管内插入网状肋强化换热的数值研究

采用三维数值模拟方法研究了网状肋用于圆形通道的流动换热特征,分析了雷诺数Re、肋的形状、肋的网格间距、肋的直径以及流体与固体的导热系数比kf/ks对通道平均阻力系数和换热性能的影响,并引入换热性能评价指标PEC对2种网状肋进行了比较.结果表明:管内插入网状肋对流动阻力系数和换热性能有很大影响;方形肋的换热效果比圆形肋好,但其阻力较大;随着Re的减小,2种肋的降温效果均增强;肋的网格间距越小,则换热效果越好但阻力越大;随着肋直径的增大和流体与固体导热系数比kf/ks的减小,换热效果增强.     

燃气轮机通道宽高比对换热特性的影响

采用结构化六面体网格和κ-ε湍流模型,求解三维N-S方程,对直冷却通道内置不同宽高比的W型扰流肋片在入口雷诺数为20 000时的空气流动与换热特性进行数值模拟。分析了不同肋片通道的宽高比对肋间壁面的换热效果和流动损失的影响,并对通道的宽高比进行全局寻优。结果表明,肋片通道的宽高比是影响带肋片直冷却通道的整体换热效果和综合冷却效率的主要因素,并存在一一对应的关系,整体换热效果最好时所对应的肋片宽高比为5,考虑热量损失的情况下换热效果最好时所对应的肋片宽高比为0. 48。     

矩形截面螺旋通道内流体绕管流动特性的数值研究

基于Fluent软件采用数值计算方法建立了混合计算模型,对螺旋通道和直通道内流体绕换热管的换热特性进行研究,对比了2个通道中流体绕换热管流动的热工特性。结果表明:螺旋通道内侧脱点角度小于外侧脱点角度,且脱点均分布在湍流区域内;螺旋通道比直通道具有更高的Nu_m;β=15°和20°螺旋通道换热管壁面迎风侧Nu_m相比直通道分别提高4.0%和4.5%,背风侧则分别提高14%和18%;当螺旋角β=40°附近,螺旋通道达到最佳强化换热管壁面换热效果,螺旋通道内换热管壁面Nu_m相比直通道提高19%。     

半圆形微通道内纳米流体流动与传热特性

为了研究流体流经半圆形微通道的传热与流动特性,对去离子水、Cu-水纳米流体及Al-水纳米流体在21个当量直径为612μm的平行半圆形微通道热沉(微型散热片)中的流动与对流换热特性进行了实验研究。研究发现:与截面为矩形的常规形状相比,半圆形微通道也具有很好的换热效果,与去离子水相比,添加Al和Cu纳米颗粒的纳米流体压降损失增大。当纳米流体的质量浓度为0.5%时,在微通道换热器中的纳米流体效应由于粘度过大等原因发生了恶化,并且这种恶化在高流速下也出现了。根据实验数据得到了半圆形微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热以及摩擦阻力系数关联式,对热性能系数的分布曲线进行了综合分析,研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

叶片直冷却通道宽高比对流动换热的数值研究

本文运用有限体积法,采用结构化六面体网格和k-ε湍流模型来求解三维N-S方程,对不同宽高比的内置V型扰流肋片的直冷却通道在入口雷诺数为20 000时的流动与换热特性进行数值模拟。分析了不同通道宽高比对肋间壁面的流动换热情况,并对W/H进行全局寻优。结果表明,带肋直通道的整体换热效果和综合冷却效率分别与W/H呈近似的函数关系,W/H为4.5时的通道整体换热效果最好,W/H为0.35时的通道综合冷却效率最佳。     

三角形涡发生器增强U型通道换热性能研究

将三角形涡发生器及导叶结构应用于U型通道中,以提高燃气轮机高温叶片内部换热性能.在验证分析方法正确性的基础上,数值研究了采用不同结构时U型通道内的流动及换热特性.与典型的布置斜肋的U型通道不同,三角形涡发生器通过诱导产生下洗涡对,从而有效地强化U型通道的换热能力.而将导叶布置于U型通道转折处,可进一步提高三角形涡发生器在U型通道流出段的换热性能,并降低通道的阻力损失.和典型的布置斜肋的U型通道相比,在不同雷诺数下带导叶且布置三角形涡发生器的U型通道内换热的均匀性显著提高,在通道换热能力相当的情况下,阻力损失显著降低,综合换热性能提高20.0%左右.     

矩形微通道中流体流动阻力和换热特性实验研究

以去离子水为流体工质,对其在矩形微尺度通道中的流动阻力和传热特性进行了实验研究。通过测量流量、进出口压力和温度等参数,获得了流体流过微通道时的摩擦阻力系数、对流换热过程中的热流通量和N u等。微尺度通道中流体流动的摩擦阻力系数较常规尺度通道中的摩擦阻力系数小,仅是常规尺度通道中摩擦阻力系数的20%~30%;且流动状态由层流向湍流转捩的临界R e也远小于常规尺度通道的。微尺度通道中对流换热的N u与常规尺度通道的显著不同。流量较小时,N u较常规尺度通道中充分发展段的小;随着水流量的增加,微通道的N u迅速增加,并很快超过常规尺度通道的N u,表现出微尺度效应。热流通量对微尺度通道中对流换热N u存在影响,其影响规律在不同流速条件下呈不同趋势,流速较小时,N u基本保持不变;而在流速较大时,N u随热流通量增加而呈增加趋势。     

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。     

矩形肋片导流角度对内冷通道流动与换热特性的影响

利用数值模拟方法分析了矩形仿螺旋肋片内冷通道中肋片导流角度对内冷通道三维流场特性、换热特性以及流动阻力特性的影响。数值计算结果表明,肋片导流角度对内冷通道的流动与换热特性具有较大的影响。流场中冷却介质螺旋流动的强度随着肋片导流角增大而增强,肋片导流角度越大则内冷通道的换热强度越强,同时通道中流动阻力也明显增大。从内冷通道的综合换热效果来看,当肋片导流角度为7。时,矩形仿螺旋肋片内冷通道的综合换热效果最好。     

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。     

高温涡轮交叉肋冷却通道的流动换热特性研究

本文在给定通道大小的条件下,研究了不同肋倾角、肋宽/子通道宽和不同子通道数7种方案在雷诺数10000～ 50000范围内的流动和换热情况.研究结果表明,交叉肋对子通道的流动影响十分显著,会产生二次流和纵向涡,能够大幅度地增强冷却通道的换热能力,但同时也会使阻力损失急剧上升.当肋倾角减小或者肋宽/子通道宽增大时,通道的换热能力和阻力损失均会增加,当子通道数增加时,换热能力增强.而对于阻力损失,通道数为14的最大,通道数为6的次之,通道数为10的最小.     

带交错叉排肋的矩形通道流场和壁面换热特性的数值模拟

为了获得高的换热系数和流动损失小的涡轮叶片内冷通道,提出了在上下壁面交错叉排布置肋的通道结构,利用数值计算的方法研究了通道各个壁面的换热特性、流动特性和流体的温度分布规律。入口雷诺数变化范围为30000~120000。采用结构化网格进行网格划分,利用realizablek-ε湍流模型和增强壁面函数封闭方程。计算结果表明,所提出的通道结构不仅在带肋的上下壁面具有较高的换热系数,大约为2.2~2.4,光滑的左右壁面的换热也增强了1.4~1.6倍,通道内的温度分布呈现出同心圆的分布,在靠近壁面的位置,二次流动较强。     

V形肋片型太阳能空气集热器换热特性的研究

本文运用数值模拟的方法,对带有多重V形肋片的平板型太阳能空气集热器的换热与流动特性进行了研究。在雷诺数5 000~20 000范围内,采用RNG k-ε湍流模型,研究了相对肋宽比(W/w)对集热器换热特性的影响规律,并对集热器内部流场进行了分析。研究结果表明,V形肋片增强了空气的对流换热。这是由于流体掠过肋片后,产生旋涡和回流,加强了流体扰动,从而使换热增强。相对其它肋宽比而言,W/w=6时,集热器具有较好的换热效果,努塞尔数为光滑壁面的2.54倍,但肋片的存在导致摩擦损失增加,换热性能因数最大为1.55。     

基于正交试验的涡流发生器传热特性结构数值分析

为进一步提高管壳式换热器壳程换热效率,设计了一种布置于壳程肋片上的仿生鸟喙式涡流发生器。采用ANSYS FLUENT软件结合田口正交试验模拟了矩形通道中鸟喙式涡流发生器的传热特性,分析了纵向高度、斜截角度、迎流攻角、入口距离、流向间距5种结构参数对强化传热和综合热性能的贡献率及最佳结构组合。流动通道为长方体,其长、宽、高分别为1 600,240和40 mm,温度为286.86 K的空气流体从入口以1.491~3.195 m/s的速度流入,通道底部为337.048 K的恒温换热面。结果表明：纵向高度对于强化换热特性的贡献率最高,达到4744%,最强换热效果组合的换热因子较空矩形通道提高了185.71%;迎流攻角对于综合热性能的贡献率最高,达到了总占比的31.35%,利用正交试验分析得到的最强组合较空通道的综合热性能提高了47.82%     

内肋平板通道强化层流对流传热的场协同分析

为了研究含有内肋的平板通道的强化传热性能,文中建立了3种不同形状的内肋几何模型,采用CFD技术对以水为流体的平板通道内的强化传热性能进行了数值模拟,获得3种模型在层流并且定雷诺数条件下的速度场、压力场及温度场,基于场协同原理对其速度与温度梯度的协同效果和速度与压降梯度的协同效果进行分析和比较。通过分析综合传热性能增强因子获得强化换热情况最佳的内肋平板通道模型,为平板通道工程应用中的节能优化设计提供参考依据。     

关于管内单相对流换热强化的极限问题

从场协同理论出发,分析了通道内表面全部为射流冲击换热表面时的极限换热率;将全射流冲击管内换热与普通流动管内换热进行了比较。给出了层流和紊流工况下全射流冲击换热可能达到的最大强化比。针对相同R e,分析得出:在层流充分发展段,全射流冲击通道的强化极限是16.9倍;在紊流充分发展段是3.5倍。综合现有各种通道内强化换热的研究结果进行比较,其换热率均低于全射流冲击管内换热率,其中层流工况以折流翅片式通道和交叉缩放椭圆管的换热率与极限换热率最为接近;紊流工况以内插螺旋丝强化管最为接近。     

燃气轮机叶片内部直通道的肋片结构优化

提出了一种新型燃机透平叶片带肋直通道结构优化策略,采用ANSYS Workbench优化设计平台,应用Kriging代理模型和遗传算法对燃机叶片内宽高比为4、肋片角度为45°的带肋直通道进行了优化计算。结果表明:在带肋直通道切除部分肋片效率为负的肋片的新型结构可实现强化换热且降低流阻;优化后的肋片通道较未优化的通道,换热性能因子提升2. 9%,摩擦因子比降低可达3. 8%;通过寻优计算,获得了宽高比为4,肋片倾斜角度45°燃机叶片内带肋直通道最优结构参数。     

旋转状态下工质冷凝换热特性的实验研究

旋转产生的旋转附加力对板式冷凝器通道中流体的流动状态产生扰动,影响流体的换热性能。建立旋转换热实验台对不同转速下板式冷凝换热器的冷凝换热特性进行研究。实验结果表明:随着转速的增加,换热器的换热性能呈现增加趋势。同一工质流量和冷却水流量时,转速在0~48 rpm范围内时,板式冷凝器的总传热系数最大增加幅度37.89%,R22侧换热系数最大增加幅度为27.95%,冷却水侧换热系数增加幅度基本保持在12%左右。综合分析,当转速和流体流量在一定范围内时,转速对R22侧气液两相流体的冷凝换热性能影响较大,对单相冷却水侧的换热性能影响较小。     

双斜向内肋对强化立式太阳能热气流电站的流动传热特性研究

为了加强立式太阳能热气流电站系统的传热,将矩形双斜向内肋对成对地布置在竖直烟囱通道的集热板上。通过数值计算,空气在流经肋对时温度梯度增大,换热增强。与原系统相比,加入双斜向内肋对后,气流的进出口温差增加21%,进出口速度差提高133%。进一步对双斜向内肋对的布置,包括肋对数和肋倾角进行研究,得到适合于本系统的内肋对的最佳设置为肋对数为2对、肋倾角为45°,此布置下气流的进出口温差增加8%,进出口速度差提高200%。利用场协同原理对结果进行分析验证,证明双斜向内肋对可以有效地减小速度矢量与温度梯度的夹角,增强系统换热。     

基于格子Boltzmann方法的微通道传热特性数值研究

应用格子Boltzmann方法研究单相流体流过矩形和三角形微通道结构的对流换热特性。数值模拟结果展示出流体在不同微通道中的速度场和温度场。从温度场结果可发现,流体流经微通道时会在热壁面附近形成热边界层,并且热边界层的厚度随雷诺数Re的增大而变薄。另外,通过出口温度和努塞尔数Nu等物理量定量研究两种微通道结构的换热特性。数值结果表明,矩形微通道结构的换热性能优于三角形微通道结构。在场协同原理基础上,进一步分析造成两种微通道换热性能不同的原因。