锯齿形翅片扁管内流体流动及传热特性研究

为研究翅片节距与翅片切开长度参数对锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性的影响,建立了9组不同锯齿形翅片参数的冷却扁管导热与流动换热耦合计算模型。采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对锯齿形翅片的微通道进行仿真模拟,得出了锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性。通过9种锯齿形翅片扁管管内流体压降和传热系数的对比分析,运用冷却扁管综合性能评价方法 h/ΔP,得出了不同锯齿形翅片参数对扁管综合性能的影响规律。研究结果表明,适当减小翅片节距同时增大翅片切开长度能获得更好的流动与传热综合性能,从而可为锯齿形翅片的结构设计提供重要参考。     

空冷凝汽器单排管束传热和阻力特性研究

通过反复试验研究不同的翅片扰流槽尺寸,并在传热试验台上进行各种工艺结构的单排管性能测试比较,研发出了低风阻、高效率的国产单排管换热元件。以单排管束传热性能和阻力特性进行试验,得到不同背压条件下管束迎面风速与风阻关系式、迎面风速与传热系数关系式以及欧拉数与雷诺数准则方程式。对两种不同规格单排管束进行了性能比较,得到不同规格单排管束在相同背压下迎面风速与风阻关系式、迎面风速与传热系数关系式,通过分析,得出不同规格元件传热和阻力特性,获得了更优性能的单排管束参数。     

非等高翅片平板热管散热器仿真研究与优化设计

为提高热管散热器的散热效率,文中对平板热管散热器的散热翅片进行优化,提出一种在风冷条件下的非等长翅片散热器。首先通过研究环境温度、热源功率、风速对芯片温度的影响,当风速大于8 m/s时,通过增大风速对芯片的降温作用并不显著。然后通过对比等长翅片与非等长翅片的散热效率,提出非等长翅片中最长翅片与最短翅片差p的概念,p值分别取8.5 mm、17.0 mm、25.5 mm、34.0 mm进行仿真对比研究。当热源功率为600～1000 W,平板热管散热器翅片长度差在25 mm左右,散热效率最高;当热源功率为200～400 W,平板热管散热器翅片长度差在8.5 mm左右时,散热效率最高。结果表明,非等长翅片热管散热器优于等长翅片热管散热器的散热效率。     

强制对流开槽翅片的传热性能研究

实验研究了强制对流条件下光滑翅片、水平槽翅片、竖直槽翅片及交叉槽翅片的传热性能。结果表明，四种翅片中，交叉槽翅片的平均对流传热系数最高，比光滑翅片高出１５％～２５％。分别得出了四种翅片的努塞尔特数、雷诺数、翅片高度与间距之比以及翅片长度与间距之比表示的无量纲传热准数关系式。     

应用CFD汽车发动机散热器冷却性能影响分析

散热器是汽车发动机冷却系统重要的组成部分,直接影响到发动机的正常工作。采用流体动力学理论计算方法和CFD软件对散热器的传热特性进行计算分析与数值模拟。基于CFD建立散热器单元的分析模型,对其传热特点及传热系数进行分析;对散热器整体进行建模分析,得到散热器内部速度场、温度场和压力场的仿真分析,得到的仿真结果与冷却系统试验台数据进行对比分析;在此基础上,利用模型分析翅片尺寸,主要包括翅片厚度δ、翅片间距L_p、翅片间隙L_a、翅片宽度L_h、翅片长度L_d等参数对散热性能的影响规律。结果可知:散热器单元随着外部冷却空气流速的增加,换热系数升高;试验与仿真结果的分析误差控制在3%以内,说明模型分析的准确性;随着翅片宽度增加,翅片表面传热系数会有一定程度的提高;翅片长度及翅片间隙过大或过小都会使翅片表面传热系数有所下降;而随着翅片间距和翅片厚度的增加,相关参数则减小;分析内容和结果为此类设计提供参考。     

顺排H型翅片圆管的传热与流动分析

通过模拟计算并比较数据得出结果：随着迎面风速增大,Re 数增大,Nu 数增大,摩擦系数f 减小,传热热阻R 也减小;随着翅片间距增大, Nu 数减小,摩擦系数f 减小,对传热热阻R 的影响较小;随着翅片厚度增大,Nu 数增大,摩擦系数f 明显减小,传热热阻R 也显著减小;随着翅片高度增加,Nu 数增加,摩擦系数f 也增加,而传热热阻R减小,在本文中研究的影响因素中优先考虑的因素为：翅片间距、翅片厚度及翅片高度。     

波纹翅片传热与流动特性数值仿真分析

采用数值计算方法,进行了波纹翅片传热与流动阻力特性的仿真研究。计算了波纹翅片上下表面换热系数沿着流动长度方向的变化特性;进行了波纹翅片无量纲曲率半径对换热系数、努塞尔数、管道压降、摩擦因子、管道进出口空气温差等的影响研究,绘制了波纹翅片换热性能评价图。研究结果表明,波纹翅片上下表面换热系数的大小沿着翅片长度方向呈现正弦形式波动,波动幅值逐渐较小;无量纲曲率半径的减小有利于提高波纹翅片的换热效果,但波纹翅片内空气流动的阻力也随之增大;换热性能评价图显示波纹翅片换热性能的增长率小于流动阻力的增长率。该研究内容为机车及动车组板翅式换热器空气翅片选型提供参考。     

管间距对翅片油冷却器传热及阻力性能的影响

为探讨管间距对翅片油冷却器传热及阻力特性的影响,对5种管间距下的翅片油冷却器进行了试验测试研究,拟合得到翅片油冷却器壳侧传热系数及压降的公式。并利用Fluent软件模拟分析了管间距为13.9 mm的翅片油冷却器壳侧流场的分布情况。结果表明,在一定的雷诺数范围内,管间距为21 mm的翅片式油冷却器有较好的传热性能,与其他管间距的传热系数相比,均提高了2%~8%;翅片式油冷却器的阻力性能与管间距大小成正比关系;相同压降约束条件下,管间距为13.9 mm的翅片油冷却器有较好的综合换热性能,在达到相同换热量时所需泵功最少。     

蒸发式冷凝器管外水膜与空气传热性能及机理的研究

建立了蒸发式冷凝器实验平台,测试了不同喷淋密度及迎面风速对管外水膜与空气传热与阻力性能的影响,结果表明管外水膜与空气传热受迎面风速的影响较大,而受喷淋密度影响较小。得到了管外水膜与空气传热系数计算式,最大相对标准偏差为12.2%,进而分析了蒸发式冷凝器中水膜与空气的传热机理。     

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。     

Heat transfer and pressure drop amidst frost layer presence for the full geometry of fin-tube heat exchanger

The present study numerically solves the flow and thermal fields in the full geometry of heat exchanger modeling with frost layer presence on the heat exchanger surface. The effects of air inlet velocity, air inlet temperature, frost layer thickness, fin pitch, fin thickness, and heat exchanger shape on the thermo-hydraulic performance of a fin-tube heat exchanger are investigated. Heat transfer rate rises with increasing air inlet velocity and temperature, and decreasing frost layer thickness and fin pitch. Pressure drop rises with increasing air inlet velocity and frost layer thickness, and decreasing fin pitch. The effect of fin thickness on heat transfer and pressure drop is negligible. Based on the present results, we derived the correlations, which express pressure drop and temperature difference between air inlet and outlet as a function of air inlet velocity and temperature, as well as frost layer thickness.     

干湿工况下波纹翅片管换热器空气侧特性的对比

对7个带亲水层和3个不带亲水层波纹翅片管换热器在析湿工况下空气侧的换热压降特性进行了试验研究,在不同的入口风速和入口相对湿度下比较了干湿工况下的空气侧特性。结果表明,对带亲水层的波纹翅片,析湿工况下的压降显著地高于干工况下的;当入口风速小于0.5 m/s时,湿工况下的换热性能低于干工况下的,当入口风速增加到2.0 m/s时,湿工况下的换热性能则强于干工况下的。析湿工况下带亲水层波纹翅片的换热性能比不带亲水层波纹翅片的偏低一些,但是表面涂上亲水层可以大大降低空气侧的压降。提出析湿工况下波纹翅片管换热器空气侧的换热和压降关联式,平均误差分别为8.70%和7.90%,可用于设计波纹翅片管换热器或者评价它的性能。     

Comparison of performances of the various shapes of asymmetric fins

A comparison between the heat loss of the asymmetric triangular fin and the asymmetric trapezoidal fins which have various slopes of the fin’s upper lateral side is performed. The relation between the slope factor of the fin and the non-dimensional fin length for equal amount of heat loss is shown. Further, the relation between the Biot number and the non-dimensional fin length for equal amount of heat loss is given. For these analyses, a forced analytic method is used. In particular, the same equation is used for both the asymmetric triangular fin and the asymmetric trapezoidal fins just by adjusting the value of the slope factor. It is shown that this equation can also be applied to a rectangular fin with very good accuracy. The base temperature, thermal conductivity of fin’s material and the heat transfer coefficient are assumed constant.     

板翅式换热器中新型微凸翅片结构设计及性能分析

为提高翅片区域的换热效率、改善板翅式换热器的整体换热性能,提出了一种新型微凸翅片结构。基于结构参数多采样点处的热力学性能仿真结果构建近似模型,以翅片热功率最高为优化目标、压降为约束,使用序列二次规划法确定了微凸体结构参数（微凸高度、微凸夹角、微凸开口长度）的最优值;对微凸体排列间距、排列方式进行优化,确定了改进微凸翅片结构的具体参数值。通过对翅片流道内温度场、压力场分析,以及与相同尺寸的平直翅片的换热性能对比,验证了所提出的新型微凸翅片结构的有效性。     

基于COMSOL Multiphysics的三角形肋片传热数值模拟

以三角形肋片为研究对象,采用COMSOL Multiphysics软件得到三角形肋片的温度场分布,并分析肋片长度和高度比对肋片传热性能的影响.结果表明：肋片温度从根部到顶部依次降低.最大无量纲温度最小值下的肋片形状受参数影响较为明显,试验所得结果为肋片的优化设计提供了重要指导.     

水冷盘式制动器散热结构优化

为提高水冷盘式制动器散热性能,基于强化对流传热原理,通过添加扰流柱对制动器散热结构进行优化,设计了4种扰流柱散热结构,运用CFD方法模拟制动盘流固耦合传热过程,采用Fluent软件进行热流固耦合仿真计算,获得制动盘温度特性和换热特性以及流动阻力特性,并使用综合性能评价因子对不同扰流柱散热结构进行评价。结果表明:通过在安装盘水槽内添加扰流柱可以有效地提高水冷盘式制动器的散热效果;在相同的工作条件下,正三角形扰流柱散热结构的盘面温度最低,平均努塞尔数与流动阻力最高,其综合散热性能较圆形、椭圆形以及水滴形扰流柱散热结构分别提高了3.4%,2.4%和4.4%,较无扰流柱散热结构提高了6.7%,正三角形扰流柱散热结构具有更好的综合散热性能。研究结果为水冷盘式制动器散热结构的优化设计提供了参考。     

The effects of design and operating factors on the frost growth and thermal performance of a flat plate fin-tube heat exchanger under the frosting condition

An experimental study of the effects of various factors (fin pitch, fin arrangement, air temperature, air humidity, and air velocity) on the frost growth and thermal performance of a fin-tube heat exchanger has been conducted under the frosting condition. It is found that the thermal performance of a heat exchanger is closely related to the blockage ratio of the air flow passages due to the frost growth. The maximum allowable blockage ratio is used to determine the criteria for the optimal operating conditions of a fin-tube heat exchanger. It is also shown that heat transfer rate of heat exchanger with staggered fin arrangement increases about 17% and the time required for heat transfer rate to reach a maximum value becomes longer, compared with those of an inline fin-tube heat exchanger under the frosting condition. The energy transfer resistance between the air and coolant decreases with the increase of inlet air temperature and velocity and with decreasing inlet air humidity.     

气流非均匀分布时百叶窗翅片式换热器性能仿真

针对百叶窗翅片式换热器传热和流动性存在的问题,在风洞试验台上,对两种不同结构（单、三排管）换热器进行了试验,测量了非均匀来流条件下流动和传热的相关值,采用分布参数模型,由威尔逊网格法确定出了翅片的传热关联式;同时结合数值仿真的方法,研究了气流非均匀分布对换热器换热性能的影响,结果表明：非匀流时总的换热系数会下降8.2%。将模拟结果与试验值进行了比较,两者基本吻合,说明仿真程序代码可用作高效换热器的设计工具。     

新型纵向流油冷却器传热性能及压降的试验研究

对两种不同角度的螺纹翅片管,分别在螺旋折流板及新型壳程挡板支撑下的3种结构的油冷却器进行了传热与阻力性能试验,结果表明,翅片角为5°的螺纹翅片管的传热性能比翅片角为13.5°的螺纹翅片管提高10%～30%,而流动阻力相差很小。对于同角度的螺纹翅片管油冷却器,新型阻流片壳程挡板虽然传热效果不及螺旋折流板,但是其壳程压降较螺旋折流板降低30%～40%,且单位压降下的热交换量提高10%～40%,这种结构对于大流量、长径比大且对壳程压降要求较高的油冷却器有一定的研究意义。