多向扰流换热管管内传热与流动特性数值模拟

采用Realizable k-espilon湍流模型对不同雷诺数下的多向扰流换热管进行数值模拟,首先在光滑管中进行数值模拟,并与经验公式进行对比,验证了该数值方法的可靠性;其次研究了该换热管的结构参数及雷诺数的变化对努塞尔数和阻力系数的影响,进而分析出同一雷诺数下槽深比、节距比的变化对湍流动能和出口温度分布的影响,最后归纳出努塞尔数和阻力系数随结构参数及雷诺数变化的准则关联式。结果表明:随着结构参数的变化,多向扰流换热管的传热与流动性能都会发生显著的变化;当节距比和雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能都随着槽深比的增大而增大;当槽深比、雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能随节距比的增大而减小。研究表明多向扰流传热特性优于光滑管,可以起到较好的强化传热作用,准则关联式可为强化换热提供理论指导。     

复合式波纹板传热与阻力特性单吹瞬态实验研究

DN型波纹板传热元件是回转式空气预热器中的常用板型,但有关DN板的研究报道较匮乏。文中采用一种改进的单吹瞬态技术对DN板的传热、阻力特性展开实验研究,测量DN板的传热和阻力系数。实验结果表明DN板的传热、阻力性能与DU板相当,而介于CC板和平行平板之间。实验发现DN板的传热系数j和阻力系数f随着雷诺数Re的增大而减小。根据本文实验数据拟合了DN板特性参数j和f数的实验关联式。     

坡面植被水流水动力学特性研究北大核心CSCD

本实验为人工水草模拟植被覆盖条件下的坡面流水动力学特性研究,以水力学和流体力学基本理论为依据,通过室内定床阻力模拟放水实验,定量的研究了植被覆盖度为9．3％（2500簇／m2）的工况下,不同坡度和流量组合对植被水流各水动力学参数的影响。结果表明：坡面植被水流平均流速随坡度和流量的增大呈递增趋势,可用线性函数或幂函数关系模拟,且线性关系优于幂函数关系;植被坡面流平均水深与流量和坡度之间也存在着显著的线性关系和幂函数关系;植被坡面流的佛汝德数随流量的增加而减小、随坡度的增加而增大,并呈现出一定的幂函数关系,但佛汝德数主要受坡度的控制,流量对佛汝德数的影响很小;阻力系数随雷诺数的变化规律呈单驼峰形式,本实验条件下,在雷诺数为1500～2000时达到最大值,当雷诺数大于2000时,随雷诺数的增加阻力系数反而减小,最后逐渐趋于稳定,可见两者之间并非呈简单的递增或递减关系。     

坡面植被水流水动力学特性研究

本实验为人工水草模拟植被覆盖条件下的坡面流水动力学特性研究,以水力学和流体力学基本理论为依据,通过室内定床阻力模拟放水实验,定量的研究了植被覆盖度为9.3%(2500簇/m2)的工况下,不同坡度和流量组合对植被水流各水动力学参数的影响。结果表明:坡面植被水流平均流速随坡度和流量的增大呈递增趋势,可用线性函数或幂函数关系模拟,且线性关系优于幂函数关系;植被坡面流平均水深与流量和坡度之间也存在着显著的线性关系和幂函数关系;植被坡面流的佛汝德数随流量的增加而减小、随坡度的增加而增大,并呈现出一定的幂函数关系,但佛汝德数主要受坡度的控制,流量对佛汝德数的影响很小;阻力系数随雷诺数的变化规律呈单驼峰形式,本实验条件下,在雷诺数为1500~2000时达到最大值,当雷诺数大于2000时,随雷诺数的增加阻力系数反而减小,最后逐渐趋于稳定,可见两者之间并非呈简单的递增或递减关系。     

较大直径倾斜圆管内蒸汽凝结换热实验关联式研究

对较大直径倾斜光滑圆管内蒸汽凝结换热特性进行了实验研究。实验结果表明,Shah、Würfel和Akhavan-Behabadi关联式应用于较大管径倾斜管道的凝结换热误差均大于30%,但Akhavan-Behabadi关联式的误差相对较小;对Akhavan-Behabadi关联式进行修正得到了1个新的实验关联式,将该实验关联式应用于较大管径倾斜管道的凝结换热,其误差小于15%。因此,修正后的凝结换热关联式适用于较大管径的倾斜换热管道凝结换热。     

花丝多孔体内插元件强化管内对流传热的研究

应用花丝多孔体内插元件对管内对流传热的强化作用进行了理论分析和实验研究 ,得出强化传热Nu数和阻力系数f随Re数的变化关联式 ,并与光管传热作了比较分析。分析结果表明 :这种内插元件能使换热系数增长的幅度等于或高于阻力系数增长的幅度 ,实验研究结果还得出了花丝多孔体内插元件在实际应用中的最佳孔隙率     

多分裂导线整体阻力系数风洞试验研究

为研究多分裂导线的整体阻力系数随迎风角度、导线直径、风速、紊流度、分裂数等的变化,设计了3种典型导线的4、6、8分裂真型与模型导线试验,在风洞中测量了各分裂数和各型号导线在不同迎风角度和风速下的整体阻力系数。试验结果表明:同一种导线,均匀流场中整体阻力系数随分裂数的增加而减小;随着迎风角度的变化,整体阻力系数产生明显变化,但存在一个使得整体阻力系数总体上最大的迎风角度;同一分裂数,多分裂导线的整体阻力系数随导线截面的增大而降低;在设计风速及以上,大截面多分裂导线的整体阻力系数明显小于现行设计规范中的取值,建议规范考虑大截面多分裂导线的遮挡效应。     

U形明渠流量与悬垂平板偏转角关系研究

为确定明渠流量与平板偏转角度的关系，本文研究了悬垂薄平板在明渠水流冲击作用下的动力学特性及平板偏转现象，分析绕轴自由旋转薄平板在水中的受力，将平板所受水流作用力竖直向上的分力假设为静水压力，应用动量定理与力矩平衡原理，推导了平板偏转角度α与流量Q之间的理论关系式，并在U型渠道上进行试验，验证理论公式的合理性。流量小于10 L/s时计算流量与实测流量的相对误差超过10%，其他均小于10%，流量大于17 L/s时误差均小于5%以内，测流范围在10 ~ 44 L/s，当悬垂薄平板与明渠横断面等大时，流量Q与偏转角度α存在单值对应关系，角度α随着流量Q的增大而增大；板前后水位差?h随着角度α增大有逐渐减小并趋于定值（大概3 cm）的趋势，平板下水流流态随着平板偏转角度的增大由急流过渡为缓流；绕流阻力R随着雷诺数Re的增大而增大，阻力系数Cd随着雷诺数Re的增大而减小，平板偏转角度α与板前后水位差和阻力系数有关。     

矩形微管内流动特性的实验研究

以极性液体蒸馏水、无水乙醇和非极性液体R113作为实验工质,流过相对粗糙度1.40%、水力直径170.37 mm,相应高宽比为0.66的由晶体密封生长所形成的矩形紫铜微管,测量微管进出口参数及微管内流体流量,从而获得雷诺数Re与摩擦阻力系数f、Re与Poiseuille数Po、Re与压力梯度Dp/DL的关系。实验结果表明：在43.17 < Re < 4 091.5的实验范围内,流体的极性对微管流动阻力特性没有影响;同时实验结果表明对于粗糙度为1.40%的矩形紫铜微管,内壁面粗糙度对层流区摩擦阻力特性影响不大：当Re小于1 600~1 800时,所有微管内的流动阻力特性与经典理论预测值接近;当Re =1 600~1 800时,微管的f值开始偏离理论预测值,流体发生转捩。     

层流脉动流中平行圆柱体对流换热的实验研究

为研究脉动流中圆柱体的对流换热特性,搭建了脉动流强化传热实验台架,研究不同雷诺数(Re=563 1689)、脉动频率(f=15 59 Hz)和压力振幅(prms=25～150 Pa)的脉动流中平行圆柱体的对流换热问题,获得了相对努塞尔数的经验公式Nur(f,prms,Re)。结果揭示了低频脉动流能显著增大平行圆柱体的对流换热系数,最大相对努塞尔数可达4.5以上。此外,固定雷诺数和脉动频率时,圆柱体表面平均温度随压力振幅的增大而非线性下降,但相对努塞尔数随压力振幅的增大而线性增加;固定压力振幅和脉动频率时,相对努塞尔数随雷诺数的增大而降低。     

涡流发生器对直接空冷凝汽器换热的影响

通过数值模拟研究了矩形小翼、三角小翼、梯形小翼、柱面梯形翼、柱面三角翼和柱面矩形翼等6种涡流发生器分别安装于直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管中的压降和换热性能。Re数在600~1800范围内,涡流发生器采用相同高宽比、尾高、攻角以及安装位置。结果表明:矩形小翼的换热及压降增大最多,Re=1729时,相比平直翅片分别增加了14.27%和18.32%。Re=1 729时,柱面梯形翼的压力损失比矩形小翼少4.7%,换热低1.5%。当以(j/j0)/(f/f0)1/3作为综合换热性能评价标准时,柱面梯形翼的综合换热性能最好。另外,考察了柱面梯形翼倾角的影响(0°、6°、12°、20°、24°和26°),相同工况下,倾角为12°的柱面梯形翼换热最好(较平直翅片增强4.29%~14.1%)、压降最小(增大7.5%~12.8%)且综合换热性能最好。柱面梯形翼因其迎流面积与斜边长度的匹配以及流线型柱面,具有良好的强化传热效果以及较小的压降。     

矩形通道中不同涡流发生器对换热和压降的影响

对矩形通道内布置单排一对直角三角翼、矩形翼等以及研制的斜截半椭圆、半圆柱面涡流发生器的换热和压降特性进行了对比性实验。实验雷诺数Re在700～26800范围内,所有涡流发生器采用相同的高宽比、斜截倾角、迎流攻角和前沿间距。结果表明,斜截半椭圆柱面强化换热和压降综合性能最好。Re为700、4000和2×104时,最高局部换热系数分别约比平直流道增加了16.9%,9.3%,11.4%。斜截半椭圆柱面的阻力损失比矩形翼要小得多,Re为2×104时,约比矩形翼低37.9%。经分析,斜截半柱面涡流发生器能够产生端部涡和根部马蹄涡系,具有优越的强化换热效果,且由于其流线型柱面而压降较低。柱面相对柱体加工简单,制作方便。     

矩形和圆形微通道内流体流动特性的实验研究

流体在微米级通道中的流动规律与常规通道不同,其区别主要体现在摩擦因子、转捩雷诺数和泊肃叶数等方面。针对上述问题,实验研究了水在水力直径为167~195 m矩形硅通道和水力直径为168~399 m圆形玻璃微管中的流动特性。结果表明,对水力直径为167~195 m的矩形通道,其转捩雷诺数发生在1 300~1 480;对水力直径为168~399 m的圆形通道,其转捩雷诺数位于2 600~2850,且二者的摩擦因子和泊肃叶数与理论值基本一致,这说明了微通道的形状对流动阻力特性没有明显影响。通道S-3的长径比为173,其入口段长度比常规管道入口段略长,说明微通道的入口效应较明显。实验测量了微通道的局部阻力压降随流量变化的关系。结果表明,突变微通道内水流动的局部阻力符合常规理论曲线。     

Effectiveness of channels with heat transfer intensifiers in the form of protrusions

The design and model of a channel with heat transfer intensifiers in the form of wide protrusions are developed in a detailed manner. The calculated coefficients of heat transfer and friction resistance are compared with experimental data in a wide range of Re numbers and sizes of protrusions. The optimal geometrical characteristics of such channels are determined, and their advantages over channels of other configurations are shown.     

An experimental investigation into expedient enhancement of convective heat transfer in the rectangular ducts of tubular-plate heat-transfer surfaces having transverse projections and grooves

Results are presented from systematic experimental investigations into enhancement of convective heat transfer in air in short rectangular channels having transverse projections and grooves [with the Re numbers varying in the range (0.6–10) × 10³; the relative length of the channel’s smooth section, from 0.183 to 2.003; and the channel cross-section contracton ratio, from 0.748 to 0.953]. Conditions are determined under which convective heat transfer can be efficiently enhanced through artificially turbulizing the flow of coolant by means of periodical throttling, and the degree of this enhancement is evaluated.     

涡流发生器强化直接空冷单排管换热的数值模拟

为了验证新型涡流发生器(柱面梯形翼)对直接空冷凝汽器单排管的换热有一定的强化作用,利用FLUENT6.3商业软件对安装柱面梯形翼的单排蛇形翅片扁管空气侧换热及流动特性进行了三维数值模拟。结果表明,Re数在300~900的范围内,与未安装涡流发生器的单排蛇形翅片扁管相比,带柱面梯形翼的翅片扁管的平均Nu数增大了123%,摩擦因子增大了111%,其综合换热性能(Nu/f)最多提高5.65%,这说明柱面梯形翼对翅片扁管有强化传热的作用。在模拟过程中,对实际直接空冷凝汽器蛇形翅片单排扁管进行了一定程度的简化,将计算区域按照翅片扁管的对称性尽可能缩小。并将数值模拟的结果进行了网格独立性验证,表明模拟结果的可靠性。     

Flowrates of condensate through the annular gaps in the partitions used in steam-water heaters

We present the results obtained from experiments on determining condensate flowrate through the annular gaps at locations in which heat-transfer tubes pass through the holes in the horizontal spacer partitions used in vertical steam-water heaters. Expressions for calculating the coefficient of pressure drop due to friction λ_fr = f(Re) in real gaps are proposed on the basis of the obtained data.     

考虑定子齿结构的行波超声波电机接触摩擦模型

本文分析了定子的振动、定转子的法向接触和切向摩擦,考虑了定子齿结构,采用解析法建立了环形行波超声波电机定转子接触摩擦模型。基于所建立的模型,分析了定子表面质点与转子间的接触时间和切向摩擦力以及电机的转矩-转速特性。此外,也对考虑定子齿结构和忽略定子齿结构的模型计算结果进行对比,结果显示,在相同的预压力下,考虑定子齿结构时,定子表面质点与转子的接触时间比忽略定子齿结构时要长,而且转矩-转速特性的计算结果要低于忽略定子齿结构时的计算结果。最后,将理论计算结果与实验结果进行了对比,考虑定子齿结构时的计算结果比忽略定子齿结构时更接近实验值,说明考虑定子齿结构的接触摩擦模型能准确地反映定转子间的接触和摩擦特性。     

在相同相对介电常数情况下不同厚度的微带贴片天线设计与仿真验证

微带贴片天线的基板材料的相对介电常数和介质板厚度是影响天线性能的重要因素.为了验证在相同相对介电常数的情况下,改变介质基板的不同的厚度时微带矩形贴片天线的阻抗带宽的变化,通过HFSS软件设计和仿真了工作频率为1.95 GHz的4个矩形微带贴片天线,相对介电常数均为2.2,介质基板厚度分别设计为0.8、1.6、2.4、3.2 mm,比较其各自的S参数、方向图,通过仿真结果验证了相关文献所述的对于在给定的频率下,选用相同的基板材料时,厚度增大时阻抗带宽会变大的说法.     

CCD弱目标图像条带噪声消除

光电经纬仪跟踪远距离目标时,在CCD上成像微弱。条带噪声的存在使图像质量下降,掩盖了有效的目标信息,对图像判读造成不利影响。针对条带噪声的功率谱,设计了改进的矩形低通滤波器。首先分析了条带噪声模型及其在频域的分布;然后,介绍了矩形低通滤波器通过加权的方式最大逼近真实噪声而实现噪声滤除的方法,通过实验进行矩形低通滤波器带宽的确定;最后,应用光电经纬仪CCD获得的弱目标图像进行去条带噪声实验,比较该方法与理想低通滤波及高斯带阻滤波去条带效果,结果表明该方法在有效地保留图像基本信息的前提下,获得最佳的去条带效果。