矩形翅片椭圆管气侧流动与换热规律的数值研究

利用Fluent软件,在矩形翅片椭圆管尺寸给定的情况下,对椭圆基管偏移位置不同的椭圆矩形翅片管外空气侧层流流动与换热进行数值研究,分析偏置距离与椭圆管短轴半径之比Δx/b和雷诺数(Re)对翅片管空气侧换热和流动的影响。结果表明:在计算的Re数范围内,随着Re数的增加,努谢尔特数(Nu)逐渐增加,阻力系数(f)变化不明显;Δx/b=0.5的翅片管(Nu)数比Δx/b=-0.5的翅片管增大约4.83%~8.7%,Δx/b=0.5的翅片管外空气侧阻力系数比Δx/b=-0.5的翅片管增加约4.3%。就翅片效率而言,Δx/b=-0.5时翅片的效率最高。     

基于LBM方法的超亲水/疏水组合表面的沸腾冷凝特性研究

基于单组分多相流格子Boltzmann方法结合精确差分法建立了汽液相变模型,运用伪势模型以及双分布函数,结合所提出的沸腾冷凝相变模型,对微小空间内超亲水和超疏水组合表面下汽液共存沸腾时两个汽泡合并、生长、离开水平面以及蒸汽冷凝凝结成两个液滴融合、脱落的过程进行了研究。着重分析了重力加速度对汽泡脱离直径和汽泡脱离时间的影响以及流固作用强度对接触角的影响,最后拟合出了对应关系,并对汽泡和液滴运动过程进行了分析。研究发现与现有已发表的对应关系和公开实验结果基本吻合,并得出结论：随着重力加速度的增大,汽泡脱离直径和汽泡脱离时间均呈现出减小的趋势;接触角随着流固作用强度的增大呈现出减小的趋势;沸腾过程受热产生的蒸汽在模型内部在平衡移动原理作用下向着冷源移动,冷源液化消耗近似等量蒸汽产生水滴逐渐成长落入水中,实现了系统内热力平衡和循环过程。     

滑移流区纤维束蓄热体换热性能数值研究

随着蓄热体基础部件的尺寸细小化,玄武岩蓄热体的纤维直径微小,顺排排列后,内部形成微细流道。为探究微尺度下产生的尺度效应对玄武岩纤维束内部流道流动和传热的数值模拟的影响,建立了蓄热体的二维层流模型。通过Ansys 17.0 fluent中的UDF函数添加了滑移边界条件,以添加滑移边界条件前后的壁面努塞尔数(Nu)减小百分比为评价指标,对比分析二维纤维束微流道的数值模拟中,滑移边界条件对不同工况下流固换热的影响程度。模拟结果表明：随着温度和间距的增大,添加滑移边界条件后的Nu下降程度会增大;随着纤维排数和入口速度的增加,Nu下降程度会减小;纤维束直径d为20μm,排数小于5排,中心间距超过3 d时,添加了滑移边界条件的Nu的降幅达到了1%以上,在数值模拟中不可忽略滑移流区的影响。     

多喷嘴汽-液两相喷射性能的实验研究

提出了一种多喷嘴结构的汽-液两相喷射器,该装置由7个蒸汽喷嘴、吸入室、7个混合室和扩散室组成.通过实验研究了不同蒸汽干度下多喷嘴汽-液两相喷射器的工作特性.结果表明:由于汽羽的特性和蒸汽喷嘴与混合室的距离对喷射性能的共同影响,喷射器存在一个最佳蒸汽压力,且其数值随低温水温度的升高而减小;蒸汽干度未明显影响低温水质量流量的分布规律;喷射系数随蒸汽干度的增大而增大,随低温水温度的升高而减小.     

等节距缩放管内传热数值模拟及场协同分析

采用FLUENT软件对具有不同结构参数的等节距缩放管进行了对流传热数值模拟,研究了缩放角θ、喉径比γ及节距L对传热性能的影响,并用场协同理论进行传热强化分析。结果表明：雷诺数Re在4 138~5 977范围内,缩放角θ越大,努塞尔数Nu越大,压降Δp急剧增大;喉径比γ越小,努塞尔数Nu越大,压降Δp急剧增大;节距L在30~50 mm范围内,随雷诺数Re增大,节距L增加,努塞尔数Nu增大;在50~60 mm范围内,随雷诺数Re增大,节距L增加,努塞尔数Nu基本保持不变;等节距缩放管的缩放节能改善管内流体速度场和热流场的协同程度,提升管内对流传热水平。     

加热上升管内相及相界面密度径向分布特性实验研究

运用双探头光学探针在加热上升管内对蒸汽-水丙相流空泡率和相界面密度径向分布特性进行了测量与研究。根据实验结果,研究了受热工况下相及相界面密度径向分布的基本规律。实验表明：加热上升管内汽液两相流空泡率在径向上的分布不均匀,工况不同,整个直径上空泡率分布可能是近U形、鞍形或中心区高于近壁区的近弧形,界面密度在整个直径上呈近似的U形分布。     

基于集热影响系数d的太阳能烟囱集热效率分析

针对呼和浩特地区太阳辐照资源,以太阳能烟囱为研究对象,在呼和浩特地区应用太阳能烟囱进行可行性分析。太阳能烟囱在定集热棚半径定壁温条件下,对不同集热棚倾角进行数值模拟计算,引入集热影响系数d,对集热棚内流场努赛尔数(Nu)进行分析,比较不同倾角下温度场、压力场、速度场、集热效率。研究表明,集热棚集热影响系数d存在最大值,在不同集热棚倾角下,集热棚内温度场、压力场、速度场变化较大,集热效率存在最大值。认为在定集热棚半径条件下,集热棚倾角选取10°作为呼和浩特地区太阳能烟囱集热棚倾角更经济适合。修正了以往国内外太阳能烟囱集热棚倾角的选取方法。     

往返式冷凝器中流场数值模拟的研究

倾斜往返式冷凝器采用冷凝回流的方式来完成蒸汽的冷凝过程 ,本文在试验的基础上 ,采用两流体分析模型 ,建立了往返式冷凝器内蒸汽冷凝回流的流动分析模型 ,编制开发了相应的Matlab计算程序 ,并根据试验测得的初值条件 ,对其流场进行了数值模拟 ,并对计算结果进行了分析。结果表明 ,截面汽相所占有的份额沿管长方向逐渐增大 ;汽液两相流速沿管长方向逐渐减小 ;在相同压力下 ,当倾角 β =90°时 ,液膜最薄 ,两相流速沿管长的变化最为显著 ;当倾角一定时 ,随着压力减小 ,液膜厚度也逐渐减小     

涟漪纹管内R22单相传热与流动特性的实验与数值研究

涟漪纹管是一种新型三维内外表面强化传热管,内径11.500 0mm、外径12.700 0mm,管壁表面有直径为3.500 0mm的半球凹坑与高度为0.177 8mm的涟漪花纹。工质R22在涟漪纹管内的质量流量设定为40~90kg/h,实验结果表明,涟漪纹管内对流传热努赛尔数(Nu)是相同雷诺数(Re)下光管的2.48倍。同时,对具有不同表面参数(凹坑直径0.0000到4.000 0mm,花纹高度0.0000到0.277 8mm)的涟漪纹管内湍流传热进行了数值模拟,结果显示,在所研究的范围内,管壁表面凹坑直径越大,Nu越大;花纹虽有助于提高传热效果,但花纹高度越大,Nu越小;而摩擦阻力随着凹坑直径与花纹高度的增大而增大。如果以基于相同泵功的强化因子η′评价其综合强化传热性能,则当凹坑直径为1.000 0mm且无花纹存在时,管内的强化传热效果最好。     

太阳能柱式吸热器非均匀受热的数值模拟

塔式太阳能热发电站中的吸热器是光热转换的重要设备,其由多根无间隙排列的集热管组成。通常集热管表面接收的太阳辐射能流极不均匀,当水/蒸汽作为集热管内的传热工质时,管内工质状态为复杂的沸腾两相流动,因此研究其受热特性具有重要价值。本文基于Fluent平台,利用VOF(Volume of Fluid)方法,建立了不均匀能流边界条件下水/蒸汽集热管的数值模型。模拟分析呈现了管内汽液两相的流动特性;得到了集热管管内工质和管壁的温度分布和集热管内壁面的努塞尔数分布。     

汽轮机内湿蒸汽两相流流场的实验研究

凝汽工汽轮机末几级往往工作于湿蒸汽区，工作条件恶劣。作者研究了能同时测量汽液两相流动状况的集成化探针，并成功地在电厂进行了实测。实验结果表明：汽轮机中湿蒸汽的流动特性沿叶高是不均匀的，湿蒸汽中二次水滴的流动速度和方向与主汽流都有很大差别。讨论了湿蒸汽流场的测量方法并对部分实验结果进行了分析。     

两相流条件下的喷油系统中压力波时频特性的研究

利用Wigner-Ville分布算法对液-汽两相流状态下的四冲程柴油机喷油系统中的压力波的时频特性进行了研究.研究结果表明：采用Wigner-Ville分布算法进行分析时,可以更好地显示出液-汽两相流状态下的柴油机喷油系统中压力波在时间和频率范围内的能量密度,能更清晰地反映出这种非稳态信号频率随时间变化的关系.当喷油系统存在短时间存活汽泡时,其压力主波对应的频率较低,但能量密度比较大,而其压力次波具有一定量的高频率能量;当喷油系统存在长时间存活汽泡时,压力波的能量密度主要集中在主波上,除了低频率的能量外,还包含有相当一部分较高频率的能量.     

油气散热器传热特性的分析研究

运用fluent软件对油气散热器管内流动的传热特性和阻力特性进行了数值模拟,得出了管内努赛尔数Nu和阻力与雷诺数Re的关系曲线,然后进一步对管内外的流动与换热进行试验研究,并根据试验数据将管内外的换热系数分离出来,得到了管外换热的关系准则式.将管内的传热和阻力特性的数值模拟和试验研究结果进行对比分析表明,两者具有很好的一致性.     

垂直并联多通道内高温高压汽-水两相流密度波型不稳定性的实验研究

在高压汽水两相流实验台上对垂直上升并联多通道中的汽 水两相流密度波型不稳定性进行了系统的试验研究,发现了并联多通道中汽液两相流密度波型不稳定性的主要特征,确定了系统压力、质量流速、入口过冷度、热负荷、进口及出口节流、可压缩容积等对该类不稳定性的影响;并将垂直并联多通道内高压汽液两相流的密度波型不稳定性与垂直并联双通道和单通道内的密度波不稳定进行了对比分析。所得结果可为大型直流锅炉和蒸汽发生器的设计提供依据。图13参10     

阵列射流冲击冷却换热特性的数值研究

运用数值计算的方法对不同流动取向的多排孔冲击射流冷却特性进行了三维模拟,并对有初始横向流的多排孔冲击射流冷却特性进行了数值研究,揭示出射流雷诺数、流动方向、初始横向流对冲击冷却传热特性的影响规律。结果表明:研究范围内,射流雷诺数越大,冲击靶面换热效果越好;冲击腔室两端都设为出口时努赛尔数峰值所对应的射流驻点区向下游偏移最小且换热效果最好;当横流雷诺数与射流雷诺数之比大于0.5之后,有横流时的冲击射流冷却局部努赛尔数比无横流时有较为显著下降。     

“二拖一”联合循环机组并汽和退汽的数值研究

对典型的"二拖一"联合循环机组的并汽管道进行数值建模,分别从高压和中压两种情况的并汽过程做了不同边界条件下的定常和非定常模拟,探究了并汽和退汽的机理,以及并汽的合理化顺序。数值模拟结果表明:当待并炉主蒸汽压力比运行炉主蒸汽压力稍大一些时,并汽后主蒸汽具有最大总压。随着待并炉主蒸汽压力上升,并汽后静压降低,能量损失系数上升。同时并汽的效果优越。随着主蒸汽流量的减小,并汽后主蒸汽或再热蒸汽静压和总压增大,能量损失系数减小。     

入射角对气膜冷却效果影响的数值研究

采用Realizablekε-湍流模型对吹风比M=1.0时平板单圆孔不同入射角度的气膜冷却流场进行了三维定常数值模拟,得出了沿程速度、气膜冷却效率及壁面努塞尔数的分布,并对流场的流动和传热特性进行了详细分析.结果表明：随着入射角度的减小,射流在沿程方向的影响区域有所增加,最大速度点的位置逐渐下移,但并不是按入射角度减小成线性递减;在各种射流角度下,最大冷却效率均出现在气膜孔下游附近的区域,并沿程逐渐降低;当5〈x/d〈20时,冷却效率在入射角度α=10°时最大,α=70°时最小;射流下游壁面的Nu在分离点附近出现峰值,吹风比相同时,α=10°时Nu最大,α=70°时最小;在流动区域内存在反向涡旋对,小角度射流时气膜良好的贴壁性抑制了反向涡旋对的抬升和发展,其换热效果在展向的影响范围相对较小.     

跨季节蓄热地源热泵地下蓄热特性的理论研究

研究了跨季节蓄热地源热泵系统(GCHPSS)土壤蓄热体温度场的变化规律,编写VB程序对地下埋管土壤蓄热进行了模拟计算.结果表明:当单U型竖直埋管蓄热时,土壤日蓄热量、热作用半径和平均蓄热率在初始阶段急剧变化,然后缓慢减小并最后趋于稳定,蓄热量也趋于平衡.当管群蓄热时,蓄热系统运行1个循环周期(1a)后,土壤的温度场基本上可以恢复平衡,恢复后较蓄热开始时升高0.5～1.0℃.通过对不同地区3种典型土壤的蓄热进行比较,得出粘土是一种性能良好的长期储能介质.同时,地下埋管土壤蓄热特性的实验研究为GCHPSS系统的推广应用提供设计依据.     

平面叶栅中湿蒸汽两相凝结与流动问题的数值分析

汽轮机末级中存在大量汽液两相混合流动现象。通过对湿蒸汽流动过程的分析,以经典成核理论为基础,对平面叶栅中的湿蒸汽流动进行了模拟。计算结果显示了蒸汽凝结主要发生的区域及在整个流场中湿蒸汽的流动特征。通过对流场的分析及与实验数据的对比,表明所用计算模型及方法可以正确模拟湿蒸汽流动过程,为优化设计和减小冲击损害提供依据。     

微通道内气体-近壁颗粒流动传热数值模拟研究

数值模拟了微通道受限空间内气体-近壁颗粒流动与传热过程,所建模型考虑微尺度气体的可压缩与变物性特征,且在通道和颗粒壁面采用速度滑移和温度跳跃边界条件以考虑滑移区气体动量/能量非连续效应。在此基础上,计算分析了克努森数(Kn)和颗粒偏移比对颗粒表面拖曳力系数(C_D)以及传热努塞尔数(Nu)的影响规律。研究结果表明:受气体稀薄效应影响,颗粒表面拖曳力系数呈减小趋势,换热过程也相应削弱;随颗粒与壁面距离减小,颗粒表面拖曳力系数相应减小,而颗粒与其周围气体的传热过程由于近壁效应呈增强趋势。