微粗糙管内部流动与对流换热的实验研究

以蒸馏水为工质,流过内径分别为168μm和399μm、内部粗糙度分别为8％和3％的不锈钢管．通过直接电加热,采用红外成像仪测量了各种恒定加热功率及不同雷诺数(Re)下的钢管壁面的温度场,同时测量了微管进出口压力降和流量,由此计算了在不同Re下的努谢尔特数(Nu)和管内摩擦阻力系数(f)．实验结果表明, 在低Re下,微管内部f的值与Hagen-Poiseuille解基本一致,但微钢管内部的Nu要略高于Hausen的解;当Re 达到800左右时,内径为168μm的管内部f的值已开始偏离Hagen-Poiseuille解,Nu急速上升并形成拐点,这是由于流动发生转捩导致的．     

矩形微通道中流动阻力特性的实验研究

以蒸馏水作为工质,实验研究了水力直径为107.76~199.07m矩形紫铜微通道内的流动特性.实验中的紫铜微通道是由晶体生长法直接生长密封而成,有别于以往相关实验中刻蚀或微机加工所形成的微通道,避免了传统微通道加工方法所引入的误差,从而确保了微观尺寸的测量精度.实验测量了Reynolds数在70到1400之间摩擦阻力系数.实验结果表明:当Re数小于300时,在实验误差内,摩擦系数的值近似等于经典理论计算值;随着Re数的增大,的值大于理论值,这可能是由微通道内部壁面粗糙度效应所导致的.     

微管内流动与换热实验研究与分析

采用不同压力下的水蒸汽来加热微管,蒸馏水流过内径分别为215μm、322μm、530μm及765μm微管,实验同时测量了微管两端的压力降及流量.实验得到了Re数在100-7 000之间变化时的摩擦阻力系数f及Nu数,并与经典的流动阻力系数及经典层流、过渡流及紊流换热准则方程式进行了对比.实验结果表明,在Re数较低时,微管内部f值与经典的理论值基本相等,微管内部的Nu数略低于常规经典的换热准则方程式的解;在Re数增加到1 800-2 000时,f值偏离经典的层流解,但微管内的Nu数与过渡流准则方程式的解基本一致;当Re数增加到3 000-7 000左右时,f值达到或接近勃拉修斯解,管内部换热的Nu数达到常规尺度下的紊流换热方程式的解.[关键词]微管,摩擦系数,努谢尔特数     

添加剂对流动沸腾压降的影响

研究了添加剂对垂直铜管内流动沸腾压降的影响，实验介质为水，所用添加剂为分子量２５６万的聚丙烯酰胺胶乳（ＰＡＭ）及十八烷胺，测定了添加剂溶液流动沸腾两相流压降，并且用Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ分离流模型回归不同添加剂浓度下的液相摩擦因子ｆ１与液相雷诺数Ｒｅｌ间的函数关系，根据回归的模型方程计算两相流压降，与实验值比较其相对误差为１５％左右，研究结果表明，在一定热通量和一定浓度范围内，加入少量添加剂ＰＡＭ可     

波浪形扰流元件对管翅式换热器传热及压降的影响

为了进一步提高管翅式换热器在气体侧的传热性能,在矩形扰流元件对管翅式换热器强化传热以及压降影响的基础上,对特殊的波浪形扰流元件案例进行了数值分析。对比分析了1 000～1 400雷诺数范围内,矩形、上波浪形和下波浪形扰流元件以及无扰流元件案例对气体侧的传热特性以及压降的影响。结果表明:管翅式换热器的传热性能受扰流元件形状的影响较大,且在相同雷诺数下,采用下波浪形扰流元件可以显著增强气体侧的传热性能,同时又使得气体在流动过程中具有相对适中的压降。     

工质对180～230 K低温环路热管工作特性的影响

摘 要：低温环路热管（Loop heat pipe, LHP）是一种高效的两相传热装置,常被用在航天热控系统中。为探究用于空间探测项目中180～230 K环路热管的合适工质,采用乙烯、乙烷和丙烯为工质对LHP在不同热沉温度下的启动特性、工作温度对热负荷增大的响应变化及稳态传热热阻进行了实验研究。实验和分析结果表明启动前蒸发器和补偿器温度低于工质临界温度至少10 K时,LHP均能以5 W的热负荷成功启动。启动前蒸发器温度相近时,乙烷LHP和丙烯LHP的启动温升均在2 K以内,乙烷LHP启动时间短于丙烯LHP,工质汽化潜热和液体粘度差异是造成LHP启动时间差异的重要因素。工质对LHP工作温度随热负荷增大的响应影响不明显：蒸发器温度均随热负荷的增加而先减小后增大,最低工作温度出现于20～30 W,LHP达到稳定状态的时间随热负荷增大而缩短。工质能明显的影响LHP的稳态传热热阻,工质在外环路的压降是其影响LHP稳态传热热阻的重要因素,而工质的气相压降占外环路总压降的绝大部分：小的气相压降对应小的稳态传热热阻,同热负荷下的乙烯LHP气相压降小于乙烷LHP和丙烯LHP,且气相压降均随温度升高而减小,对应的乙烯LHP稳态传热热阻小于乙烷LHP和丙烯LHP,且传热热阻都随温度升高而减小,实验得到的LHP最小稳态传热热阻达到0.21 K / W。     

以水为工质的铜基微通道热沉的流态可视化与传热特性

设计了微通道流态观测系统,在低雷诺数(34～191)条件下,对以水为工质的一种铜基微通道热沉的流态、温差、压降与其传热特性的关系进行研究。通过可视化观察发现,此微通道的主要流态形式为环状流并随着热流密度的进一步增大呈现周期性震荡。在微通道出现干涸现象时,流体流量迅速下降至零。低入口雷诺数下,首次发现了微通道热沉底部轴向温度呈现中间低两边高的现象。这可能由于流态为充分沸腾的环状流时,与壁面的换热效率最高导致的。微通道热沉的压降损失随着雷诺数和热流密度的增加而增大。分析结果表明,流体流态是影响铜-水微通道热沉换热特性的决定性因素。     

引纬气流对纬纱作用的研究

引纬轴向气流对纱线的作用力和摩擦系数的计算在喷气引纬机理的研究中起着重要作用,本文推导并建立了该作用力和摩擦系数的计算公式,并且根据实验将其加以修正。同时也探讨了纱线半径及气流速度等因素对作用力的影响。     

微钢管轴向导热对对流换热的影响

以氮气为工质,流过内径为168μm、外径406μm微钢管,采用直接通电法进行加热,并使用红外成像仪加红外专用放大镜头测量了在恒定的流量下、不同加热功率以及相同加热功率、不同流量下的微钢管壁面的温度场,获得精确的微管外壁温度分布,同时测量了氮气的进出口温度和流量.根据实验结果分析了微管轴向导热对管内部对流换热的影响.研究表明,在氮气为工质下,微钢管轴向导热导致内部换热的减弱,减少量超过总对流换热量的2%.     

窄环形流道流体阻力与传热特性的研究

以蒸馏水为实验工质,用紫铜管对间隙为0.540～2.685 mm和间隙为0.540 mm的窄环形流道的流体分别进行了阻力和传热特性的实验研究。结果表明：窄环形通道内流体流动出现了从层流向湍流过渡提前的现象,且转捩雷诺数随着窄环隙尺寸的减小而降低。当Re〉750时,窄环形流道能够加强传热效果;而当Re〈750时,出现传热恶化现象,窄环形通道的传热系数小于理论计算的传热系数。     

水平管中气液两相流的流动特性研究

本文对水平管中气液两相流的流型分类，摩阻压降梯度在自制的实验台上作了系统的测定和研究，对气液两相流中这一经典课题得出的自己的见解和研究结果。     

Fluid flow and heat transfer characteristics of spiral coiled tube: Effects of Reynolds number and curvature ratio

Numerical analysis was performed to investigate flow and heat transfer characteristics in spiral coiled tube heat exchanger. Radius of curvature of the spiral coiled tube was gradually increased as total rotating angle reached 12π. As the varying radius of curvature became a dominant flow parameter, three-dimensional flow analysis was performed to this flow together with different Reynolds numbers while constant wall heat flux condition was set in thermal field. From the analysis, centrifugal force due to curvature effect is found to have significant role in behavior of pressure drop and heat transfer. The centrifugal force enhances pressure drop and heat transfer to have generally higher values in the spiral coiled tube than those in the straight tube. Even then, friction factor and Nusselt number are found to follow the proportionality with square root of the Dean number. Individual effect of flow parameters of Reynolds number and curvature ratio was investigated and effect of Reynolds number is found to be stronger than that of curvature effect.     

流体横掠圆柱数值模拟流态转换临界雷诺数的研究

采用层流模型和RNG k-ε紊流模型,对亚临界雷诺数条件(Re=300~300 000)下,流体横掠圆柱体工况进行了数值模拟,得出了此工况下扰流流态转捩的规律。与经典试验数据进行对比验证,结果表明,阻力系数Cd和斯特劳哈数St分别可在来流雷诺数小于22 000和100 000时采用层流模型计算,误差分别小于16.4%和7.3%。     

气—液混相流在静态混合器中流体力学性能的探讨

静态混合器是一种新型高效的化工单元操作设备.本文通过对其流体力学特性的研究,以简易的实验方法,提出气-液混相流在静态混合器中压力损失的关联式.其误差仅为10%左右.对于工程设计和计算具有实际意义.     

微管道内壁面轴向热流实验研究

以蒸馏水流过内径分别为168μm和399μm的不锈钢微管,研究了微管壁面温度分布和壁面轴向导热特征.依据微面热成像技术,用红外热像仪获得了恒定雷诺数和不同加热功率下微管壁面温度分布图.用一个简化的数学模型表示了壁面轴向导热和流体对流传热关系.实验和理论分析表明微管内壁面轴向导热量微小,与液体对流换热相比可以忽略.     

流体横掠圆柱体传热特性数值模拟的流态模型选择

采用层流模型、标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型,对亚临界雷诺数条件下(Re=300~300 000)的二维圆柱扰流进行了数值模拟与仿真,得到了圆柱壁面平均努塞尔数随雷诺数变化的规律。并得出结论:当Re≤3 900时,采用层流模型较合适;当3 900≤Re≤22 000范围内时,采用标准k-ε紊流模型较合适;当22 000≤Re≤300 000时,采用RNG k-ε紊流模型较合适。