不同流场下纳米流体波壁管内的流动特性

在质量传递过程中,流体的流动状态对整个传质过程有着重要的影响。利用流动可视化实验方法,在定常流场和脉动流场下,对SiO2-water纳米流体波壁管内的流动特性进行可视化研究。研究发现,在一个脉动周期内,波壁管内流动存在非常明显的稳定流动和非稳定流动状态;相同入口雷诺数条件下,有脉动流场存在时,波壁管内流体的流动混合情况比定常流动状态下强烈很多,这就意味着脉动流场具有更加优越的质量传递特性;另外,还发现SiO2-water纳米流体湍流流动效果更为明显。     

SiO_2-water纳米流体在不同流场下的质量传递特性北大核心CSCD

在质量传递过程中,工质种类和流场对整个传质过程有着重要的影响。利用实验方法,在定常流场和脉动流场下,对纯净水和SiO2-water纳米流体在波壁管中的流动进行质量传递特性的实验研究。研究发现:在定常流场和脉动流场下,SiO2-water纳米流体的质量传递效果均要好于水;有脉动流场存在时,相同净雷诺数下的质量传递速率比定常流动状态下高很多,表明脉动流场具有更加优越的质量传递特性。     

外切圆弧波壁管半径比对传热及流动特性的影响

为了研究波壁管外切圆弧半径比i对管内流体换热及流阻特性的影响,分别建立了i=0.1、0.5、1.0、5.0、10.0和相同尺寸参数的正弦波壁管几何模型,分析了管内流场和温度场,并用性能评价因子PEC对不同波壁管的综合换热性能进行了评价。结果表明:i越小,速度场与温度梯度场间的协同程度越高,换热能力越强;Nu随i的增大而减小,降幅随Re的增大而减小;0.1i1.0时摩擦阻力系数与i成正比,1.0i10.0时摩擦阻力系数与i成反比,当i=1.0时摩擦阻力系数出现最大值; PEC随Re增加而增大,圆弧波壁管的PEC高于正弦波壁管。     

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。     

周期性凹槽流道脉动流传热及流动特性的数值模拟

以水为工质对三角槽道层流脉动流传热及流动特性进行模拟研究,分析平均雷诺数、斯特劳哈尔数、脉动振幅等参数对传热以及流阻的影响。以"多场协同"为视角,解析脉动流场各物理量之间的协同关系,研究三角槽道层流脉动流强化传热的本质并提出优化控制方式。研究表明,以增加Re数强化脉动传热的方式伴随着能耗的上升,综合传热性能持续下降;相较于流阻增量,传热过程对于脉动参数变化的敏感性更强;三角槽道层流脉动流强化传热的本质在于速度矢量、速度梯度、温度梯度以及压力梯度之间的协同性改善,对于传热优化而言也在于控制各个流场物理量参数之间的协同关系。     

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。     

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%。     

圆管内置涡流发生器强化传热数值模拟

恒壁温条件下,采用RNG k-ε湍流模型的增强壁面处理(EWT),对圆管内置一种新涡流发生器雷诺数(Re)在25953～51906范围内的流体流动及传热特性进行数值模拟。通过计算努塞尔数(Nu)、摩擦阻力系数(f)与综合性能评价指标(PEC),分析涡流发生器的强化传热性能;得到横截面速度场、温度场及流线图分析强化传热形成原因。结果表明:同一Re,涡流发生器数量越多Nu越大、偏心安装Nu大于中心安装、顺置安装Nu大于倒置安装,同时考虑压力损失,发现偏心安装具有最优的强化传热性能;在涡流发生器附近,流体流速变大,同时涡流发生器产生2层旋流和涡流对壁面形成冲刷作用,破坏传热边界层,并使壁面不易结垢,达到强化传热和自清洁的双重效果。     

圆管螺旋流的流动与传热数值模拟

针对工程中常见的圆管流,采用切向引入装置使流体产生旋转流动,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG-模型对管内流场进行了数值模拟,获得螺旋流的速度场以及强化传热特性。研究入口不同速度对强化传热性能的影响,为旋流强化传热装置的应用提供了必要的依据。     

C型混沌结构中传热强化的数值分析

随着对强化传热的广泛重视与研究,利用混沌对流来强化传热的新技术得到了关注.利用CFD软件Fluent对C型混沌结构内的流体流动与传热进行数值模拟,对比了C型混沌结构与普通平直结构在流体流动场、温度场分布和传热特性等细观信息,分析了C型混沌结构的强化传热性能及特点.分析结果表明,C型混沌结构使流体在较小速度下产生混沌对流,这种流态增加了流体的扰动与湍动,增大主流区或近壁处流动的混合,强化了流道内的传热,使流道横截面上的温度分布均匀化;混沌对流内的传热Nu数和Po数(即fRe值)不再象普通层流为一定值,而随Re数的增大而增大.     

内置异形等间距扭带的管内传热与流动特性对比

数值研究了空气在内置异形等间距扭带管内的传热与流阻特性,对模拟结果进行了实验验证,然后分析了结构对空气传热与流阻特性的影响;进一步通过对局部流场、温度场和绝对涡量的分析,揭示了其强化传热机制。结果表明:模型与实验值吻合较好,最大相对偏差约为8%,在大多数Re(雷诺数)范围内,异形等间距扭带相对传统等间距扭带提高了空气传热综合性能,在Re 10 000~20 000范围内,最大传热综合性能约为1.08,交错布置的等间距扭带对传热综合性能的提升没有其它等间距扭带明显。等间距扭带能够强化空气传热主要在于通过诱导二次流,加强了近壁区流体与主流区流体的置换程度,均化了流场,并且能够以自旋流的形式在下游维持较长的距离。     

EHD_脉动流混合强化传热换热器的传热与阻力特性实验研究

以水为工质,实验研究了EHD(电场)与脉动流对单管换热器内的传热与阻力特性影响。实验中,电压值设定为0-40 kV,脉动流频率f=1、2、3 Hz,脉动流幅度A=1,脉动流条件下的管内时均流量q=0.1-0.5 m3/h。实验结果表明:管程脉动流单独作用时,同一流量条件下,f增加时传热系数α无明显变化,即脉动流单独作用对圆管传热强化作用不显著;EHD单独作用能显著强化传热,电压相对较小时,α增长缓慢,当电压U30 kV时α较快增长,但随着电压的继续增加渐趋平缓,α最大提高0.12倍;脉动流和EHD具有一定的复合作用,f对有电场强化条件下的α有较大影响,尤其是当U30 kV时,f越大,相同电场强度下管程α越大,对应的α最高可提高约0.25倍;EHD/脉动流混合作用时,随着Re的增大,管程阻力系数λ逐渐降低,并且在相同的Re情况下,脉动强化措施下的λ要明显高于无脉动情况;同一Re条件下,同频率工况时,电压的增大与否,对λ的改变并无影响,即阻力损耗主要来源于脉动流的作用,而电场对此的影响较小。     

规则间隙内置扭带管的强化传热特性研究

圆管内置扭带能大大强化管内传热,利用周期边界对规则间隙扭带的6种结构形式采用CFD方法进行了研究,比较了各结构下管内传热能力Nu、阻力因子f、流动传热增强因子(f/f0、Nu/Nu0)和综合性能η。结果表明:扭带提高了管内流速,使高速区向壁面靠近,形成径向旋流冲刷管壁减薄边界层;规则间隙扭带加速了流体的扰动,使之形成间歇式的混合与分离;内置扭带结构的Nu/Nu0随Re增大成指数规律减小,最小值大于2.5;交替排列正反旋向扭带提升了Nu,但也使f/f0大幅升高,不同结构的f/f0变化规律各异,综合性能表明s=1的内置扭带总体性能最优。根据数值模拟结果拟合出了各结构流动传热关联式。     

理想流体对流传热问题的理论解

研究理想流体受迫对流传热和自然对流传热问题的理论解。采用流体无垂直于壁面法线方向运动(即无穿透)的条件取代黏性流体在壁面无滑移条件，解决了流体在边界上有滑移时计算对流传热系数的困难，给出了理想流体与平壁受迫对流传热、理想流体与竖直壁面自然对流传热和理想流体在管内受迫对流传热的理论解。结果表明：理想流体的对流传热与黏性流体同样存在着热边界层。在外部流动的情况下，无论受迫对流传热还是自然对流传热，对流传热系数都与流体的导热系数、密度和比热三乘积的二分之一次方成正比。在管内受迫对流的情况下，当无因次长度大于0．05时，局部Nu和界面无因次温度分布都不再变化，对于恒热流边界条件，Nu等于8，截面无因次平均温度等于2；对于恒壁温边界条件，Nu等于5．782，截面无因次平均温度等于2．316。     

恒壁温下管内流体脉动流动对流换热的数值模拟

利用FLUENT软件,在流体进口速度发生周期性变化的情况下,对圆管内层流的流体流动与换热情况进行了数值模拟,分析了无因次脉动幅值、频率对对流换热系数、摩擦系数以及流场的影响,结果表明脉动流体会强化或弱化换热效果,阻力比无脉动时大,并且在流场中有与主流区流动方向相反的流动现象。     

空冷凝汽器椭圆翅片椭圆管束外空气的流动与传热特性

研究空冷凝汽器椭圆翅片椭圆管管束外空气的流动与传热特性,对火电站空冷岛的设计与运行具有重要意义.通过CFD模拟,获得了椭圆翅片椭圆管管束外冷却空气的流场和温度场,计算得到了空冷凝汽器冷却空气对流换热平均Nu和摩擦系数f随Re的变化规律,并采用最小二乘法拟合得到了相应的关联式.结果表明:随冷却空气流动Re的增大,Nu增大,f减小.     

稳定负荷对流体机械叶片颤振稳定性的影响

将二维平面振荡叶的非定常流场分解为定常平均流场和以简谐振荡为运动规律的非定常小扰动流场的叠加，通过求解定常的Ｎ－Ｓ方程和非定常的线化Ｎ－Ｓ方程模拟非定常流场，来研究定常流动负荷对叶片振稳定性的影响，考察了在不同的叶型弯角，不同的来流攻角和没的来源速度情况下的叶片颤振性。结果表明叶型弯角、来流攻角和来流相对速度的均对叶片的颤振性能有较大的影响。     

双向扭曲管传热与流阻特性及其多目标优化

以水为工质,对双向扭曲管湍流状态下传热与流阻特性进行数值计算和准确性实验验证,分析了其强化换热机理及截面尺寸a与导程S对其传热流阻的影响,并在其基础上对双向扭曲管结构参数进行多目标优化以及努塞尔数和阻力系数的关系式拟合。结果表明:相同工况下,双向扭曲管的综合换热性能优于光管和扭曲管,在Re小于20 000时具有较好的强化效果,且高出扭曲管3.92%;流体旋转流动的方向周期性改变,进一步强化了对流传热;当a增加到一定程度,管内的湍流程度不再增加;相同Re下,η、Nu和f对导程S的变化反应较灵敏。在Re=2 300～20 000、介质为水时,拟合关系式具有较高的准确性,且通过优化得到了结构的最优组合。     

流体变物性对带肋套管内耦合换热的影响

数值模拟了变物性带均布纵肋的同心套管换热芯的导热和对流换热耦合问题三维温度场和流场以及Nu数，与常物性下的结果进行了对比。对微型燃气轮机回热器．必须考虑物性的变化对流动和传热的影响。在相同质量流量和几何条件下．考虑物性变化时的平均Nu与常物性时要小很多。变物性对摩擦系数影响非常大．温度升高摩擦阻力也增大。在相同的Re下．变物性和常物性时的平均Nu相差很小．其比值在0．97～0．99之间．因此在常物性时所得的平均Nu．仍具有参考价值。     

同向旋转盘间非稳态传热特性的实验研究

将航空发动机中同向旋转的高低压涡轮盘简化成了几何形状相对简单的同向旋转盘系统.用实验的方法研究了非稳态情况下改变冷气流量和改变两盘转速对两盘温度和盘面平均Nu的影响.结果表明:进气Re是最重要的影响因素, 它对传热的影响是瞬时的,Re升高两个盘面的Nu同时增加;当一个盘的转速增大时,此盘的传热有一定的增强,但对另外一个盘传热影响很小.