扇形凹穴型微通道液体流动与传热特性的数值模拟

为得到扇形凹穴型微通道内单相液体流动与传热特性,以等截面矩形微通道为参照,利用FLUENT计算流体力学模拟与分析软件进行三维数值模拟,采用有限体积法离散模型和SIMPLEX算法进行层流计算,讨论扇形凹穴型微通道热沉在不同体积流量不同热流密度条件下流体流动特性和传热特性.模拟结果表明：较大Re条件下扇形凹穴型微通道具有很...     

波纹管层流传热与流动的三维数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT对波纹管在层流情况下的传热与流动问题进行了三维数值模拟。所模拟的波纹管的母线由多段凹凸圆弧组成(半径分别为R1和R2),其公称直径为20mm,长度为2m。模拟了几何参数R1、R2对其传热与流动性能的影响。在模拟过程中压力-速度耦合选用SIMPLEC格式,压力方程的离散选用Standard格式,其他方程的离散均选用QUICK格式。结果表明:与光管相比,层流情况下波纹管能显著强化传热,在雷诺数(Re)相等情况下,波纹管的R1越大、R2越小时的强化传热效果越好;在几何参数相同情况下,Re越大,强化传热效果越好,在所研究的范围内,Nu最大增加了199.5%。同时,波纹管还具有良好的流动性能,大部分Re的范围内流动阻力系数小于光管的情况,并且随着Re的增大而逐渐接近于光管的摩擦系数。     

直肋插入件强化高温传热的数值模拟

本文对直肋插入件高温换热管内的层流流动与强化传热进行了数值模拟。获得了恒热流率和变物性条件下的流均分布和温度分布,并考查了流体入口温度、热流率和插入件几何形状对插件管内充分发展的层流流动和传热的影响。     

正弦波纹管内的流动和传热数值研究

以正弦波纹管为几何模型,应用FLUENT软件,对管内的传热和流动进行了数值模拟,分析了流动状态和管道几何结构对传热与流动阻力的影响.计算结果表明,在层流和湍流时,流速都呈周期性变化.层流时,在当量直径相同的条件下,周期越大,其强化传热效果较差,而幅值较大,强化传热效果较好;在湍流时,幅值增加对强化传热影响较小,但幅值增加较大,传热和阻力都较大地增加了;为正弦型波纹管在换热领域的实际应用提供了理论依据.     

切应力作用下的层流饱和蒸发降膜流动和传热模型

处于切应力作用下的层流饱和蒸发降膜流动,具有广泛的工业应用价值和潜在的应用前景。基于力平衡和能量守恒原理,建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜传热特性的物理模型,推导出无量纲液膜厚度和表面传热系数与流动长度、界面切应力、界面对流换热强度、雷诺数间的非线性关系式,为从理论上揭示层流饱和蒸发液膜的传热机理提供了一种可供分析的数学模型。     

纵流壳程换热器数值模拟的应用研究

提出采用数值模拟的方法研究纵流壳程换热器,以克服实验研究方式的不足．利用相似理论,确定换热器的数值模拟模型,分析了各结构参数变化对其传热和流动性能的影响,结果表明：单排管间布杆、减小折流栅间距、增大管束长径比均有利于传热,但同时也增大了流动阻力;并利用最小二乘法,进一步回归出纵流壳程换热器层流下的传热和流动阻力的准数关联式．显示出采用数值模拟方式对换热器进行研究和开发的显著优点     

转盘——静盘系统内流动的研究

由于开式转盘－静盘系统比较真实地模拟了航空发动机涡轮盘腔内有冷却空气通过时的流动情况,因此本文采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法对具有中心射流的旋转盘腔中的流动和换热进行了计算研究。控制方程采用轴对称园柱坐标系下的形式。从计算过程和结果来看,入口冷却空气的流速Ｕｉｎ（又可表现为雷诺数Ｒｅ）、转盘的旋转角速度ω（又可表现为旋转雷诺数ＲｅΦ）、入口孔径比等均对流场有影响。本文对这种变化的影响重点讨论了出气口处径向     

纵流壳程换热器数值模拟的应用研究

提出采用数值模拟的方法研究纵流壳程换热器,以克服实验研究方式的不足,利用相似理论,确定换热器的数值模拟模型,分析了各结构参数变化对其传热和流动性能的影响,结果表明,单排管间布杆、减小折流栅间距、增大管束长径比均有利于传热,但同时也增大了流劝阻;和并利用最小二乘法,进一步回归出纵流壳程换热器层流下的传热和流动阻力的关联式,显示出采用数值模拟方式对换热器研究和开发和显著优点。     

错位角对管内双螺旋扭带层流换热特性的影响

为了提高管内层流换热性能,根据螺旋扭带的传热强化机理开发了双螺旋扭带作为管内扰流元件.在管内双螺旋扭带间隙比和长径比不变的情况下,通过数值模拟对内置不同错位角的双螺旋扭带在Re=100~1 200范围内的管内层流换热与流动特性进行研究.结果表明:在Re500情况下错位角为0°的连续扭带Nu最大;当Re=500~1 200时,Nu分别在错位角为60°和错位角为0°达到最大值和最小值,前者比后者大2%~12%;阻力系数f在Re=100~1 200范围内随雷诺数的增大而减小,随扭带错位角的增大而增大;当100Re≤900时,错位角为0°对应的强化传热比PEC最大,而在Re900情况下,PEC在60°错位角最好,Re500情况下,90°错位角的PEC值最小,始终小于其它错位角,在双螺旋扭带结构设计中应引起注意.     

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     

线性分层流中圆柱绕流数值模拟方法研究

为达到研究连续分层流中航行潜体尾迹探测之目的,探讨了线性分层流中基于多相流混合模型的圆柱绕流数值模拟方法。首次采用LES方法数值模拟了高傅汝德数下分层流动,成功模拟出试验条件下对应傅汝德数下的尾迹特征;用RANS方法实现了对低傅汝德数低雷诺数下分层流动流场的定量描述;通过对高雷诺数不同湍流模型下的流动展开讨论,发现采用不受各向同性假设限制的RSM模型进行分层湍流数值模拟是合理的,且对近壁面的处理要采用壁面函数的方法。基于多相流混合模型建立了傅汝德数从低到高,粘性模型从层流至湍流各个取值段模拟分层流动的数值方法。     

管内插入扭带的强化传热数值模拟

为了定量研究管内插入扭带的强化传热方式,建立了以空气为传热介质的管内插入扭带强化传热的套管式换热器模型,进行了数值模拟研究,与实验结果相比较,在高Re的紊流流动状态下,得出了非常一致的结果.研究表明,扭转比越小,传热效果越好,同时摩擦阻力系数越大;流体温度越高,辐射传热的效果越明显,传热效果越好;压力对传热效果的影响包含在Re和Pr中.     

摩擦磨损试验机极地低温环境的模拟研究

为模拟极地甲板机械摩擦性能实验所需的低温环境,利用德国Julabo专家型超低温加热制冷循环器FP89-HL作为冷源,使用轻盈坚固的铝合金制作为腔体,研制出了分别用于往复摩擦磨损试验机和旋转销盘摩擦磨损试验机的两种低温腔. 建立了腔空气流动与换热的物理和数学模型,并运用FLUENT软件进行模拟仿真. 实验结果表明:在环境温度为18 ℃条件下,往复式低温腔内最低温度可达-64 ℃,旋转式低温腔内最低温度达-70 ℃,且仿真结果与腔体测温实验结果吻合良好. 将低温循环系统与摩擦磨损试验机相结合进行低温摩擦磨损环境的设计、模拟和实现,拓宽了摩擦磨损试验机的工作温度范围,相比于传统的仅对试样冷却的低温摩擦磨损试验机而言,通过环境冷却模拟真实的低温摩擦工况具有更加接近实际工作条件的优势.     

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。     

内置偏心螺旋扭带换热管层流传热的数值模拟

利用数值模拟方法对本文提出的内置偏心螺旋扭带换热管模型的层流传热特性进行计算与分析.研究结果表明:在一定的结构参数范围内,换热管的对流传热系数随着扭带偏心率的增加而增大,且雷诺数越大增幅越显著;在层流状态下,增大扭带偏心率能降低流体流动阻力系数,特别是在较低雷诺数下,阻力系数降低的程度更为明显;在雷诺数及扭带偏心率一定的情况下,换热管的对流传热系数随扭带扭率的减小而增大,但阻力系数也相应增大;换热性能评价指标在层流状态下均大于1,且随着偏心率及雷诺数的增加而变大,但当Re1 500后评价指标产生小幅波动,表明流体逐步由层流状态过渡到湍流状态.     

双辐板涡轮盘轴向通流旋转腔流动换热数值研究

采用计算流体力学商用软件CFX对双辐板涡轮盘腔进行三维稳态数值模拟,针对固体盘温度分布和流动结构及换热情况比较复杂的中心轴向通流旋转腔进行数值分析.轴向通流旋转腔流动换热具有周期性特征:腔内在一个周期中形成了一对涡团,其形状基本保持不变,并在盘中旋转;盘壁面的对流换热系数在一个周期内基本保持不变.     

IGBT水冷散热器实验与仿真

水冷散热器是保证大功率交流传动电力机车变流装置正常工作的有效散热装置,其散热性能与流动阻力是一直研究的热点。因水冷散热器内的流速较低,Re数处于层流和湍流之间,导致内部流动状态的确定非常困难。为此,对某大功率交流传动电力机车变流装置中的2种方案IGBT水冷散热器进行研究。考虑到IGBT元件不能长时间工作在极限工况,损耗特性与结温相互影响等问题,实验中采用了自制的模拟热源代替IGBT元件。探讨了层流模型、标准k-ε模型和6种低Re数湍流模型(Abid、Lan-Bremhorst、Launder Shorma、Yang-Shih、Abe-Kondoh-Nagano、Chang-Hsich-Chen)对仿真结果的影响。通过仿真结果与实验数据的对比可知,层流和标准k-ε模型可以表示温度和压降结果的上下限,Lan-Bremhorst低Re湍流模型得到的温度和压降与实验数据较为吻合,其余5种低Re数湍流模型的温度结果与标准k-ε模型基本接近。     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

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%。     

水蒸气模拟巷道火灾烟气的相似理论与数值计算

为了准确地模拟火灾烟气的温度变化规律,以流体力学的相似理论为基础,首次提出采用过热水蒸气在空气中的运动模拟火灾产生的高温烟气在空气中的蔓延和热量传递过程,采用相似变换法推导了水蒸气模拟的相似准则数和相似比例关系;建立与实体巷道相似比例为1:20的模型巷道,数值研究了 自然通风条件下水蒸气的运动特性和温度演化情况.此外,...