膜片管通道流动与换热过程的数值模拟

采用SIMPLE算法模拟膜片管通道中的流动与换热,分析流场中出现的非线性现象以及不同管束排列方式对换热的影响。物理模型长度为185. 6 mm,高度为92. 8 mm,圆管直径为32 mm。烟气入口温度为400 K,上下两侧固体壁面温度为300 K。假设流动与换热进入充分发展阶段,雷诺数(Re)的取值范围是3 000～25 000,通入不同流速的烟气与两侧的壁面进行换热。结果表明:采用雷诺应力模型(RSM)所得的努塞尔数(Nu)与实验关联式结果最吻合,而且相对误差在5%～17%间;采用直接模拟(DNS)模拟时,稳态到非稳态的临界Re是100;在同一Re时,随着管间距减小,Nu是逐渐增加的,当Re取为25 000,管束水平间距和竖直间距均取为43. 2 mm时,通道换热能力达到最大且相应的Nu是195. 23。     

基于场协同理论的超声波对强化换热影响

本研究分别对圆管、波节管和横纹管在Fluent软件中进行数值模拟,模拟了3种管型在紊流工况下的换热效果并对数值模拟所得到的结果用场协同的理论分析。结果表明:从场协同理论得出加入超声波会增强场的协同程度,增强换热管的换热效果;圆管、波节管、横纹管的场协同数则随着雷诺数的增加而减小;而努塞尔数和表面传热系数随着雷诺数的增加而增加,综合性能系数随着雷诺数的增加而增加,而效能评价系数会随着雷诺数的增加而减小。     

Cu-H_2O纳米流体流动与强化换热的数值模拟研究

模拟纳米流体在三维管道中的流动和强化传热过程,运用数值计算方法研究纳米流体的流动特性和传热机理,探究不同纳米颗粒体积分数和不同纳米颗粒大小在不同雷诺数(Re)下对纳米流体的流动和传热特性的影响。基于DPM模型对纳米流体在圆管中的对流换热进行了数值模拟研究,研究结果表明,在一定范围内,每增加0.5%的体积分数,纳米流体的传热性能平均增强7.82%。随着纳米颗粒的减小,纳米流体的传热系数不断增加。     

基于聚光太阳能电池冷却的微射流热沉传热性能数值研究

针对高倍聚光比下太阳能电池的热致失效问题,设计了一种带有回流结构的矩阵式微射流热沉。建立了热沉的三维物理和数学模型。并采用计算流体力学(CFD)软件对其进行了数值模拟,研究了回流通道数目、回流孔分布位置、射流高径比等因素对微射流热沉传热和流动特性及热有效性的影响。结果表明:在稳态条件下,回流孔数为49个结构的热沉性能比回流孔数为25个的热沉换热性能要好;当回流孔数目不变时,射流高径比(H/d)越小的热沉换热性能较好;被冷却表面平均温度随气体射流雷诺数增大而降低;系统压损随着射流雷诺数的增大不断增大;射流雷诺数大于5 000以后,压损急剧增加。对于回流孔数为49个的热沉,当运行参数4 600≤Re_a≤6 663,换热面热流密度为4.22 W/cm~2时,在不同的射流高径比下对比,H/d=4时换热性能最好。     

圆形凸胞管内传热数值模拟及场协同分析

在普通光滑圆管基础上提出一种新型凸胞换热管,对凸胞管和光滑管的传热特性进行数值模拟,通过改变流速比较无量纲半径I、节距P、排布方式对换热性能的影响,应用场协同理论分析其强化传热机理。模拟结果表明:在所研究的雷诺数范围内,Nu随着无量纲半径I的增加而增加,综合换热性能PEC指数在Re=17 534、无量纲半径I=0.2时为最大;凸胞节距P对Nu的影响较弱,较小的凸胞节距其综合换热性能更优;凸胞对排流动阻力大,错排综合换热性能优于对排;从速度场、温度场分布及场协同原理分析凸胞换热管的强化传热机理。     

管壳式换热器换热性能的数值模拟研究

在水的雷诺数Re从1900~25000范围变化的情况下,选择换热效果比较好的Φ25/Φ19波纹管,并对其换热性能进行了数值模拟与实验研究。结果显示波纹管的换热系数是直管的1.1~1.8倍,且随着雷诺数的增加,倍数值逐渐减小;波纹管的压降损失是直管的2~3倍。     

三角形阻流件几何参数对传热系数影响的数值研究

对设置三角形阻流件的水平矩形通道内的换热问题进行了二维数值模拟,在Re=1500～35000范围内,研究了阻流件顶角大小和高度对恒热流加热壁面的水平通道内的对流传热系数的影响状况.结果表明:当Re≤8000时,阻流件顶角的变化对Nu数影响不明显;当Re＞8000后,随着顶角α的增加,Nu数先上升后下降;当顶角在30°时,换热效果最好.阻流件高度对Nu数的影响很大,在相同的顶角下,高度越高,Nu数越大.     

翅片参数对滴形管矩形翅片流动与换热能力的影响

利用Fluent软件,在翅片周长给定的情况下,对翅片长度不同的滴形管矩形翅片流动与换热进行数值研究,分析L和雷诺数(Re)对管外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,换热系数(Nu)逐渐增加,阻力系数(f)逐渐减小;就翅片管效率而言,L越大效率越高。     

等温热源微通道单相液体层流换热特性

对Dh=0.82mm的矩形微通道阵列内等温热源作用下层流传热特性进行了实验和数值模拟。实验中使用常温自来水提供等温热源。微通道流体流动雷诺数Re=100～900,传热温差50K,将所得数据与常规尺度均匀壁温加热下N-S方程的数值解法结果进行对比。结果表明,在Re300时,Nu数随着Re数的增加而增加;而在Re350时,实验所得Nu数近似为常数。将发展入口条件的数值模拟结果与实验结果比较,前者比后者高7.2%。     

应用流场协同理论的多纵向涡强化换热管

应用流场协同理论研发了两种多纵向涡强化换热管———不连续双斜向内肋管和交叉缩放椭圆管,分析了其强化换热的物理机制。数值模拟和实验结果表明,当Re=500-2300 时,与考虑进口段效应的圆形截面管(L D=300)相比,不连续双斜向内肋管的换热增强250%~650%,阻力增加120% 300%;交叉缩放椭圆管Nu 可提高200%~500%,沿程阻力增加100%~350%;当Re=2300~5×104 时,与圆管相比,不连续双斜向内肋管换热可增强110%~240%,阻力增加120%~240%;交叉缩放椭圆管换热可增强35%~170%,阻力增加130%~160%。两种新型强化换热管具有优良的换热性能,可广泛应用于电力、石化、建筑供热等行业。图7参10     

CC型通道波纹相对节距对流动与换热特性的影响

在三维空间上对CC(Crosscorrugated)型原表面换热器通道内流体的流动与换热特性进行了数值模拟。通道表面为正弦型曲面,上、下波纹板交错角固定为60°,节距与高度的比P/H取值范围为1.5~4.0。结果表明:当雷诺数Re约大于100后,各通道在中平面处产生的旋涡所形成的螺旋型自由剪切层开始变得不稳定,加强了流体间的混合;Re在约100~500的范围内,随P/H的增大,阻力系数f和平均努谢尔特数Nu增加,当Re继续增加(约大于2000)时,以P/H=2.2为界,P/H对f及Nu的影响呈相反的趋势变化;在适中的Re范围内,不同表面均可获得较好的表面性能,且随P/H的增大,获得最佳表面性能的Re减小。图12参8     

水基纳米流体流动与换热数值模拟

采用两步法制备体积分数φ为0.001%、0.01%、0.1%的Al_2O_3-H_2O纳米流体,运用热力学相关式进行计算,并采用Lattice Boltzmann方法模拟圆管内Al_2O_3-H_2O纳米流体的流动与换热,研究分析不同纳米粒子体积分数和粒径对纳米流体平均Nu数的影响。结果表明,不同体积分数的Al_2O_3-H_2O纳米流体,随着纳米颗粒的运动,边界层发生变化,其流动特性和换热特性也受到影响,对于相同位置的纳米流体,当体积浓度为0.9%、0.5%、0.1%时,平均Nu数分别为21、17.8、16,随着纳米颗粒体积分数越大,其平均Nu数越大,即换热强度越大。当纳米颗粒为20 nm,Re数为1000、3000、5000、7000、9000时,平均Nu数分别为11.5、14.5、18、20、21.5,随着Re数的增加,纳米流体的强化换热效果越好。     

高度与节距对波纹板性能影响的数值研究

利用Fluent软件,在波纹板基本尺寸给定的情况下,对高度与节距比值不同的波纹板流动与换热进行数值研究,分析高度与节距比值h/s和雷诺数(Re)对板外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)先增后减;就波纹板效率而言,h/s=0.5时波纹板的效率最高。     

骨架发热多孔介质通道内单相流阻力与换热特性数值模拟

以Fluent 6.3为平台,采用局部非热平衡模型,对紊流及紊流过渡区范围内骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值模拟。采用三维N-S方程及标准k-ε湍流模型描述多孔介质内的流动,详细研究了孔隙有效雷诺数Re(400Re2000),表面热流密度q(q=5、30和90 kW/m2)和冷却剂入口温度Tin(Tin=20、50和80℃)的变化对多孔介质流道内流动阻力及换热特性的影响。结果表明:低热流密度下,表面热流密度的变化对流动阻力和换热系数的影响很小;小球直径对换热系数的影响显著,且随着雷诺数的增加而增加;换热系数随冷却剂入口温度的增加而减小。     

纵向涡发生器作用下矩形通道内脉动流流动换热性能研究

对安装渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合的矩形通道内脉动流动换热性能进行了非稳态三维数值模拟研究,计算考察了不同Re、脉动频率ω以及振幅A对通道内强化传热和压力损失的影响。研究结果表明:在脉动流动的影响下纵向涡发生器的传热能力得到了强化。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增加,矩形通道内整体传热能力的强化效果增强;随着Re的增大,强化效果逐渐减小。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增大,矩形通道内E_f的波动振幅增加;随着Re的增大,E_f的波动振幅减小。     

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.     

空气外掠波纹管束强化传热规律数值计算

采用低雷诺数湍流数值模型,对空气外掠8排波纹管束及光管管束的流动与传热性能进行了数值模拟,通过比较分析探讨了波纹管束强化传热机理.研究表明,波纹管束由于波纹凸起的存在,导致流场横截面内产生了二次纵向涡流.增强了流体的扰动及其湍动能,从而起到了传热强化作用.通过数值计算分析了波纹管束的几何参数对其流动与传热性能的影响规律,计算表明:存在一个临界雷诺数Recr =8000,当Re Recr时,传热因子η随着参数ξ的降低而增加;在所研究的雷诺数范围内,适当降低参数ξ取值及提高参数ψ取值有利于改善波纹管束的综合传热性能.     

新型椭圆截面螺旋扭曲组合管换热特性的数值模拟

提出了一种新型换热管型,即椭圆截面螺旋扭曲组合管。以场协同理论为指导,通过改变管型形状参数组合方式,对椭圆截面螺旋扭曲组合管进行数值模拟及分析,并进行不同Re数下圆管换热Nu数与经验公式对比,结果表明:组合比为0.4,长短径比为2.0,扭曲角度为90°时,综合性能最优,确定椭圆截面螺旋扭曲组合管对换热的强化是有效的,模拟结果是可信的。     

矩形小翼不同排列方式换热特性研究

利用SIMPLE算法及采用RNG k-ε湍流模型对加装矩形小翼的矩形通道进行换热特性研究,采用控制变量的方式,对不同攻角,不同排列方式的小翼进项数值模拟。求测出雷诺数Re,阻力损失f、努塞尔数Nu,传热因子j和综合换热性能JF进行数据分析;研究结果表明,不同攻角下在65°时显现出的综合性能较好,换热特性较佳。在不同排列方式情况下,不等间距排列最优;在足够宽敞的通道中,"一"字型排列的换热情况优于V型排列,差值在1%左右。     

圆形和跑道形微通道内空气换热特性数值研究

采用数值模拟的方法对不同管径、不同长度微圆管的换热特性和换热能力进行了研究和对比。结果表明:对于相同管长的圆管,在相同压比条件下,除了内径为0.1mm的圆管外,单位流通面积的换热量随着管径的增大而逐渐减小;在相同压比条件下,除内径为0.1mm的圆管外,其他圆管的单位面积换热量均随管长的增加而增大,且较大管径的增大幅度明显大于较小管径的增大幅度。对当量直径相同的圆管和跑道形管进行对比发现,圆管的换热能力明显优于跑道形管道。