矩形通道内八边形翼纵向涡发生器强化传热的试验研究

在矩形翼的基础上,提出一种新型的八边形翼纵向涡发生器.在矩形通道内,通过试验比较了矩形翼和八边形翼纵向涡发生器的流动与传热特性.分别在Re相同和阻力损失相同的条件下,分析了不同纵向涡发生器的强化传热效果.结果表明:与矩形翼相比,八边形翼纵向涡发生器的强化传热效果更好,而阻力系数没有明显增加;在阻力损失相同的条件下,矩形翼和八边形翼纵向涡发生器的传热增强率小于在Re相同时的传热增强率.     

纵向涡发生器传热强化的研究进展

通过对纵向涡发生器研究进展的回顾,可以看出以往的研究主要集中在纵向涡发生器对气体介质的传热强化上,而对液体介质的传热强化作用的研究较少.运用场协同原理对纵向涡的产生和传热强化作用机理作出了初步解释.下一步的研究工作首先应对纵向涡发生器的几何尺寸进一步优化,其次针对矩形窄通道内液体的强化传热进行深入研究,最后以水为介质时,针对纵向涡发生器对窄间隙矩形通道内临界热流密度的影响机理进行研究.     

纵向涡发生器几何参数对微通道流动传热特性的影响研究

为增强微通道的流动和换热特性,对微通道结合纵向涡发生器进行了数值模拟,分析不同雷诺数下纵向涡发生器的长度、横向间隙对微通道流动与换热性能指标的影响。结果表明:在进口速度为0.5～2 m/s时,雷诺数的增加会引起微通道内的换热性能增强,摩擦因子减小及综合传热性减小;涡发生器长度对换热影响较小,但增加涡发生器长度会引起阻力增加,横向间距对阻力影响较小,但增加横向间距会引起换热性能提高;涡发生器长度为0.30～0.40 mm时综合因子为0.94～1.21,横向间隙为0.1～0.5 mm时综合因子为0.88～1.17;纵向涡发生器长度为0.3 mm和横向间隙为0.5 mm时,有利于综合传热性能的提高。在低雷诺数时微通道结合纵向涡发生器的强化传热和综合传热因子要比高雷诺数时好。     

纵向涡强化片式散热器油侧热性能的数值研究

采用三维数值模拟的方法研究了在片式散热器一组通道内设矩形涡流发生器(rectangualr vortex generator,RVGs)时对油侧的传热性能影响。研究了相同入口条件(层流)和考虑重力作用的条件下,纵向涡发生器的宽度、高度、攻角和纵向间距等几何因素对竖直通道传热和压降的影响。结果表明:纵向涡发生器产生的涡旋导致边界层分离,传热效果得到强化;改变涡发生器的宽度和高度对传热的影响趋势相似;当几何条件相同下攻角为30°时整体强化传热效果最佳;随着纵向间距的增加,传热的强化效果先降低再提高,最后又降低;最佳纵向间距为160 mm。     

小管径管翅式换热器空气侧的强化传热特征

对5mm小管径三角翼翅片的流动和传热特性进行计算研究,讨论和分析了三角翼纵向涡发生器对流动与传热的影响以及其强化传热机理。计算结果显示流场呈现出三个显著的特征:翅片上下的空气通过冲孔相互流通,三角翼后形成了一个明显的纵向涡,后部有明显的横向流动。在所研究的Re范围内,三角翼翅片的传热能力增大70%～80%,综合性能提高19%～38%。同时,平均场协同角减小,这说明三角翼纵向涡发生器改善了温度场和速度场的协同性,从而提高了翅片的传热性能。     

新型矩形翼纵向涡发生器流动与换热实验研究

在矩形翼的侧面粘贴一个小矩形辅翼,构成一种新型矩形翼纵向涡发生器,称为组合翼。在压力损失相等的条件下,通过实验比较了矩形通道内组合翼与原始矩形翼纵向涡发生器的流动与换热特性。结果表明:对于原始矩形翼,其最佳攻角为45°;与矩形翼相比,组合翼的换热明显增强,且阻力系数减小,尤其当辅翼布置在矩形翼的上游时换热增强与阻力系数减小效果更加明显;研究范围内,辅翼攻角为30°时的流动与传热综合效果最佳。     

不同振动参数下脉动气流横掠圆柱体的传热研究

在脉动气流强化传热实验台上进行了层流（雷诺数RP为171）中不同振动参数（频率厂分别为15Hz、30Hz、45Hz、59Hz,振幅Pmax为45～286Pa）下脉动气流横掠高温共烧陶瓷发热管的传热实验研究．结果表明：层流中低频大振幅的脉动气流能显著强化圆柱体的传热过程,相对努塞尔数随着压力振幅的增大而增大,随着脉动频率的增大而减小,最大相对努塞尔数N“,可超过2．55;在Re=171时,脉动气流强化传热的经验公式为Nux=0．2684＋0．5867pmax^0.388.3/f^0.3170,该经验公式的相关系数为R=0．9941,揭示了脉动气流强化圆柱体传热过程对振动参数的非线性依赖性．     

通道内柔性体流固耦合对流动和换热的影响

以新型冲孔矩形涡流发生器流道内的流动与换热为背景,模拟了流道内插柔性体的流固耦合对流换热过程,研究柔性体涡流发生器的振荡对通道内涡量场及其换热性能的影响,探究通道内柔性体流固耦合强化换热的机理。结果表明:柔性体在变形过程中会使流场中产生尾涡,且当其在一个拍打周期内达到最大弯曲程度时,尾涡会在后缘脱落到尾流中,使得冷、热流体剧烈掺混,从而起到强化换热的作用;随着Re的增大,换热强度提高得更快,在Re=3 000时通道中安装单个柔性体涡流发生器可以使通道对流换热强度提高39.4%。     

不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

纵向涡发生器对涡轮叶片前缘冲击冷却的影响

采用三维数值方法对涡轮叶片前缘射流腔内的流动和换热特性进行了研究。在射流腔内安置一对三角形纵向涡发生器,研究了纵向涡发生器的安置角度、两纵向涡发生器间的距离以及纵向涡发生器距射流孔中心的距离对流动和换热的影响,分析了纵向涡发生器强化冲击换热的机理。结果表明:当在射流孔前的上壁面上增加一对纵向涡发生器后,射流孔前的横流流速减小,射流穿透力增大,射流腔内湍动能增大,从而造成靶面换热极值及高换热区域显著增大;在研究的纵向涡发生器各位置参数范围内,当横流雷诺数较低时,各参数对靶面换热的影响不大。     

矩形通道内冲孔矩形小翼涡流发生器的流动换热特性

雷诺数Re=214～10 703时,通过数值模拟方法对布置有冲孔和无孔的两种矩形小翼涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。计算结果表明:在低雷诺数下,冲孔矩形小翼涡流发生器的传热因子j值与无孔矩形小翼涡流发生器相差不大,而在高雷诺数下,冲孔涡流发生器的传热因子j值略低于无孔涡流发生器,大约低1.03%～3.05%。在相同的雷诺数下,无孔矩形小翼涡流发生器的阻力因子f大于冲孔涡流发生器,而且随着雷诺数的增大二者的差距也越来越大。通过对比综合性能指标可知,两种通道的综合性能指标均随着雷诺数的增加而减小,而且冲孔矩形小翼涡流发生器的综合性能要优于无孔矩形小翼涡流发生器。     

无反向流脉动条件下波纹管内流体传热及阻力特性研究

利用数值模拟与实验相结合的方法,在无反向流脉动条件下,分析脉动参数雷诺数Re、斯特劳哈尔数St及振动分率P对波纹管中流体的传热和阻力特性的影响。入口速度为脉动速度,入口温度设为300 K,出口设为自由出口,壁面采用恒温壁面,温度为350 K。研究表明：波纹管内流体处于层流状态时,随着Re的增大,传热强化幅度不断增大;流体处于湍流状态时,传热强化幅度随Re的增大而降低;随着St的增加,传热强化幅度增大;振动分率P对传热强化幅度的影响不明显;平均摩擦系数随着Re的增大而减小,随着振动分率P的增加而小幅度增大,在一个脉动周期内摩擦系数呈正弦规律变化,且随着St的增大发生明显变化,但平均值几乎不变。     

扰流肋柱在流动方向排列密度对矩形通道表面传热影响的数值研究

运用数值计算的方法将流动方向扰流圆柱排列密度对涡轮叶片尾缘冷却通道中流动传热的影响进行了三维数值研究。研究了流动雷诺数、流动方向圆柱排列密度对肋柱扰流矩形通道表面传热影响的规律。计算结果表明:在研究范围内,肋柱表面的平均Nu均随着Re的增大而增大。在Re相同的情况下,随X/D取值的增大,肋柱表面平均Nu有所减小。Nu在通道进口附近逐渐增加,然后达到充分发展值。传热在迎向流动方向的圆柱侧较强,在流动向背侧表面传热较弱。沿圆柱高度方向在中部传热较强。     

振动对带肋通道内流动与传热影响的数值模拟

运用Fluent UDF动网格技术将二维流场中振动对带肋矩形直通道的流动与换热特性进行了数值模拟,分析了相同振动条件下入口速度对流动与换热的影响,以及相同振动强度下振幅和频率对流动与换热的影响.结果表明:相同振动条件下,Re越大,换热增长率越低,入口静压波动越大,且静压峰值相位相对于振动峰值相位逐渐超前;相同振动强度下,振幅越大,振动引起的换热波动越小,换热增长率越低;当振幅大于一个临界值时,振幅对换热的影响不明显;振幅越大,入口静压波动幅度越大;振动可以强化换热,但是随着Re和振幅的增大,局部区域会出现抑制换热的情况.     

基于船用板式换热器脉动流强化换热实验研究

为探索和研究某型船用板式换热器在脉动流动下的传热特性,利用往复泵作为脉动源,将脉动源安装在冷水侧,以此来研究在脉动振幅0.03 MPa、不同频率、过渡流态下上游脉动对换热效率的影响。实验在Re(3 000~8 000)、脉动振幅0.03 MPa、脉动频率(0.5~1.1 Hz)参数条件下进行。实验结果表明:在加入脉动之后,板式换热器冷水路和热水路之间的热量传输速率大大提高;在脉动振幅0.03 MPa,Re为3774,脉动频率0.55 Hz时,换热效率提高了59.8%;并且随着Re增加,最弱脉动频率出现在0.66 Hz附近。     

矩形通道中不同楞型涡流发生器的传热与阻力特性

在雷诺数Re为8900~9900的范围内,通过数值模拟方法对安装有相同迎流截面积的圆形楞、矩形楞和三角楞等5种涡流发生器的矩形通道进行传热和流阻特性的研究。结果表明:相同Re下,顺直三角楞的强化传热效果最好,传热强度比矩形光通道高40.65%~75.74%。但是相应的其流动阻力也是最大的,比矩形光通道高263.03%~376.04%。当以R=(j/j_0)/(f/f_0)作为综合特性评价标准时,圆形楞的综合换热性能最好,且最多可比顺直三角楞高52.11%。综合考虑,可以认为圆形楞涡流发生器是一种低阻高效的新型涡流发生器。     

通道内设置涡发生器时的强化传热研究现状与展望

随着强化传热技术的研究发展，各种形式的涡发生器的强化传热效果日益受到国内外的重视。文章比较全面地介绍了近年来国内外关于通道内布置各类涡发生器时的强化传热研究状况，并提出了有待进一步开展的研究内容。     

入口脉动对太阳能空气集热器性能影响研究

提出将脉动流引入平板型太阳能空气集热器,通过增加壁面切应力延缓集热器内部积灰速率,提升其长期工作性能。采用数值模拟手段评估了集热器内部积灰对集热性能的影响,探讨了入口正弦型脉动流脉动参数对集热器流动和传热特性的影响。结果表明:在脉动周期内,集热效率基本不随时间变化,除了在0.5～2 Hz小范围低频脉动工况,集热效率均没有超过稳态流动时的集热效率,并且随着无因次振幅和脉动频率的增大,集热效率呈下降趋势;全压损失只随无因次振幅的增大而增加,当无因次振幅增大到1时,全压损失约增加40%左右;平均壁面切应力随无因次振幅和脉动频率的增大而显著增大,当无因次振幅为1,脉动频率为10 Hz时,平均壁面切应力较稳态时可增大132.4%,这将有利于延缓积灰速率并减小积灰厚度,对集热器长期工作性能提升起到积极作用。     

肋片振动对带肋矩形通道内流动和换热影响的数值研究

基于Fluent动网格及UDF编程技术对二维流场中振动带肋矩形直通道的流动与换热特性进行了数值模拟,分析了振幅和频率对其换热特性的影响。数值计算表明,相比于静止的带肋矩形直通道的换热,振动对其换热有一定的影响,并且随着振幅和频率的提高,振动强化换热效果越显著;振动同时也使通道内的流场结构发生了改变,振幅和频率的提高都能使通道内的静压迅速地增加,振动时静止通道内两肋片之间尺度大小不一的两个漩涡随着振幅、频率的提高,漩涡尺度相继变小,直至最后都被主流带走。     

纵向涡发生器强化传热管的实验研究

介绍了一种高效强化传热管,沿传热管内壁轴向均匀排布三列成对的纵向涡发生器,在常壁温条件下进行加热空气在管内流动的冷却实验,研究强化传热管的传热和阻力特性。结果表明,在过渡流区管内置纵向涡发生器的强化传热大大增强,Nu增大为光管的2.02.3倍,阻力损失也相应有所增加,提出一种比较优化的发生器的形状设计,探讨了传热和阻力随设置间距变化的规律。