波节管具有更佳综合性能。     

多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.     

内置折边扭带圆管内三维流动与传热数值模拟

为研究烟气在内置扭带管内流动和强化传热特性,以螺旋扭带管和折边扭带管为研究对象建立烟气流动与传热三维数值模型,模型中对近壁面采用增强壁面函数法,并考虑低雷诺数和旋转流对湍流黏度的影响。与圆管相比Re=2300～5000内螺旋扭带管Nu提高21%～24％;折边扭带管Nu提高25%～32％。折边扭带管流动阻力ΔP为12～57Pa,比螺旋扭带管ΔP增加10%～18％。折边扭带管传热和流动性能比φ为120%～126％。内置折边扭带管强化传热的原因是具有沿流向以折边长度为周期的增速和减速。     

套管换热器换热特性的数值分析

采用三维模型数值模拟了套管的换热特性,分析了套管换热器出口位置、倾角对套管对流换热性能的影响,选择给出了部分截面上的温度、Nusselt数(Nu)和对流换热系数的分布.结果表明:套管出口位置对换热量有重要影响,而倾角对换热量影响很小;温度在热边界层内发生剧烈变化,外管壁面温度变化不明显;对流换热系数随雷诺数(Re)(2 650～10 800)的增加而增加.将Nu的计算结果与Kays和Leung的解析解作了比较,二者吻合很好.     

多孔介质流动显示与强化传热的实验研究

对添加挡流板、螺旋板及多孔介质的管束外掠流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究。实验表明 ,直挡流板的管束流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热。螺旋板的管束流道的Nu比直挡流板高 79% ,而具有螺旋板和多孔介质组合的管束流道的对流换热系数比直挡流板高 94%。同时得到了最佳螺旋角和多孔介质的最佳孔隙率     

流体诱导新型弹性管束强化传热实验

为深入研究不同实验条件下新型弹性管束的传热特性,建立了传热综合实验台,计算得到了管束管外、管内及总传热系数随Re的变化曲线图。实验结果表明:新型弹性管束的管外平均表面传热系数基本为同Re数下的固定管束的3倍以上,强化传热效果明显。对比不同条件下的实验结果可以得出,汽-水换热条件最好、水-水换热条件次之、恒热流条件最差。原因为管内流体介质对弹性管束的振动特性影响较大,振动特性增强使得传热特性增强。     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.     

电场强化微槽道结构蒸发器传热特性的实验研究

为了研究矩形微槽道表面施加电场后对蒸发/沸腾换热特性的影响,以R141b为工质展开实验.实验结果表明:高压电场对微槽道结构的蒸发/沸腾换热有明显的强化作用,蒸发/沸腾换热系数随着电场强度的增加而增大,换热强化系数相比未施加电场的状况最大增加了0.7,在高热流密度时,换热强化系数的变化则趋于平缓.     

以水为工质的铜基微通道热沉的流态可视化与传热特性

设计了微通道流态观测系统,在低雷诺数(34～191)条件下,对以水为工质的一种铜基微通道热沉的流态、温差、压降与其传热特性的关系进行研究。通过可视化观察发现,此微通道的主要流态形式为环状流并随着热流密度的进一步增大呈现周期性震荡。在微通道出现干涸现象时,流体流量迅速下降至零。低入口雷诺数下,首次发现了微通道热沉底部轴向温度呈现中间低两边高的现象。这可能由于流态为充分沸腾的环状流时,与壁面的换热效率最高导致的。微通道热沉的压降损失随着雷诺数和热流密度的增加而增大。分析结果表明,流体流态是影响铜-水微通道热沉换热特性的决定性因素。