矩形窄通道内带纵向涡发生器的传热强化

对带有纵向涡发生器的水平矩形窄通道内水的强化传热与阻力特性进行了实验研究,得出了Re在3000～20000(过渡区和湍流区)范围内纵向涡发生器不同安装形式对水的流动与换热特性的影响规律.结果表明：带纵向涡发生器(LVGs)的通道比光通道的传热因子j提高了25％～55％,同时阻力有所增加.在3种不同比较准则(相同泵功、相同压降及相同质量流量)条件下,两侧安装有交叉方向LVGs的通道换热效果较好,顺流方向换热效果略好于逆流方向.     

矩形截面高宽比对射流强化螺旋通道传热性能的影响

为了进一步探究具有不同截面高宽比的单一螺旋通道内流体湍流流动与换热特性以及射流对矩形截面螺旋通道的强化传热效果,采用计算流体动力学软件模拟研究了高宽比γ分别为0.625, 1.1, 1.6和2.5时,单一矩形螺旋通道及射流作用下螺旋通道内的湍流流场、二次流场及强化换热特性。结果表明,对于单一矩形螺旋通道,相同横截面积和流量时,仅当γ≥1.6的通道在高雷诺数下二次流会出现四涡结构,其余为两涡结构。对于单一螺旋通道,γ值越大流动阻力越小,同时换热性能越差。加入射流后,矩形截面四个壁面的换热能力均有提高,γ值越大射流的强化传热效果越显著,研究范围内局部壁面换热努塞尔数的平均值(Nulocal)m最高可为单一螺旋通道的2.51倍。考虑流量增加的影响,射流影响下的螺旋通道区域内综合强化传热因子PEC2在1.05~1.21之间。     

矩形截面螺旋通道内流体的流动特性

为合理强化内管外壁带螺旋翅片的套管式换热器,对矩形截面螺旋通道内流体的流动特性进行了实验和数值研究。高宽比为3.5的矩形截面螺旋通道速度场的实验测量值与模拟值吻合较好。采用正交螺旋坐标系统分析了不同高宽比矩形截面螺旋通道内的轴向速度、二次流速度、流函数以及涡量的分布规律。结果表明,矩形截面螺旋通道内轴向速度最大值偏向外壁;截面上出现两个二次涡;上半截面流体粒子的二次流动方向为顺时针,下半截面流体粒子的二次流动方向为逆时针;除了壁面上涡量较大以外,截面中心出现了两个相反的涡量。随高宽比增大,轴向速度最大值逐渐向上半截面移动;两个二次涡分别向两端移动;截面中心处的涡量逐渐变弱。因此,对于利用二次流动来强化传热的螺旋翅片管换热器,当矩形截面高宽比较大时,应该采取措施改善其中心处的二次流动以进一步提高换热效果。     

基于有限元的内肋增强聚乙烯螺旋波纹管结构优化

为减小聚乙烯(polythene以下简称PE)的用料,同时保证环刚度基本不变,对内肋增强PE螺旋波纹管进行了结构优化。利用Solidworks和ANSYS workbench进行联合仿真,建立了内肋增强PE螺旋波纹管环刚度仿真测试的有限元模型,并通过环刚度理论计算模型对其进行了验证。将波纹管内肋截面的结构高度、圆弧半径、圆角半径和内肋角度作为设计变量,以单位长度波纹管PE的用料体积作为结构优化目标,以波纹管的环刚度作为约束条件。利用ANSYS workbench中的Design Exploration模块,求得设计变量对优化目标和约束条件的影响,及优化目标和约束条件对各设计变量的敏感度,从而得到设计变量的优化解。结构优化后的内肋增强PE波纹管,在环刚度基本保持不变的情况下,单位长度波纹管的PE用料体积减少了7.72%,能有效降低用料成本。     

窄间隙矩形通道沸腾传热强化判定准则研究

为了研究以水为介质的窄间隙矩形通道内发生临界热流密度(CHF)时的传热强化,构建了一个判定准则。根据窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流CHF预测解析模型,得到了可以预测通道间隙厚度不小于0.5 mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾二相流环状流时的CHF解析模型。根据汽液二相介质的特点,推导出了在沸腾二相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则,通过分析计算表明这个判定准则是合理的。这个判定准则适用于高Re数下窄间隙矩形通道内强迫流动时发生CHF的传热强化判定。     

螺旋通道内流动沸腾传热研究进展

螺旋通道因其优越的传热性能在强化传热领域有着重要的应用。近年来,高热流密度下设备的散热问题严重制约着先进技术的高速发展,传统螺旋通道单相强化传热技术已难以满足如此高的散热要求。由此,学者们开始探索以螺旋通道和流动沸腾传热相结合的复合强化传热技术。但由于螺旋通道特有的结构导致管内工质会受离心力的影响产生二次流,使得流动沸腾的情况较直通道更复杂,因此许多学者研究螺旋通道流动沸腾传热得出的结论并不一致。本文主要综述了近年来常规和微细尺度螺旋通道内流动沸腾的研究进展,阐述和分析了质量流率、干度、压力等参数对螺旋通道传热系数及临界工况的影响。指出了实验工况及螺旋通道结构的不同可能是导致结果存在分歧的主要原因,重点归纳了研究者根据实验结果拟合得到的流动沸腾传热实验关联式,并对经典直通道及螺旋通道沸腾传热关联式用于预测螺旋通道沸腾传热系数时的优缺点给予评价,指出今后螺旋通道内流动沸腾流传热的研究方向。     

带有三角翼涡发生器的螺旋通道强化换热研究

采用数值模拟方法探究了带有三角翼型涡发生器的半圆形截面螺旋通道内流体流动与强化传热性能，考察了相邻三角翼间隔角φ、长高比Г对强化传热性能的影响。结果表明：通道内安装三角翼的φ值越小，对流体的整体扰动作用越强，强化换热效果越好，但同时流动阻力也越大；研究范围内，φ=180°布置的三角翼综合强化传热效果最佳。同一雷诺数Re条件下，三角翼Г值越大综合传热系数PEC值越高。φ=180°、Г=2.50时，综合传热系数PEC在1.029～1.062之间。     

基于流型的矩形小通道内冷凝传热模型研究

为研究蒸气在矩形小通道内的冷凝传热特性,建立一种基于两相流型的矩形小通道内冷凝传热模型.新模型较以往引入较少的经验参数以降低误差,可较为准确的预测流型处于环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及分层流时的传热特性.新模型适用于蒸气质量流速35～55 kg·(m2·s)-1,蒸气干度0.1～0.9,饱和压力0.1～0....     

梯形螺旋外肋管管外强化传热性能研究

为研究梯形螺旋外肋管(TSEFT)强化传热效果,建立了其管外周期单元流道模型。在雷诺数10 000≤Re≤24 000范围内,通过数值模拟研究不同参数对其流动传热以及阻力性能的影响。研究表明:梯形螺旋外肋改变了流体的流动状态,从而扰动边界层使其不断脱落,达到强化传热的效果。随着肋高e与底宽b的增大,顶角α与螺距p的减小,梯形螺旋外肋管的传热系数与压降均相应增加。在低雷诺数区域,梯形螺旋外肋管综合性能普遍优于圆形外肋管,综合换热因子最大可以达到1.42。利用多元线性回归拟合了梯形螺旋外肋管管外流动传热与阻力计算关联式,为该类换热管的工程应用提供了设计依据。     

矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究

采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。     

三维翅片管外螺旋流动传热强化

流体在螺旋隔板换热器的壳程类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区.在相同压降下,其传热系数比普通的弓形隔板换热器高得多.以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋隔板单管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管进行了性能对比.采用Wilson图解法分别分离出了螺旋隔板花瓣管和光滑管单管换热器的管程传热系数,并计算出各自的壳程传热系数,壳程传热系数相对误差为±3％.实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋隔板花瓣管单管换热器的Nusselt数和压降Δp分别是螺旋隔板光滑管单管换热器的2～2.7倍和1.3～1.4倍.与螺旋隔板光滑管单管换热器相比,螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,花瓣管具有很好的传热强化性能.     

Heat transfer enhancement by twisted tapes with alternate-axes and triangular, rectangular and trapezoidal wings

The effects of twisted tapes with alternate-axes and wings on heat transfer, flow friction and thermal performance characteristics in a round tube are investigated. The influence of wing shape including triangle, rectangle and trapezoid is also studied. The experiments are performed using twisted tape with three different wing-chord ratios (d/W) of 0.1, 0.2 and 0.3 and constant twist ratio (y/W) of 4.0. The alternate-axis is made by arranging each plane of twisted tape to 60 degree difference relative to the adjacent plane. The results show that both heat transfer rate and friction factor associated by all twisted tape are consistently higher than those without twisted tape. Under the similar operating conditions, Nusselt number, friction factor as well as thermal performance factor given by the tape with alternate-axes and trapezoidal wings are higher than those given by the others. It is also found that that Nusselt number, friction factor and thermal performance increase with increasing wing-chord ratio. The maximum thermal performance factor of 1.42 is found with the use of twisted tape with alternate-axes and trapezoidal wings at d/W = 0.3, where the heat transfer rate and friction factor, respectively increase to 2.84 and 8.02 times of those in the plain tube.     

球凸板对磁场中导电流体自由表面流动的传热强化

在许多工业应用和能源工程的磁流体流动传热中,外部磁场抑制导电流体的湍流脉动,降低了其对流传热系数。基于涡流发生的球凸板是一种高效的强化换热手段,其主要特点是传热强度大、流动阻力小、综合传热性能高,本文数值研究了利用球凸板强化磁场中导电流体自由表面流动换热的性能。计算采用磁场作用下的修正湍流模型和诱导磁场方程,并利用标量输运方程的求解器对它们进行求解。结果表明,在中等Hartmann数(30～70)下,球凸板的换热增强因子达到1.3～2.3,而阻力损失仅为光滑平板的1.34～1.45倍。在获得较高强化传热效果的同时,球凸板的阻力损失增加相对较小,因而获得了较高的综合传热性能。     

气固两相流强化传热研究进展

在气流中加入颗粒,形成气固两相流。根据气流速度的不同,气固两相流分为鼓泡流态化、快速流态化、气力输送等形式。不同的流动形态,两相流内颗粒浓度及颗粒的运动规律不同,其传热特点也存在差异。通过回顾几种多相流流态的传热特点,总结了多相流与传热面换热的影响因素、气固两相流的传热机理与模型。气固两相流中颗粒浓度、颗粒运动对其传热起决定性作用,而操作参数（气流速度、床层压力、床层温度等）则主要通过改变颗粒浓度和颗粒运动影响传热。此外,通过气固两相流强化传热的应用实例--气固两相流与填充床的热交换,分析了颗粒在对流换热中所起的作用,并进一步提出了今后研究方向和难点所在。     

缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数据进行验证,进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析,分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响,并探讨其强化传热机理。结果表明：Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动;在双对数坐标系内,壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大,阻力系数f则呈线性降低的趋势;壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大,随螺距S的增大而减小,阻力系数f则相反;缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大,平均缠绕直径D的影响最小;增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层,增强流体扰动,加快温升速度,强化壳程传热,而增大螺距S则使速度边界层变厚,减小流动阻力的同时降低温升速度,不利于壳程强化传热。     

Convective mass transfer enhancement in a membrane channel by delta winglets and their comparison with rectangular winglets☆

Numerical calculations were conducted to simulate the flow and mass transfer in narrow membrane channels equipped with delta winglets, which are often used as longitudinal vortex generators to enhance heat transfer in heat exchanger applications. The channel consists of an impermeable solid wall and a membrane. The delta winglets are attached to the solid wal surface to enhance the mass transfer near the membrane surface and sup-press the concentration polarization. The winglet performance was evaluated in terms of concentration polariza-tion factor versus consumed pumping power. Calculations were implemented for NaCl solution flow in a membrane channel having a height of 2.0 mm for Reynolds numbers ranging from 400 to 1000. The delta wing-lets were optimized under equal pumping power condition, and the results of optimization suggest winglet height of 5/6 of the channel height, aspect ratio of 2.0, attack angle of 30°, and a winglet interval equal to the chan-nel height. The optimal delta winglets were compared with the optimal rectangular winglets we found previous-ly, and it is shown that the rectangular winglets yield a somewhat better performance than the delta winglets. ? 2015 The Chemical Industry and Engineering Society of China, and Chemical Industry Press. Al rights reserved.     

一种协同式强化表面的换热特性

根据场协同理论发展了一种新型强化换热表面,对其紊流流动和换热特性进行了实验测定,考察了翅片倾角、通道高度和Reynolds数的影响,并且在相同泵功条件下进行了强化效果评价。结果表明,在翅片倾角β=0～23.2°范围内,强化效果随翅片倾角单调增加,但是随Re的增大而单调减小。对于一定的翅片倾角,通道高度大者呈现较好的低功耗、高换热率特性。     

The heat transfer optimization of conical fin by shape modification

In present work, a stepping optimization algorithm is proposed for the geometric optimization of conical fin, and the heat transfer rate of the fin is treated as the objective function in the optimization algorithm. The conical fin is divided into finite elements which have different generatrix slopes, and the geometry of the conical fin is finally determined by ensuring that every divided element can maintain the maximum heat transfer rate. Based on the actual condition of every element of the fin, the heat conduction equation is solved step by step. The present result shows that the optimized conical fin has more heat transfer quantity and higher fin efficiency compared with those of some typical fins. Furthermore, the theoretical feasibility and the error analysis of present optimization algorithm have been performed as well.