燃气涡轮带肋冷却通道流动与换热的大涡模拟

为研究涡轮内部扰流肋结构的流动和传热机理,分别采用雷诺平均(RANS)方法和大涡模拟(LES)方法对肋通道周期性计算域和全尺寸计算域进行数值研究;结合实验数据,对比分析雷诺平均方法和大涡模拟在流动和换热方面的准确性.结果表明:大涡模拟捕捉到了肋顶扁平涡结构的产生与脱落过程,该旋涡在近似肋顶面的高度和下游空间内发展并掺混,强度逐渐衰减,该过程与湍流强度的分布规律一致;获得了肋前分离流动中向侧壁面偏转的横向二次流等更加详细的流场结构,更加真实地反映了流场的特性;在流动预测方面,大涡模拟更加准确地预测到了平均速度分布和脉动量湍动能的分布规律;在换热方面,大涡模拟方法对换热增强系数的预测误差比雷诺平均方法要小.     

带肋和气膜孔内冷通道换热机理研究

采用SST k-ω紊流模型,求解三维N-S方程,对带90°肋和气膜孔的矩形通道在入口雷诺数为5×104,气膜孔总出流比为0.22、0.14、0.09和0时进行了换热特性的数值模拟。分析了扰流肋和气膜孔出流使换热增强的机理。结果表明,带肋和气膜孔的通道流场非常复杂,肋和气膜孔出流都会使换热增强。单独带气膜孔的通道,气膜孔出流对上游边界层有抽吸作用,使边界层变薄,导致气膜孔上游区域换热增强;抽吸同时使上游流体发生向下的弯转,冲击气膜孔下游表面,导致气膜孔下游区域换热增强;单独带肋的通道,肋的扰流使换热显著增强;同时带肋和气膜孔的通道,肋是换热强化的主要因素,气膜孔的出流对换热影响较小。     

基于横断扰流结构微通道的数值仿真优化

横断扰流结构微通道热沉是新型微通道结构的一种,其具体构型是在割断的直通道横断区布置扰流元,通过其对横断区流体的扰流冲击作用强化整个微通道的对流换热,扰流元与直通道段的长度、宽度及位置关系对微通道内流体流动与换热有重要影响.针对横断扰流结构微通道单相液体流动与传热特性,通过CFD计算流体力学模拟与分析软件进行全通道三维数值模拟.模型采用有限容积法、SIMPLE算法进行层流计算.计算及分析结果显示,当微通道进出口段均为5 mm、换热段为10 mm时,横断扰流结构微通道的最优换热尺寸为:L1/L2=4.187 5且L2=0.4 mm,W1=W2=0.35 mm,0.5H2/H11.     

矩形通道内纵向涡发生器作用下流场的PIV实验研究

利用PIV系统对矩形通道内布置纵向涡发生器时的二次流结构进行了测量,并与光通道的流动结构进行了比较.分析了组合翼、辅翼的布置位置和布置方式对流动结构的影响.实验结果表明,在光通道入口附近,由于地球自转作用空气产生整体旋转运动,随着流动的进行,旋涡强度减弱,最后形成多个小旋涡.与光通道相比,纵向涡发生器产生的旋涡强度及影...     

不同形状微针肋通道流动与换热性能影响研究

采用CFD模拟软件,结合实验研究,针对圆形、三角形和方形截面微针肋通道流动与换热进行了三维数值模拟分析.分别模拟了不同雷诺数Re下,三种形状肋片的绕流流场和肋阵温度场分布,并计算摩擦阻力系数f、努谢尔特数Nu等参数评价针肋微通道流动换热性能.结果表明,f随Re的增大而减小,且低Re下,三角形针肋的f最小.Nu随Re的增加而增大.三种形状中,圆形针肋的Nu数最大,换热效果最好.综合流动和换热特性评估,认为圆形针肋比方形和三角形针肋更优.通过实验对比发现,微尺度效应对模拟结果的影响有一定的误差,但是整体趋势与模拟结果一致.     

流动冲击角对流体绕流管束换热的影响

运用计算流体动力学软件FLUENT,对流动冲击角分别为45°、60°、75°和90°,流体绕流6排87根错排管束下的换热进行三维数值模拟.管束的纵向和横向管间距分别为9.5 mm和11 mm.考查管束的平均换热努赛尔数和模型进出口压降,并与茹卡乌斯卡斯的实验关联式进行对比.当雷诺数为5 000~20 000时,给出4种流动冲击角下管束换热努赛尔数的拟合公式,并对管周向局部换热特点进行细观分析.结果表明:湍流边界层在周向夹角为大约105°时从管壁面分离,此时换热最差;流动冲击角越大,管束的平均换热努赛尔数和模型进出口压降越大;流动冲击角为45°时综合换热性能较好.     

网板结构柱塞流电化学反应器流场的测试

采用粒子图像测速技术(PIV)对用于废水处理的网板结构柱塞流电化学反应器(MPE-PFER)进行全流场测试,分析反应器入口区域及中部反应段截面的速度场分布;考察进口方式和流速对反应器流场分布和进出口压差的影响.实验结果表明,反应器入口区域属流体流动过渡区,受进口方式的影响较大;反应器中部区域流场稳定、规则,速度梯度、进出口压差随流体速度的增大而明显增加;切向进口下的流场均匀,能量损失少,为最佳的反应器入口结构.     

有射流冲击的短扰流柱排内柱面的传热实验研究

对前缘上游有单排孔板射流冲击的涡轮叶片内扰流柱通道柱面进行了详细的传热实验研究 ,获得了不同实验条件下扰流柱表面的局部换热系数分布 ,结合流场测量结果分析了柱面换热规律。结果表明换热系数分布很大程度上受射流冲击的影响 ,在扰流柱前缘附近存在高强度换热区域 ,沿柱面随角度的增加努谢尔特数逐渐减小 ,角度 θ为 90°附近存在一片低强度换热区域 ,尾缘区换热强度最低。结果还表明尽管平均努谢尔特数随雷诺数的增大而显著增大 ,平均换热强化系数却随雷诺数的增加先增大而后逐渐减小。有射流冲击的柱面换热效果明显优于无射流冲击情况。     

肋片强化矩形截面螺旋通道换热特性研究

应用CFD软件研究肋片对矩形截面螺旋通道湍流换热的强化作用,基于正交螺旋坐标系分析通道内流场和温度场分布.结果表明:对于单一矩形截面螺旋通道,换热壁面中心线附近受二次流影响较弱,换热效果较差.在此处安装扰流肋片后,矩形截面中心处产生了附加的二次流.研究范围内,加装肋片后的对流换热系数α是未加装肋片的1.03~1.2倍,流动阻力系数f是未加装肋片的1.003~1.033倍;强化传热因子j在0.911~1.067之间.低雷诺数下的低高度肋片综合强化换热效果较好.     

微针肋热沉中流体流动及传热的数值模拟

针对前期试验过程,采用商用软件FLUENT进一步分析了流体横掠方形微针肋热沉的流动及换热特性.结果表明,RNGk-ε紊流模型更适应试验工况;流体流线曲折,扰动强;流动过程中,流体压力不断降低,温度逐渐升高,在针肋区尾部形成大小不一的涡流,涡流中压力保持不变,但温度有较大波动;沿流动方向,各个肋的换热系数不断降低,但降低幅度在减小,到达一定肋数后几乎不再变化,且肋正面与背面的换热系数差别也随流动的发展不断减小.     

翼片诱导纵向涡强化层流对流传热数值模拟

利用三维数值模拟,分析了圆管内添加翼片后流体的流动结构和对流传热特性。模拟中,翼片与壁面呈45°倾斜放置,选取包含1个翼片的1／6通道进行研究。结果表明,翼片可在下游诱导产生2个旋转方向相反的纵向涡,形成对称的涡偶,涡偶外侧为背壁流,内侧为向壁流。纵向涡结构提高了流体在径向上的速度波动,在翼片下游靠近管壁处,最大速度可达到主流平均速度的80％,增强了对速度边界层的扰动。流场的改善使通道内的温度场分布更加均匀,与光滑通道相比,壁面附近的温度梯度可提高接近1个数量级。流体对壁面的冲刷作用使对流传热得到强化,相对于光滑通道,壁面局部Nu数可提高近50倍。纵向涡对通道内流体的强化传热作用随Re的增加而显著提高。     

纵向涡发生器对圆形翅片管换热强化的影响

利用CFD计算软件FLUENT对带有纵向涡发生器的圆形翅片管的流体流动和传热过程进行数值模拟,并与普通圆形翅片管加以对比。结果表明,带有纵向涡发生器的翅片管换热效果明显优于普通翅片管。应用场协同原理解释认为,纵向涡发生器使流体速度和温度梯度之间夹角减小,改善了速度场和温度场的协同性,从而增强了换热效果。     

纵向涡发生器对强化传热的影响

纵向涡发生器可以产生纵向涡,而纵向涡可以影响流体的结构,进而可以影响它们的传热过程.通过使用FLUENT计算软件和粒子图像测试仪(PIV),采用数值模拟和实验来研究布置一种新型纵向涡发生器的流场的非定常流动特性及它对槽道的传热的影响.新型涡流发生器为高宽比为0.5的斜截椭圆柱体.数值计算所用的湍流模型为大涡模拟.将数值模拟和PIV实验结果进行比较,两者的涡量场等极为相似,证明数值模拟的计算准确性.模拟和实验表明:高宽比为0.5的斜截椭圆柱体可以产生纵向涡,可以提高槽道的对流换热系数,起到强化传热的作用.     

磁流体振荡传热实验研究

研究了水平管道中磁控磁流体的振荡传热增强，获得了通过声场和磁场都能控制磁流体传热的结果。实验显示，适当的频率出现纵向传热最大，适当的磁场大小出现纵向传热最大，过大或过小的频率和磁场传热增强并不理想。     

微圆柱阵微通道内沸腾换热及气泡运动特性研究

基于流体体积(VOF)模型对恒定热流密度下的微圆柱阵通道内的流动沸腾换热特性展开数值研究,并利用几何重构法捕捉气液两相界面迁移变化,研究了流道内流速的分布和微圆柱高度对气泡分布、沸腾换热性能及沸腾不稳定性的影响。结果表明:微圆柱的存在增加了气泡核化点密度;气泡运动增加了工质与加热壁面接触的可能性;微圆柱高度较低时,易发生气塞现象,加热面散热不均导致局部异常过热,换热性能下降;微圆柱阵通过阻碍气泡反向流动来降低沸腾不稳定性,但微圆柱高度过高会造成换热系统振荡,影响传热可靠性。     

内螺纹管内流动传热特性研究进展

内螺纹管作为一种高效的节能元件已在动力、航天、电子等领域广泛应用,为进一步促进内螺纹强化传热技术研发,对近30年来内螺纹管内流动传热研究进行了综述,内容涉及内螺纹管内流动传热机理、传热规律、传热恶化及预报等.     

反应堆矩形强化流道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,为优化其传热特性,针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋和等距短肋布置的三种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;三种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.     

反应堆堆芯强化通道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,对堆芯强化通道的研究较少.针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋布置和等距短肋布置的3种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;3种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.     

基于冯-卡门类比建立螺纹管内颗粒污垢模型

 研究了5根内径为15.54 mm的铜质内置螺纹管的污垢数据,并给出了在雷诺数为16 000,污垢质量浓度为1 300 g/m3下的加速颗粒结垢实验数据.螺纹的几何参数采用目前应用于冷凝器的商用强化管中较为典型的一组几何参数：螺纹数为10～45、螺纹角为25°～45°、螺纹高为0.33～0.55 mm;实验用的氧化铝颗粒平均直径为3 μm.通过冯 卡门类比计算质量传递系数,壁面剪切应力则由压降数据来获得.据此,建立了一个半理论化的模型,讨论并得到了污垢热阻比与螺纹管几何参数、效率指数的一系列关系式,这些关系式以及对污垢的理论分析方法可应用于预测冷却水系统中螺纹管的污垢形成.     

打印电路板式换热器流动与传热数值模拟研究

印刷板式换热器是一种新型高效紧凑式微型通道热交换器,具有紧凑、耐高温、高压的优点,在太阳能、液化天然气和核能等清洁能源领域受到广泛地关注与重视。针对印刷板式换热器应用于LNG行业的汽化器,采用超临界氮气作为工作流体。利用数值模拟和理论分析的方法研究PCHE不同流道弯曲角度、不同直径下进口截面温度变化对内部流动与传热效率的影响。结果表明,弯曲角度增大时,所对应的对流换热系数的数值也随着增大,压降也随之升高;流道直径的加大不仅使对流换热系数增强,压降也随之减小,有较好的传热效果。