三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响，设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型，以去离子水作为流体介质展开试验，并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明，当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时，三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%；当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时，三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道；当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时，三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道；设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

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。     

凹槽微通道铜-水纳米流体传热与流动分析

对铜-水纳米流体在圆弧型凹槽微通道中的传热与流动特性进行了分析。比较了不同体积分数的铜-水纳米流体在深宽比分别为0.3和0.5的凹槽微通道中的温度和速度分布,分析了体积分数和凹槽深宽比对凹槽微通道中铜-水纳米流体的传热系数和流体输运动力因子的影响。凹槽强化了微通道对流传热,与平板型微通道相比,铜-水纳米流体在圆弧型凹槽微通通内呈现出不同的传热特性。纳米流体体积分数、流体输运动力因子和凹槽深宽比对凹槽强化微通道传热影响较大。分析结果与已有的实验结果符合较好。     

ZigZag微通道内S-CO_2流动传热性能分析

以超临界二氧化碳(S-CO_2)为工质,对其在Zig Zag半圆形横截面微通道内湍流状态下流动传热性能进行数值计算,分析了Zig Zag角度θ、单位周期流道轴向长度P对传热与流动阻力的影响。结果表明,流体在Zig Zag微通道内流动,在流道拐弯处有旋涡产生,导致流通面积减少,流体主流速度急剧增大并冲刷换热壁面,使边界层减薄或破坏,并且该位置附近湍动能急剧增大,增强了流体的扰动与混合,促进了能量传递,强化了换热;随着Zig Zag角度θ增大,微通道内传热性能提高而流动阻力急剧增大;随着单位周期流道轴向长度P增大,传热性能与流动阻力均下降;在文中所述计算条件下,θ=15°,P=15 mm时Zig Zag微通道内S-CO_2耦合传热综合传热性能最优。     

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%。     

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。     

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%。     

顺排圆台通道流动与传热性能的数值研究

为了探究新型顺排圆台结构对板式换热器流动与传热性能的影响,对顺排圆台扰流通道的流动与传热性能进行了详细的数值研究,分析了雷诺数、圆台角度、流向间距比和展向间距比对顺排圆台通道的流动与传热性能的影响规律,并在研究参数范围内采用幂函数拟合得到了圆台通道的流动、传热和综合热力性能关联式。研究结果表明：在不同雷诺数下,当圆台角度从0°增大到30°时,圆台通道的努塞尔数比增大了14.06%～18.45%,摩擦系数比降低了32.89%～34.64%,综合热力性能增大了31.42%～35.29%;当流向间距比和展向间距比均从1.5增大到2.5时,圆台通道的努塞尔数比分别增大了12.09%～15.46%和12.09%～15.46%,摩擦系数比分别降低了13.09%～14.69%和13.09%～14.69%,综合热力性能分别增大了14.83%～19.13%和14.83%～19.13%。拟合得到的流动、传热和综合热力性能关联式的误差分别分布在±12%,±8%和±10%以内,可以准确地预测圆台通道的流动与传热性能。     

多区域开窗翅片的热力性能实验研究

在汽车空调综合性能测试台上对7种不同结构参数的百叶窗翅片进行了传热和流动阻力的性能实验.分析比较了百叶窗翅片表面开窗区域对其传热和阻力性能的影响,总结出了表面开窗区域多,对无量纲传热j因子和摩擦阻力f因子影响较大的特点;同时,采用(j/f)1/3因子综合评价了多区域开窗翅片的强化传热效果.研究结果表明,翅片表面多区域开窗对强化传热的影响非常显著.     

凹槽迷宫密封封严特性的数值研究

采用计算流体动力学软件、RNG k-ε模型、Simple算法和结构化网格,研究不同间隙、压比、转速等工况下密封表面凹槽结构对凹槽迷宫密封三维流场和泄漏流动特性的影响。结果表明:凹槽迷宫密封的凹槽结构可以更加充分地耗散气体的动能,从而有效地阻滞气体流动,减小气体的泄漏;迷宫密封的泄漏量随间隙的增大而增大,但凹槽迷宫密封泄漏量和泄漏量增加率都小于普通迷宫密封;随着压比的增大,凹槽迷宫密封的泄漏量有所增加,但相比于普通迷宫密封,其泄漏量增加的趋势在逐渐减小;随着转速的增加,凹槽迷宫密封更容易在凹槽内形成气旋效应,从而使其封严性能显著提高。     

微胶囊流体微通道传热研究进展

相变微胶囊流体因相变潜热大和粒子之间的微对流效应,具有载热密度大,传热温差小的特点,在传热方面具有独特的优势。但其低导热率和高粘度限制了其应用范围。基于微胶囊流体在微通道内不同流动状态下的传热性能及强化微胶囊流体传热方面进行研究进展介绍,并分析总结微胶囊流体在暖通空调及相关领域的应用进展。     

轴流压气机转子叶顶凹槽及其改进结构研究

为揭示叶顶凹槽对轴流压气机气动性能的影响和机理,本文对一试验台转子进行了全工况数值模拟,计算性能与试验结果取得很好的一致性。在此数值模型基础上对叶顶凹槽及其改进结构—叶顶篦齿进行了数值研究,研究分析表明:叶顶凹槽降低了泄漏流流量,但转子效率和失速裕度均有所下降,主要因为叶顶泄漏流在逆压梯度的作用下沿槽内向叶顶前缘方向流动,使前缘附近泄漏流反流程度增大,造成二次流损失及通道堵塞程度增大;凹槽深度是影响转子气动性能的主要因素。将叶顶凹槽分割开形成叶顶篦齿结构,在效率下降很小的情况下提高了转子的失速裕度;通过调整篦齿位置可进一步提高转子的气动性能;叶顶篦齿的应用存在特定的叶顶间隙范围。     

圆鼓泡管内湍流脉动强化传热数值模拟

通过数值模拟,研究了圆鼓泡管内脉动流动速度的幅值、频率对传热和阻力性能的影响。结果表明:脉动流动对热管传热性能起到强化作用,相比无脉动情况下,传热被强化最高可达9.45%;在增强传热的同时,沿程阻力增加;通过综合性能评价准则数可知,圆鼓泡管和管内流体脉动流动起到复合强化传热效果。     

V型肋高对涡轮叶片半劈缝冷却换热特性影响

为了明确V型肋高对涡轮叶片半劈缝冷却换热特性的影响,寻求较优的V型肋高度,调节肋高度值使其在d/H=1/6~1/2范围内变化,通过数值计算分析了带肋壁面冷却效率、努塞尔数等参数随肋高的变化规律。研究发现:随肋高增加,冷却效率呈下降趋势;换热增强因子及强化换热综合指标均随肋高的增大而增大,肋高d/H=1/3的半劈缝通道表现出了较为稳定且良好的强化换热综合性能。     

不同锥角V形球阀流动特性分析

V形球阀是一种性能优良的调节阀,但在一定条件下会发生空化,从而对管路造成损害。为了研究截流面积对V形球阀内部流动的影响,通过数值模拟的方法,对V形球阀在空化与非空化工况下的内部流场进行了研究,同时对比分析了不同锥角和不同开度下V形球阀流量特性、阻力特性、空化特性的变化规律。结果表明:V形球阀的流量系数随开度和锥角的增大而增大,且阻力系数随着开度和锥角的增大而减小;V形球阀的能量损失随着锥角的增大而减小;随着开度的增大,V形球阀流道内的空化程度减小。研究为V形球阀的应用与设计优化提供了理论依据。     

凹槽形仿生针头减阻试验及机理分析

从仿生学角度出发,依据蚊子口器的形态结构,设计了凹槽形仿生结构针头。采用激光表面毛化处理机加工出凹槽形仿生针头,对仿生针头的穿刺阻力进行了测定,并对其刺入机理进行了分析。试验表明:凹槽形仿生针头较光滑针头具有减阻效果,且减阻效果随凹槽数量的增加而增大,凹槽宽度对针头的减阻效果呈先增后减的趋势;针头与刺入介质接触面积越小,针头减阻效果越好;凹槽结构在刺入过程中产生涡流效应,使滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了摩擦阻力。     

缩放管内脉动流传热性能研究

分析研究了缩放管内脉动流的传热性能,利用Fluent数值模拟脉动振幅、脉动频率和扩缩比对缩放管传热和沿程阻力的影响。研究结果表明:缩放管内脉动流的传热性能要优于缩放管内流体稳态流动,与缩放管内流体流动为稳态时传热强化了11.4%左右;缩放管内脉动流强化传热同时也增大了沿程阻力;对综合评价指标数的分析得到脉动流条件下缩放管的传热性能显著增强。     

基于格子Boltzmann方法的分叉微通道内非牛顿流体流动特性研究

为探究分叉微通道内非牛顿流体的流动特性,将非牛顿流体幂律模型引入牛顿流体格子Boltzmann模型,在不同分叉角度矩形截面微通道内数值模拟不同质量分数剪切稀化流体的流动行为;通过分析流动过程中密度随时间的变化趋势以及稳态流动下的密度,得到微通道内压力的分布以及流动区间的压力降;分析溶液质量分数、入口速度与分叉角度对非牛顿流体流动特性的影响,探讨流体特性和微通道几何构型对非牛顿流体流动行为的影响机制。结果表明:分叉角度为90°的微通道内流体的压力降最小,当分叉角度大于90°时,压力降随着分叉角度的增大而减小,当分叉角度小于90°时,压力降随着分叉角度的增大而增大;流体入口速度和流体溶液质量分数增大,压力降均增大;流体溶液质量分数增大使得分叉角度和入口速度对出口处压力降的影响更为显著;微通道内各截面处压力降分布呈抛物线形。     

微尺度热质输运强化槽道多孔结构制造及性能研究

<正>微电子制造技术的快速发展,推动了微尺度热质输运器件(微热管、微通道换热器、微型燃料电池、生物微芯片、微反应器等)在能源、化工、电子、航天、生物医疗等多个领域的广泛应用。器件的微尺度化对其内部的传热传质提出了更高要求,也导致了热质输运强化结构的迫切需求。微尺度热质输运强化结构的研究吸引了制造、传热等领域的广泛关注,而如何实现其低成本、高效率制造并取得良好的传热传质性能,成为微尺度热质输运器件应用的关键难点。为此,本文围绕槽道多     

随机粗糙微通道内部流动与传质特性

为了研究微通道壁面随机粗糙度对流体流动和传质特性的影响,采用随机排布准则构建具有典型粗糙元类型的随机粗糙微通道壁面,利用有限元方法分析壁面随机粗糙度对流速、压降、流动阻力和传质性能的影响,并给出粗糙微通道内部Poiseuille数和分子传质扩散的近似变化规律。结果表明,流体在粗糙微通道近壁面区域和主流区的流速差异较大,近壁面区域流动分离现象明显;与光滑微通道相比,粗糙微通道内部各位置的压降和Poiseuille数沿着流动方向呈近似线性增大趋势;微通道壁面粗糙度的存在可以强化流体分子的传质扩散速率,但受粗糙度类型和相对粗糙度的影响较大。