CC型通道波纹相对节距对流动与换热特性的影响

在三维空间上对CC(Crosscorrugated)型原表面换热器通道内流体的流动与换热特性进行了数值模拟。通道表面为正弦型曲面,上、下波纹板交错角固定为60°,节距与高度的比P/H取值范围为1.5~4.0。结果表明:当雷诺数Re约大于100后,各通道在中平面处产生的旋涡所形成的螺旋型自由剪切层开始变得不稳定,加强了流体间的混合;Re在约100~500的范围内,随P/H的增大,阻力系数f和平均努谢尔特数Nu增加,当Re继续增加(约大于2000)时,以P/H=2.2为界,P/H对f及Nu的影响呈相反的趋势变化;在适中的Re范围内,不同表面均可获得较好的表面性能,且随P/H的增大,获得最佳表面性能的Re减小。图12参8     

螺旋翅片管束换热过程的熵产分析

对不同翅片间距Sf、管束横向节距St和管束纵向节距Sl的9组螺旋翅片管束的换热和流动过程进行了试验研究.分析了换热过程的熵产,研究了雷诺数(RP)、翅片间距、管束横向节距和管束纵向节距对管束换热熵产数NsH、流动熵产数NsF和总熵产数Ns的影响.结果表明:对不同布置方式的管束,随着Re的增加,NsH迅速减小,NsF逐渐增加,Ns先减小后增加;翅片间距对NsH影响较小,在高Re下,翅片间距增大时,NsF和Ns均明显降低;横向节距对NsH几乎没影响,但随着横向节距的增加,NsF和Ns均明显降低;管束纵向节距对NsH、NsF和Ns的影响都很小.     

翅片参数对滴形管矩形翅片流动与换热能力的影响

利用Fluent软件,在翅片周长给定的情况下,对翅片长度不同的滴形管矩形翅片流动与换热进行数值研究,分析L和雷诺数(Re)对管外空气侧换热和流动的影响。结果表明:在计算的Re数范围内,随着Re数的增加,换热系数(Nu)逐渐增加,阻力系数(f)逐渐减小;就翅片管效率而言,L越大效率越高。     

矩形翅片椭圆管气侧流动与换热规律的数值研究

利用Fluent软件,在矩形翅片椭圆管尺寸给定的情况下,对椭圆基管偏移位置不同的椭圆矩形翅片管外空气侧层流流动与换热进行数值研究,分析偏置距离与椭圆管短轴半径之比Δx/b和雷诺数(Re)对翅片管空气侧换热和流动的影响。结果表明:在计算的Re数范围内,随着Re数的增加,努谢尔特数(Nu)逐渐增加,阻力系数(f)变化不明显;Δx/b=0.5的翅片管(Nu)数比Δx/b=-0.5的翅片管增大约4.83%~8.7%,Δx/b=0.5的翅片管外空气侧阻力系数比Δx/b=-0.5的翅片管增加约4.3%。就翅片效率而言,Δx/b=-0.5时翅片的效率最高。     

一种测试蓄热型波纹板流动传热特性的实验方法

通过实验方法准确而全面的测试得到蓄热型波纹板流动和传热性能,对于开发和设计紧凑换热器具有重要意义。瞬态实验方法可以求得蓄热型波纹板时间和空间上的平均传热系数,也即当量传热系数。单吹技术是一种应用单一流体的相对简单的瞬态实验方法,考虑蓄热型波纹板通道内波形板和定位板与空气层传热接触面积不同,拓展了单吹技术数学模型,并建立了相应的计算程序。将现有单吹实验装置中冷、热风进口分离开来,避免冷风流经加热装置,有效提高现有单吹实验装置的综合效率。测得DU-K(double corrugated-kaier,DU-K)波纹板的流动传热特性与Re拟合曲线,与文献中DU(double corrugated,DU)波纹板进行比较,在Re为1 000~11 000时,其传热特性平均比DU波纹板低17.41%,流动阻力平均比DU波纹板要低55.96%.针对DU-K与DU波纹板几何结构的不同,分析了DU-K综合特性较DU得以改善的原因。     

H型鳍片管性能优化的数值研究

基于Fluent平台,利用Realizable k-ε湍流模型对H型鳍片管的传热特性、阻力特性和综合性能进行了数值研究.结果表明:当烟气流速越高、翅片高度越小、翅片节距越小、管束横向节距越大、管束纵向节距越大时,H型鳍片管的传热系数越大;当烟气流速越高、翅片高度越大、翅片节距越小、管束横向节距越小、管束纵向节距越大时,H型鳍片管的流动阻力越大;当相对翅片高度为h/d=2.105、翅片节距越小、管束横向相对节距为s1/d=2.237、管束纵向节距越小时,H型鳍片管的综合性能最好.     

等节距缩放管内传热数值模拟及场协同分析

采用FLUENT软件对具有不同结构参数的等节距缩放管进行了对流传热数值模拟,研究了缩放角θ、喉径比γ及节距L对传热性能的影响,并用场协同理论进行传热强化分析。结果表明：雷诺数Re在4 138~5 977范围内,缩放角θ越大,努塞尔数Nu越大,压降Δp急剧增大;喉径比γ越小,努塞尔数Nu越大,压降Δp急剧增大;节距L在30~50 mm范围内,随雷诺数Re增大,节距L增加,努塞尔数Nu增大;在50~60 mm范围内,随雷诺数Re增大,节距L增加,努塞尔数Nu基本保持不变;等节距缩放管的缩放节能改善管内流体速度场和热流场的协同程度,提升管内对流传热水平。     

H型鳍片管束传热及流阻特性的数值模拟

在对H型鳍片管束的鳍片肋效率、流体物性以及管外壁温度与肋基温度差异分析的基础上,采用数值模拟技术研究了H型鳍片管束各结构参数对管束传热特性、流阻特性及综合性能的影响.结果表明:Nu随鳍片节距和厚度的增大先减小后增大,随鳍片开缝宽度和纵向管间距的增大而增大,随横向管间距的增大而减小;Nu随鳍片高度的增大,在低Re时与鳍片高度成正比关系,在高Re时与鳍片高度成反比关系;Eu随鳍片厚度、高度以及纵向管间距的增大而增大,随鳍片节距、开缝宽度以及横向管间距的增大而减小;综合因子j/f随鳍片高度、开缝宽度的增大而增大,随鳍片厚度、横向和纵向管间距的增大而减小,随鳍片节距的增大先减小后增大.     

除湿条件下波纹通道内对流传热传质的数值研究

通过数值计算对紧凑换热器一种波纹翅片通道内除湿条件下周期性充分发展的对流传热传质情况进行数值研究。计算采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法,湿空气流动Re数的范围为100～1100,Pr数为0.71,Sc数为0.61。讨论了不同波纹高度、波纹间距对阻力与换热的影响,给出了不同Re数下的浓度场,并对动量、传热及传质进行了定量比较分析。计算结果表明,整体Nu数及fRe数随着波纹高度的增加或波纹间距的减小而增加;浓度随着Re数的增加沿着流动方向迅速降低;计算能较好的满足Chilton-Colburn相似,表明传热特性均可类推到传质特性中去。     

高低板式换热器板片的换热特性分析及优化

为了强化船用板式换热器换热,对曲折形波纹板式换热器进行优化设计。采用数值模拟的方法,研究了曲折形波纹板不同波纹倾角、波纹高度下的流动换热特性。研究结果表明:曲折形波纹板内部流体的Nu数和阻力特性随着波纹倾角β的增大而增加,随着波纹高度a的增加而减小。通过优化得到的波纹板波纹角度为β=40°,纵向波高比a为0.4,与原曲折波纹板相比,同一流速下,新板片的换热性能提高了15.4%,阻力系数升高了16.2%,综合性能参数与原板片相比提高了22.3%。研究结果对船用换热设备的设计及优化奠定了理论基础。     

新型太阳能空气集热器瞬时效率影响因素分析

选取一种新型抛物线型波纹吸热板太阳能空气集热器作为研究对象,建立其数学模型和物理模型,利用ANSYS(有限元分析)14.0数值模拟软件,模拟空气集热器入口空气温度、吸热板涂层、某天不同时刻、波纹布置方式、空气流动方式以及吸热板波纹幅值对空气集热器换热特性及瞬时效率的影响。结果表明:吸热板入口空气顺流流动的温度越低、横向抛物线型波纹板上使用选择性吸收涂层会使得其吸热板平均温度降低,瞬时效率增大,在入口空气流速2.0 m/s时,使用选择性吸收涂层使得瞬时效率最大达68.5%。另外,空气集热器的瞬时效率随时间的推移先增加后减小,在13时时,效率最大达61.8%;吸热板波纹幅值的增加提高了空气集热器的瞬时效率且增幅逐渐减小,在幅值h=10 mm时,效率最大达75.4%。     

蓄热式波纹板孔隙率影响火用损特性的研究

本文采用瞬态实验法对8种不同孔隙率的波纹板蓄热元件的传热和阻力性能进行了研究(500Re11 000)。试验得到8种孔隙率的波纹板组件对应火用损和火用损系数随雷诺数Re变化的曲线。通过计算和比较不同孔隙率的试验元件在2 000Re9 000范围内的平均火用损EL,avg和平均火用损系数Ravg,得出孔隙率对试验元件火用损特性的影响规律,结果显示孔隙率P为6.8%和11.8%时平均火用损均较小为33.0 k J左右,孔隙率P=4.6%平均火用损最大达到41.5 k J。平均火用损系数随孔隙率的变化趋势与平均火用损类似,在52.4%~85.8%之间浮动。不同孔隙率试验元件对应的火用损和火用损系数随雷诺数变化曲线都呈先升高后降低的趋势,峰值点也即转捩点出现在2 000Re4 500之间,此时流动处于过渡态,热能的品位恶化最严重。实验结果表明:孔隙率6.8%的波纹板具有较好的经济性和传热性能。考虑到不同孔隙率波纹板火用损失转捩点的差异,应尽量避免使工况处在Re2 000或Re6 000的范围以保证蓄热波纹板的火用损和火用损系数处于较低的水平。     

设置三角形阻流件的通道内流动阻力特性数值研究

为了深入研究设置三角形阻流件的水平矩形通道内传热强化机理,采用k-ε两方程模型以及SIMPLE算法,对Re在1500～35 000范围内,流体流过该通道时的流动问题进行了数值求解.模拟计算的结果表明,当Re＞8 000时,阻力系数,随着阻流件顶角α的增大而减少;当Re≤8 000时,阻力系数,随顶角α和Re数的变化不明显;阻力系数.厂随着阻流件的高度h的增大而增加;在一定的高度范围内,与不设阻流件的光滑通道相比,设置阻流件通道的Webb性能因子田得到了改善.     

方形分离器结构优化试验研究

在冷态试验台上对特征尺寸D=300 mm的入口带加速段的方形分离器进行结构优化研究。结果表明:分离效率随着芯筒直径(d)、芯筒插入深度(s)的增大均呈先增大后减小的趋势;入口高宽比(a/b)与直段高度(h)对分离效率的影响存在交互作用;随着a/b的增大,分离效率先增大后减小;不同入口高宽比时,分离效率随直段高度的变化趋势不同,当a/b>5.92时,随着直段高度的增大,分离效率先减小后增大,在h/D=2.3时最低;当a/b<5.92时,分离效率随着直段高度的增大而减小;分离器阻力随着入口高宽比的增大而增大,随着直段高度的增大而减小。4个参数的最优值分别为:d=0.4D、s=0.6D、a/b=8和h=1.8D,此时对应的分离器阻力为1.22 kPa。     

波纹板式空气预热器内流动换热过程的数值模拟

对波纹板式空气预热器内换热与流动过程进行数值模拟,分析了波纹板片的结构特征、波纹倾角β、波纹高度H、波纹节距以及板间距对空气预热器性能的影响.结果表明:当波纹倾角和波纹高度增大时,换热性能提高但是压降增大,在β=45°、H=10mm时换热性能最优;波纹间距的改变对换热性能影响较小,但板间距的影响较为明显,综合考虑换热器的紧凑性,选用较小板间距能达到较好的换热效果.     

平直翅片换热器空气侧换热与阻力特性研究

以平直翅片管式换热器为研究对象,利用计算流体力学(CFD)软件进行流动与传热模拟计算。采用正交试验方法确定模型工况,对换热负荷15 kW,设计气温30℃,入口风速为1～5 m/s,管壁温度为40～60℃,翅片间距为1～5mm、翅片厚度0.5～4 mm、管纵向间距为0.5～2.5倍外管径,管排数为1～5排的计算工况进行努塞尔数、阻力因子的计算分析。参数敏感性分析结果表明:在1 mm≤翅片间距δ≤5 mm,444≤雷诺数Re≤3 405时,翅片间距δ是对努塞尔数Nu及阻力因子f影响最大的结构参数。在该范围内提出了由翅片间距与特征长度比值组成的无量纲参数对努塞尔数Nu与阻力因子f的计算关联式。该关联式参数图表明:翅片间距δ越小、雷诺数Re越大,对提高平直翅片努塞尔数、降低阻力因子越有利。     

废弃物锅炉错列管束的流动阻力特性

为给计算废弃物锅炉中的错列管束受热面的流动阻力提供参考 ,并就高水分烟气中水分浓度和几何结构的改变对流动阻力影响的一些机理进行了探讨 ,搭建一实验台 ,共做了 1 0 8种工况的实验。主要针对机理的探讨 ,实验工况主要针对Re较小层流流态。实验研究表明 :在相同主流速度、温度和几何结构条件下 ,高水分烟气的流动阻力小于空气 ,其原因在于烟气中水分浓度的增加改变了烟气的物理性质 ,增加了速度边界层的厚度和减小了烟气的动力粘度 ,进而减小了速度层流边界层的摩擦阻力。几何排列结构对流动阻力亦有影响 ,横向节距的减小将增大管束的流动阻力 ,纵向节距的增大将增大管束的流动阻力     

板壳式换热器流固耦合换热的数值模拟

以型号为IPS24的波纹板壳式换热器为研究对象,应用CFD软件ANSYS FLUENT16.0进行流体流动及耦合换热的数值模拟。结果表明:人字形波纹板结构对板壳式换热器传热性能有显著的增强,且能够有效地防止结垢;随着入口流速的增加,总对流传热系数增加,但也会导致压力损失增加,在流速为1.0 m/s时总传热系数达到1 519 W/(m~2·K),冷、热流体进出口压降也分别高达81.2和83.1 kPa。     

焦炉气同轴射流自由扩散火焰的特性

以焦炉气为燃料,纯氧气为氧化剂,采用双通道烧嘴在不同的射流速度下于敞开空间中进行垂直自由扩散燃烧,考察了Fr数、Re数对火焰长度的影响,以及焦炉气射流速度与火焰脱火高度的关系.实验表明,火焰由浮力控制区向动量控制区转变时的Fr数约为197,由层流区向湍流区转变时的Re数约为16000;火焰发生脱火的临界速度约为20 m/s.     

突扩流道内单相流动的数值模拟

对突扩通道内流体流动特性的研究具有重要的工程实际和理论研究意义。分别采用矩形网格和贴体网格,对不同扩张比(h/H)和不同入口Re数下突扩通道内的单相流动进行了数值计算,并将模拟结果与K.C.Karbi等[1]及Vijay K.Garg等[2]的计算结果进行了比较和分析。结果表明,当h/H0.5时,采用两种网格时的计算结果相差很小,且与实验结果吻合较好;但当h/H0.5时,两者的计算结果均偏离实验值较大。