加热热通量对微柱群通道内强迫对流换热的影响

以去离子水为工质,流经宽度3.5mm、长度40mm的叉排微柱群板,微柱群由直径500μm,高度分别为500、750、1000μm的微柱组成。实验研究微柱群内部加热热通量对换热特性的影响。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在100～1000之间时的进出口温度与流量,进而获得微柱群内部Nusselt数。研究结果表明,加热热通量对微柱群换热特性有重要影响。一方面,加热热通量的增大导致工质平均温度升高,工质Prandtl数降低,削弱了工质的换热能力;另一方面,加热热通量的增大降低了工质黏度,加剧了工质热运动,扰动增强,强化了工质的换热能力。当Re较低时,加热热通量的增大由于削弱了端壁面效应对换热的不利影响,同时增加了壁面与工质之间的温差,从而导致换热强化;随着Re的增大,端壁面效应减弱,因而加热热通量的增大对微柱群内部换热的影响减弱。     

顺排微柱群内部层流流动特性

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了去离子水在低Reynolds数下流过顺排微柱群内部时的速度场、压力场以及流动阻力特性。实验测量了柱直径为0.5 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm的顺排微柱群的阻力系数,发现在端壁面效应的作用下,微柱群内阻力系数随柱高增加而减小,且现有关联式对实验结果预测并不理想。因此建立了三维不可压数学模型,数值模拟了柱间距分别为0.75、1.00、1.25 mm,柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm相似文献   

急冷废热锅炉进口分配器内分布管椭圆度对气体流动与分布的影响

针对10万吨/年大型乙烯裂解炉用四进口“浴缸式”急冷废热锅炉现存问题,采用稳态与瞬态CFD数值计算方法研究了急冷废热锅炉进口分配器内的流动状况。比较了圆形截面和椭圆形截面分布管对流动的影响,分析了不同分布管截面椭圆度时废热锅炉换热管内的气体分配不均匀性及分配器内的低速区、停留时间、涡量和湍流耗散率。采用综合考虑涡量、湍流耗散率和气体分配不均匀性的量纲1化综合性能指标比较各结构的综合性能,结果表明当分布管椭圆度e在1.12～1.2之间时气体流动状况较佳。     

界面物性对液滴聚结的影响

推导了分散相液滴运动轨迹模型和分层二相流基本流模型,并优化了计算方法。直接数值模拟结果表明：当层膜厚度和板宽变化时,流场的密度、黏度以及界面张力对界面处的液滴的作用方式不相同;黏度始终对液滴聚结产生明显的影响,而密度和界面张力对聚结的影响却因流场结构的变化而有所不同;密度、黏度及界面张力的变化使得液滴的顺时针或逆时针旋转运动更加具有倾向性。因此,密度和黏度在一定程度上可用于改善流场的聚结条件。数值模拟的结果与已知的实验结果吻合较好,而且,基本流的介入使得该模型能较好地反映液滴在分层二相流流场中的运动特性。     

孔隙分布对多孔介质内流动和传热的影响

采用Sierpinski地毯分形技术建立多孔介质内流动和传热模型,通过改变固体基质位置研究了孔隙分布结构对多孔介质内流动特性和热效率的影响,3种孔隙分布为每分形一次固体基质分布在中心位置(A)、分布在中上方(B)和分布在右上方(C),当流体稳定流过多孔介质时,不同的孔隙分布表现出不同流动和传热特性. 结果表明,孔隙分布是影响多孔介质传输特性和传热效率的重要因素,无量纲渗透率k*C>k*B>k*A,多孔介质孔隙率大于0.8时更明显;流体流过不同孔隙分布的多孔介质时,相同孔隙率时与流体接触的固体基质面积A>B>C,传热效果A最佳、C最差. 孔隙分布影响了无量纲局部熵产率,在3种孔隙分布下用Be表示的热传导引起的熵产率占主导.     

加热功率对三角形微肋阵内流动与对流换热特性的影响

建立了三角形微肋阵对流换热性能测试系统, 以去离子水为工质对三角形微肋阵(d=247 μm, H=500 μm)的流动及对流换热特性进行了实验研究, 测试并得到了去离子水流经三角形微肋阵时压力降、阻力系数f及Nusselt数(Nu)等参数在不同Reynolds数(Re)及加热功率P下的变化规律, 分析了加热功率对于三角形微肋阵流动阻力及对流换热特性的影响机理。实验结果表明, Re为0~250范围内, 随加热功率增加三角形微肋阵阻力系数明显增大, 增加幅度最高可达200%以上;当Re>250时, 不同加热功率对阻力系数的影响显著减弱;而当Re>600时, 阻力系数几乎不再随加热功率增加而发生变化。当Re<250时, 随加热功率增加三角形微肋阵Nu逐渐增大, Nu增加幅度最高可达75%以上, 即加热功率增加可以强化对流换热;然而当Re>250时, 受三角形背风区旋涡演变的影响, Nu随加热功率增加而逐渐减小。     

管形对水平管降膜圆周膜厚和Nusselt数的影响

针对海水淡化系统的水平管降膜蒸发,建立了二维数值模型,分析了光滑圆管和6种不同截面形状的蛋形管外降膜流动及传热特性。采用VOF方法考察了不同管型对管外液膜分布和传热特性的影响。数值结果表明:蛋形管外液体沿周向流动较圆管稍快,且可获得更均匀更薄的液膜;液膜厚度随半轴比ε增大而减小,随周向先逐渐减小后迅速增加,圆管和蛋形管的液膜最小值分别出现在周向相对坐标0.69和0.70~0.84附近。蛋形管的膜内量纲1温度较圆管的小,其热边界层厚度较薄,具有更好的传热性能。拟合数据得到,ε为2.4的蛋形管具有最好的传热性能,其Nusselt数可达0.32,较圆管的高出12.68%。最后,将数值模拟结果与文献中的数据进行了对比,验证了数值模型的可行性和合理性。     

晶粒细化对金属Cr在含Cl-介质中腐蚀电化学行为的影响

采用机械合金化通过热压烧结工艺制备了纳米晶金属Cr,利用动电位扫描法和交流阻抗技术,与常规尺寸金属Cr对比研究了它们在含Cl-介质中的腐蚀性能以及晶粒细化对其腐蚀电化学行为的影响。结果表明：随着Cl-浓度的增加,不同晶粒尺寸金属Cr的腐蚀电流密度增大,腐蚀速度加快。晶粒尺寸降低后,在相同条件下,腐蚀电流密度变大,其抗腐蚀性能降低。两种尺寸金属Cr的极化曲线均出现了钝化由强到弱交替变化的趋势,反映了Cl-对钝化膜的破坏与修复作用。两种尺寸金属Cr的交流阻抗谱均呈单容抗弧特征,表明腐蚀过程受电化学反应控制。     

粒径对K2Ti6O13大孔陶瓷的制备及性能影响

以K2Ti6O13晶须、K2CO3和TiO2为原料,通过调变K2Ti6O13晶须的粒径,采用不同尺寸晶须间的混合,制备了孔结构可调的K2Ti6O13大孔陶瓷,考察了陶瓷的纯水通量和机械强度与K2Ti6O13晶须粒径及不同尺寸晶须间的配比关系。研究结果表明,随着K2Ti6O13晶须粒径的减小,K2Ti6O13陶瓷体积密度增大,开孔率和纯水通量随之减小,机械强度逐渐升高。当采用中位粒径为7.50 μm 和1.60 μm的K2Ti6O13晶须以质量比为3:1的比例为原料时,陶瓷物料间形成了大晶须与中细颗粒的搭接,得到了最佳的综合性能,相应的机械强度为42.8±0.2 MPa,开孔率为36.4%,纯水通量为2366 L.m-2.h-1.MPa-1,在分子筛膜领域具有良好的应用前景。     

流量变化对液固流化床瞬态流化特性的影响

流化床开车、停车及反应控制过程中,对流化床的流量进行调节的不当操作可能致使局部热点的出现,使操作状态恶化,故充分认识流化床的非稳态流化特性具有重要意义。选用直径为0.45 mm的玻璃珠,在厚15 mm、宽400 mm、高1200 mm的二维流化床中进行液固流态化实验,研究了流量变化对颗粒浓度的影响。实验发现,当流量下降时,流化床中形成了浓-稀相突跃界面,且界面前方有过渡段存在;而当流量上升时,流化床中形成的是由浓到稀的过渡段,变化过程中其浓度波动要远大于流量下降时,且需要更长的时间来达到稳定。以相同时间完成流量下降时,流量变化量较小,则流化床各段的平均颗粒浓度变化速度较慢,同时不利于浓-稀相界面的形成。流量下降幅度相等、流量变化时间延长,则使流化床中的颗粒浓度变化速度呈现先慢后快的特点,同时流量变化较慢,则浓-稀相突跃界面不易形成。     

A Re‐Examination of heat transfer in laminar divergent flow between two parallel fixed discs

Upon a critical review of pertinent literature, new theoretical expressions for dimensionless heat transfer rates between two parallel fixed circular discs and a fluid in radial divergent laminar flow are established and compared to previously published theory and experimental data. Based on the logarithmic mean temperature difference, the new analytical relationships are shown to adequately predict dimensionless heat transfer rates, and it is recommended that they be used in preference to certain earlier expressions which are either erroneous or of strongly limited applicability.     

Computation of wall to suspension heat transfer in vertical pipes

In this article, turbulent gas-solid flow in a vertical pipe is investigated for predicting the heat transfer from the heated wall to the suspension. The Eulerian-Eulerian model is used, incorporating a four-way coupling; i.e., considering inter-particle collisions as well as particle-wall collisions. Both the phases are simulated based on Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANS) with a two-equation k ? ? turbulence model for the gas phase and a granular temperature equation for the solid phase. The closure of the granular temperature (kinetic energy associated with the random motion of the particles) equation is done by the use of kinetic theory of granular flows. The main objective of the study is to investigate the variations of two-phase heat-transfer coefficient and Nusselt number with flow parameters like flow Reynolds number, particulate loading, and particle size. In comparison to single-phase flow, heat transfer is found to be significantly increased with the increase in Reynolds number and particulate loading. This happens because of the presence of the solid particles in a gas flow, which bring changes to the heat-transfer characteristics of the gas phase. Heat transfer increased by adding solid particles for particulate loading in the range of 1 to 20 and particle size in the range of 30 to 50 µm.     

空气-石蜡直接接触换热特性实验研究

在间壁式换热器中石蜡因为其热导率低影响了蓄热系统的换热速率,采用石蜡与空气直接接触换热可大幅提高蓄热系统的换热速率。把常温的空气通过气体分布器注入熔融状态的石蜡（100~150℃）中,具体考察了表观气速、静液位高度和传热温差等参数对石蜡-空气鼓泡换热中体积传热系数与气含率的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,体积传热系数与气含率随之增大,并且对于气含率,在较低的表观气速下的增长速率更快;在实验条件下,增加静液位高度都只会导致体积传热系数与气含率的降低,而改变气液温差对体积传热系数的影响不甚明显。根据实验结果获得了石蜡与空气直接接触换热的体积Nusselt数经验关联式。     

板棒式换热器传热与流阻性能研究

简要介绍了板棒式换热器的结构和工作原理,设计制造了板棒式换热器,对板棒式换热器进行了传热与流阻实验。实验结果表明总传热系数理论计算与实验结果吻合较好,验证了模型公式的正确性。板棒式换热器是一种性能优良、结构紧凑的高效换热器,在硫酸工业等气体换热场合将有广阔的应用前景。     

微槽道内单相流动阻力与传热特性

对去离子水在微槽道中的单相流动阻力和传热特性进行了实验研究.结果表明,微槽道中的流动阻力特性及传热特性与常规尺度通道相比存在明显的差异,实验的fRe值高于传统理论预测值,并且随Reynolds数的增加而增大,而传热系数则明显小于传统理论预测值,分析表明微槽道的表面粗糙度对流动和传热有重要的影响.在热阻相同的情况下,提高工质的入口温度或增加热流通量,可减小实验段的压降.同时给出了层流区的流动阻力计算关系式.     

错排孔板封头对板翅式换热器流动与换热的影响

在对板翅式换热器内部物流分配研究的基础上,研究了错排孔板型结构封头对板翅式换热器出口流动与换热的影响。通过实验与工业用基本型封头对比,结果表明错排孔板型封头能够明显地改善换热器出口截面流量和温度分布的不均匀性。在Re=2 000时换热器的出口流量分布不均匀度大幅度地下降;而在Re数较大情况下,能更加显著地改善温度分布的不均匀性。     

内置转子换热管强化传热性能实验研究

针对光管中加入3种不同导程的洁能芯转子后的换热特性及流体动力学特性进行了实验研究,壳程和管程的工作介质分别为热水和冷水,研究表明:插入转子后,努赛尔数Nu和阻力系数f均增加,并且二者均随转子导程的增大而增大;对插入转子的换热管进行了强化传热性能评价分析,其传热性能评价因子η的数值均大于1,证明其具有强化传热的应用价值,转子导程为150 mm时,实验范围内η最大值为2.01,强化传热效果最好。     

螺旋叶片转子强化传热机理分析

以螺旋叶片转子为研究对象,对转子的强化换热机理进行理论分析,提出螺旋叶片转子3种强化传热机理,包括截面收缩效应强化、螺旋流动效应强化以及二次流效应强化。采用理论推导的方法,建立湍流区内Nusselt数预测关联式以及压力降预测关联式,从而预测转子几何参数等对转子强化传热特性及阻力特性的影响。同时,将关联式预测结果与对应的强化传热实验结果进行对比,对比结果表明:推导得出的Nusselt数预测关联式计算值与实验得到的Nusselt数之间的最大偏差为7.4%,阻力系数的预测关联式计算值与其实验值之间的最大偏差为10.1%。     

外凸式波节套管换热器壳程流动与传热机理的数值模拟

针对波节套管换热器壳程中的流动和传热机理进行了k-ε的数值模拟研究。采用六面体网格结合波节区域加密的特殊划分方法,进行了首层网格间距和主流区网格间距的无关性分析。数值模拟结果与经验公式进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。对比分析了波节管和光管中流动和传热参数（速度、温度、湍动能和湍流耗散率）的性能差异,揭示了波节管的强化换热机理。同时,分析了波节管的局部Nusselt数和阻力降沿壁面的变化规律。结果表明流体在波节的去流侧形成了一个脱体旋涡,破坏了流体的速度边界层和温度边界层,同时使得其内部的摩擦阻力和热扩散能力明显提高,起到了明显的强化换热效应。     

黏性耗散效应对微石英管内部对流换热的影响

以去离子水为工质,对流过内径分别为45 μm、92 μm及141 μm的微石英管内的黏性耗散对换热特性的影响进行了实验研究。通过对紧密缠绕在管外的细铜丝通电以加热管外壁,得到了Reynolds数在100～2000之间变化时的Nusselt数,同时在考虑到电双层效应的基础上计算出黏性耗散所产生的热量。实验结果表明,Re较低时,黏性耗散效应对微管内部对流换热的影响较小;随着Re的增加,黏性耗散对对流换热的影响增大,并随着微管直径的减小而明显增强。对于内径为45 μm的管,当Re达到2000左右时,黏性耗散效应对对流换热的影响超过14.1%;对于内径为141 μm的管,层流黏性耗散效应对微管内部对流换热的影响较小,基本可以忽略。