通道内置三维柔性元件强化传热特性的数值模拟研究

基于双向流固耦合方法,对流体通道内安插柔性元件的换热过程建立数值计算模型。分别计算了不同雷诺数下通道内安插刚性元件、传统柔性元件和新型三维柔性元件的速度场与温度场,调整新型柔性薄板的高度与通道高度之比进行多组计算,以验证新型三维柔性元件对换热效果的积极作用,并得到其最佳换热尺寸。结果表明：在换热的充分发展区域,三维柔性元件在扰流与避免后方蓄热等方面的效果优于刚性元件和传统柔性元件;当新型柔性薄板的高度与通道高度之比在13%~15%左右时强化换热效果最好;当Re为1 500时,换热的综合强化传热因子(PEC)可达1.25。     

矩形管内纵向涡强化传热研究

将纵向涡强化换热技术应用于矩形管槽,研究以水为换热介质在过渡流状态下的换热效果。实验结果表明有纵向涡发生器的换热效果明显优于无纵向涡发生器的情况。利用PHEON ICS计算软件对实验进行数值模拟,模拟值与实验值符合较好。在此基础上,改变纵向涡的翼高和形状来模拟,发现两者均为换热影响的因素,相比之下,高宽比为0.4纵向涡发生器的换热效果比高宽比为0.5和0.6的要好。而采用相同高宽的矩形翼时,N u高于三角翼,但其换热性能指标却低于直角三角翼。     

通道中串列倒转柔性体的运动与传热

为研究柔性结构运动对通道换热性能的影响,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)法,对通道中串列布置的倒转柔性体进行数值模拟。研究不同长宽比的柔性体在抗弯刚度系数相同时的拍动状态、流场特性以及对通道换热性能的影响。结果表明：随抗弯刚度系数变化柔性体存在稳定模式、大幅度拍动模式和偏转拍动模式3种运动模式;随抗弯刚度系数减小,小长宽比柔性体的拍动状态变化具有滞后性;大长宽比柔性体在净换热量提升上更有优势,在合理的机械能损失范围内拥有更高的热效率系数,相较小长宽比通道,平均净换热量提高了3.87倍,最高热效率系数可达1.3;在实际工程应用中,应采用大长宽比并处于大幅度拍动模式下才能有效提升通道内传热性能。     

圆形流道内置扭带强化传热机理分析

为了分析圆形管道内置扭带的强化传热机理,用Fluent软件建立了其三维模型,模拟得到了管内流场和温度场,运用场协同原理证实了扭带强化传热的主要机理是扭带引起的螺旋流动使流体产生二次流,促进了主体流体和边界层流体的混合,提高了流场和温度场的协同性。分析了传热系数、压降与雷诺数及湍流动能的关系,提出应使换热器的湍流动能限制在一定的范围内,以获得较好的综合性能。     

有扰流片的矩形通道内空气流动和传热过程的数值模拟

以高温透叶片尾部区内部冷却为应用背景，对带顺排、错排扰流片肋的通道内空气流动和传热过程进行了数值模拟。计算结果表明，在相同雷诺数下，错排扰流片的阻力系数比针肋和顺排绕流片的阻力因子均增大约2%，而冷却能力分别增大约50%和9%。     

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.     

强化传热管束狭窄空间内R_11的沸腾换热特性

对紧凑型滚压面传热管管束狭窄空间内R－11的沸腾强化换热进行了实验研究,确认了由紧凑型滚压强化管束组成的满液式蒸发换热器具有良好的换热性能。其原理是利用强化传热管管束狭窄空间提前从自然对流换热转换为旺盛核沸腾换热,实验结果确认了管束形成的狭窄空间和强化传热面两种强化技术对沸腾换热的强化效果不能简单叠加。     

丁胞型强化换热管内突起结构对流传热及阻力的数值模拟

采用SIMPLE算法求解RNG k-ε方程,分析丁胞强化换热管管内流动传热情况,研究管内侧突起结构对于单相气体流动过程的强化传热性能和压力损失,并和文献中的实验值进行对比.结果表明,丁胞管管内突起虽会使突起左右两侧局部换热系数减小,但总体上是增强了换热性能,且随着Re的增加强化换热效果更明显.同时也因形阻力增大了流动阻力.     

紧凑传热管束爱限空间内沸腾强化换热特性

海水淡化装置以及太阳能或余热吸收式制冷机中的蒸发换热器,采用管排我降膜式蒸发方式,它具有很多优点,但管间距离较大,以致尺寸较大,供液方式较复杂。将传热管束紧凑排列置于饱和状态液体中,将其变为满液式蒸发换热器,利用传热管束间受限空间内早期沸腾强化机理,将中小热负荷条件下的自然对流换热转化为核沸腾换热,在间隙尺寸适宜时,其换热性能可能优于降膜式蒸发换热器。     

锥形内肋管传热与流阻性能的数值模拟

根据纵向涡强化传热技术提出了新型的强化换热管——锥形内肋管,运用数值模拟方法,研究了新型强化换热管结构参数锥底宽度a、导程P、肋深e和Re数对Nu、沿程阻力系数f及传热综合因子η的影响。结果表明：换热管内壁面边缘处产生了较多的微小涡流,有效破坏了流动边界层,强化了传热。在充分湍流的条件下,流体Re越小、e越小,其综合传热性能越强。当Re<15 000时,a对η的影响要大于P;在过渡点后, P对η影响较大。通过综合传热性能分析,给出了适合不同Re区间的锥形内肋优化参数。     

太阳能热水器传热传质和强化传热研究

在低温太阳能光热光伏联合应用试验台的基础上,结合GB/T 17049—2005,利用Gambit、Ansys Fluent和Tecplot软件,对全玻璃真空管太阳能热水器进行传热传质和强化传热分析。结果表明:所建立的二维数值计算模型,能准确反映同一条件下,全玻璃真空管太阳能热水器的变化趋势;在数值模拟基础上,确定了单面受热时的最佳安装角度为51°,加装反光板类似双面受热的最佳安装角度为38°;在粗略估算和细化分析的基础上,确定了不同真空管结构的最佳导流板长度及安装位置;通过实验和数值模拟,确定了58mm×1 800mm为优化的全玻璃真空管结构。     

槽式太阳能DSG系统集热管内强化传热的数值模拟

为了强化集热管内蒸汽换热,避免管壁温度过高,对槽式太阳能直接产生蒸汽系统(DSG)采用内螺纹管和光管时过热段的传热及阻力特性进行了数值模拟,分析了螺纹高度、螺距和雷诺数对螺纹管内换热特性和流动阻力特性的影响,并与光管的数值模拟结果进行了比较.结果表明:内螺纹管增强了管内蒸汽扰动,提高了集热管换热性能,降低了管壁温度.螺纹管的努塞尔数Nu是光管的1.6～2.4倍,且螺纹高度越高、螺距越小,换热性能越好;螺纹管的阻力系数f是光管的3.1～8.7倍,且螺纹高度越高、螺距越小,f越大.     

泰勒涡流流动及强化传热数值研究

泰勒涡流为叠加于剪切流之上的二次流,其具有强化传热作用,在航空、水处理、制药工程和化工等领域都具有很大的应用价值。运用Fluent软件,建立长径比Γ = 30的模型并对同轴套管间的流态演变和传热特性进行了数值模拟。模拟结果显示了环隙内流体流态随着内筒转速增加的演变过程,表明在存在径向温差的情况下,涡流的存在强化了传热效率。对不同转速下的强化传热效果进行了对比分析,并确定了最佳状态点。     

线-板结构离子风发生器强化通道内对流换热的数值研究

离子风发生器是利用电晕放电引起空气流动的一种装置。利用COMSOL Multiphysics软件建立了基于线-板电极结构离子风发生器的计算模型,对离子风发生器强化通道内对流换热的能力开展了数值模拟研究。针对入口风速、发射极电压、初速度方向以及电极水平间距这4个关键因素进行研究,分析了4种因素对强化换热效果的影响。模拟结果表明:在入口风速较小时,离子风对换热的强化效果更好;当发射极电压较高,离子风射流和主流方向相反时,离子风的扰动作用更剧烈,对换热过程有更加显著的增强作用。而电极水平间距则存在最优值,可以使换热效果达到最优。     

采用肋片强化相变蓄热器传热的模拟分析

为了增加同心套管式相变蓄热器的蓄能效果,采用环形肋片强化相变储能设备的传热,利用Fluent软件模拟了这种结构中石蜡相变的融化过程,得到了石蜡熔化过程温度场分布及熔化时间的规律,根据这些规律分析了肋片间距及厚度等参数对贮热管放热效果的影响。分析结果表明：石蜡的总融化时间随肋片间距增加而延长即传热效果变差,但是随着肋片厚度的增加而缩短,即传热效果变优,但是当或肋间距超过40mm和厚度超过2mm后,进一步增加肋片间距或者厚度对传热效果的影响变得不明显。     

三维内微肋水热管强化传热实验

首次报道了三维内微肋两相闭式热虹吸管的传热性能，在实验范围内，与光管相比，竖直放置时，平均沸腾换热系统可以提高50%-238%，平均凝结换热系数可以提高100%-222%，小倾角下，平均沸腾换热系数可以提高51%-171%，平均凝结换热系统可以提高42%-17%，三维内微肋结构能够大大强化热管的沸腾换热与凝结换热，有效地减小热管的内热阻。     

管内强化传热结构及其性能分析

强化传热一直是工程中节能降耗的有效措施,本文阐述了各种管内强化传热结构及其性能特点,并用场协同原理和数值模拟方法分析了其强化传热机理。数值分析表明,管内壁面的凸起对流体产生扰流作用,减薄和破坏了液体边界层,管内插入物促进了流体的湍动,加速流体的径向混合,这都有利于提高流体的传热强度。     

小尺度涡流发生器强化传热特性及机理

对布置有不同高度的小尺度涡流发生器的矩形槽道进行了数值模拟,对其传热和流动特性进行了对比研究。分析了小尺度涡流发生器强化传热的特点和机理。从流体流动对温度场影响的角度来说明对流换热的物理机制。     

液膜蒸发强化传热表面的传热与流动特性分析

提出一种新的液膜蒸发强化换热表面－波纹丝网换热表面，在丝网结构尺寸进行６种改变后，通过对其传热和流动表面规律的研究，发现合适的优化结构可广泛应用于蒸发冷却系统中。     

非对称波节管在汽汽换热中的传热及熵产分析

为了揭示非对称波节管在汽汽换热中的强化作用,通过数值模拟的方法研究了对称型和非对称波节管的流动换热特性及熵产分布规律。结果表明：采用非对称型结构易于使流体与壁面贴合,并增大壁面处的温度梯度,强化波节结构与流体之间的换热;高温蒸汽侧波节结构的两端和低温蒸汽侧波节结构最大凸起位置的局部熵产值最大,且对流换热效应较强。随进口流速增大,对称型和非对称型结构的壁面平均努塞尔数变化趋势基本一致,采用对称型波节结构的压降要大于非对称型波节结构,因而采用非对称型波节结构的经济性要好于对称型波节结构。