复合式波纹板传热与阻力特性单吹瞬态实验研究

DN型波纹板传热元件是回转式空气预热器中的常用板型,但有关DN板的研究报道较匮乏。文中采用一种改进的单吹瞬态技术对DN板的传热、阻力特性展开实验研究,测量DN板的传热和阻力系数。实验结果表明DN板的传热、阻力性能与DU板相当,而介于CC板和平行平板之间。实验发现DN板的传热系数j和阻力系数f随着雷诺数Re的增大而减小。根据本文实验数据拟合了DN板特性参数j和f数的实验关联式。     

回转式空气预热器蓄热元件流动传热数值模拟

为研究回转式空气预热器蓄热元件流动与传热特性,采用Fluent软件对3种搪瓷蓄热元件进行数值模拟,获得蓄热通道速度、温度、压力云图及不同雷诺数下努塞特数和阻力系数的变化图像。模拟结果表明:3种板型蓄热元件阻力系数随雷诺数的增加而减小,努塞特数随雷诺数的增加而增加;增加斜波纹的蓄热元件传热性能提高,流动阻力增大,波纹参数是影响蓄热元件流动阻力的重要因素,壁面温度对其影响较小。该结果可为回转式空气预热器蓄热元件的优化设计提供参考依据。     

平行平板通道内置螺旋线圈流动传热特性

通过实验与三维数值模拟相结合的方法,对内置螺旋线圈平行平板通道的流动及传热特性进行了研究,发现相对于无扰流填充物的平板通道,螺旋线圈的应用能够显著地强化传热,相同Re数下Nu数增幅为29%~141%,相应地阻力系数增幅为26%~175%。数值模拟的结果显示,流体受螺旋线圈的诱导可产生多纵向涡流动,增强了速度在垂直于壁面方向的分量,同时导致温度场发生明显改变,使得速度场与温度梯度场的协同性能得到提升,从而强化了传热。在700相似文献   

波纹结构参数对搪瓷蓄热元件传热及流动特性的影响

为了缓解回转式空气预热器积灰和低温腐蚀,大部分电厂在空气预热器冷端采用搪瓷蓄热元件。本文利用数值模拟方法对一种常用的搪瓷蓄热元件进行分析,研究其传热及流动特性随波纹高度与宽度等结构参数的变化规律,从而优化蓄热元件设计。研究结果表明:增大搪瓷蓄热元件波纹高度和宽度,有助于强化传热,但同时使流动阻力增大,且随着波纹高度和宽度的增加,阻力系数f增幅远大于努塞尔数Nu的增幅;在回转式空气预热器内部布置空间充裕的情况下,可通过适当减小波纹高度和宽度,获得搪瓷蓄热元件良好的流通特性,从而减小送、引风机电耗,降低电厂运行成本。     

脉动流条件下带突起内翅片管强化传热数值研究脉动流带突起内翅片管强化传热数值研究

对一种周期性带突起纵向内翅片管通道内的流动与传热特性进行了非稳态三维数值模拟。分析了带突起内翅片管通道在进口流速呈正弦波脉动流时其横截面二次涡流在1个脉动周期内的变化规律；得到了内翅片管平均Nu数及阻力系数f在一个脉动流动周期内的变化规律；同时进一步计算分析了不同脉动流脉动频率对内翅片管传热性能及阻力性能的影响。研究表明：在脉动流动的影响下纵向内翅片管的传热能力得到强化，随着脉动频率的增加，纵向内翅片管传热系数的增大幅度逐渐大于阻力系数。     

二次球窝/凸结构的流动控制及强化传热分析

球窝、球凸结构具有较好的强化传热效果,在换热器、燃气轮机冷却通道等传热设备上有较大的应用前景。采用数值模拟方法研究带有二次球窝/凸结构的矩形换热通道的传热及阻力特性,计算中采用SST k–湍流模型求解粘性Navier-Stokes方程,分析二次球凸截面直径对于通道流动及传热的影响。研究结果表明:二次球凸的加入对球窝腔内部及其下游光滑尾迹区的流动有明显的控制作用,同时在很大程度上影响了换热区域的努塞尔数Nu分布。相比于单球窝通道,二次球凸加入后球窝腔内以及下游光滑尾迹区的换热得到了明显的强化,并且随着二次球凸截面直径的增大,传热强化的程度逐渐增大,同时通过压力损失系数的变化规律可知,布置二次球凸结构强化传热的同时带来的压力损失非常小,可见二次球凸是一种有效的小流阻强化传热手段。     

矩形偏心翅片椭圆管流动与换热的数值研究

采用Fluent软件,在进口空气流速v=0.5~4.0m/s下,对不同波纹倾角(θ=0°、θ=5°、θ=10°、θ=15°、θ=18°)的矩形偏心波纹翅片椭圆管换热器翅片间的流动与换热规律进行了三维数值模拟,分析了不同雷诺数Re和波纹倾角θ对矩形偏心波纹翅片椭圆管换热器的翅片表面平均努塞尔数Nu、压差损失Δp以及翅片管综合换热性能因子j/f的影响。研究结果表明:矩形偏心平直翅片椭圆管的综合换热性能最佳;适当增加翅片前端迎风侧波纹倾角,减小翅片后部区域波纹倾角,可同时起到增强换热、减少阻力损失的双重作用。     

单/多狭缝射流冲击柱状凸形表面流动和换热特性

为分析单狭缝、双狭缝和四狭缝射流冲击柱状凸形表面的流动换热特性,应用Realizable k-模型对其展开数值研究。通过与实验数据对比验证了数学模型的适用性,比较探讨了单、多狭缝冲击射流的流场分布、边界层分离现象和冲击换热特点。结果表明:单、多狭缝射流冲击柱状凸形表面,气体分别在流动阻力和相邻狭缝射流逆向相遇阻力形成的逆压梯度作用下,发生边界层分离;随流动发展,多狭缝射流在相邻射流逆向相遇作用下,Nu迅速下降至最低值,随后在逆流作用下有所回升;每狭缝具有相同雷诺数Re条件下,当狭缝数目增加时,Re的增加对提高平均努塞尔数Num的效果相对较小,当无量纲曲率半径(D/B)增大时,Num对Re的变化更加敏感,增大Re将有效地增加表面Num;狭缝射流总流量一定时,狭缝数目越多,Num越小,局部努塞尔数Nu分布越均匀。     

矩形通道中斜截半椭圆柱面传热和流阻数值模拟

在雷诺数Re=7000～26800 范围内,对布置单排1对斜截半椭圆柱面的矩形通道内空气传热和流动特性进行三维数值模拟,用无量纲数R分析斜截半椭圆柱面斜截角α、攻角β、高度h、距入口间距S、前缘间距s、布置方式对其在通道内强化传热和流阻综合性能的影响.结果表明,在计算条件下,α=20°、β=15°、h=5 mm、S=100 mm、s=30 mm、渐扩式布置(前缘低后缘高、凹面相对)的斜截半椭圆柱面在通道内的强化传热和流阻综合性能最好.斜截半椭圆柱面在通道内产生的端部涡系对其强化通道内传热和流体流动结构的改变发挥了重要作用.     

肋板正方形通道传热与流动特性

根据质量、动量、能量守恒定律,采用SIMPLEC算法,对空气在内置肋板正方形通道的传热与流阻特性进行数值模拟,分析了不同攻角和开缝位置对通道传热综合性能的影响;通过对局部流场、温度场、热流密度、绝对涡量、阻力因子的分析揭示了空气在内置肋板正方形通道的传热强化与流动减阻机制。结果表明:攻角为30°时通道的传热综合性能最佳,在此基础上进行肋板的底部开缝可以进一步降低阻力和强化传热速率,提高传热综合性能;通道内加装肋板可以导流通道二次流,均化通道流场,加强近壁区流体与主流区流体的置换程度,从而提高通道的传热速率;绝对涡量可以表征单一二次流的强化,但不能完全表征开缝通道的传热强化现象;肋板攻角及开缝的流动减阻主要降低了通道的形体阻力。     

纵向涡流发生器强化传热数值研究进展

对近年来纵向涡流发生器在换热器气侧强化传热和流阻性能的数值研究进行综述,内容包括:纵向涡流发生器类型及布置方式;纵向涡流发生器强化传热和流阻性能;纵向涡强化传热机理.分别对带斜截半椭圆柱面和斜截半椭圆柱体矩形通道内的层流流动和传热进行数值模拟.结果表明,两涡流发生器强化传热效果几乎相同,比平直通道高72.7%～133.1%;压力损失分别比平直通道增加100.4%～168.3%和108.1%～183.5%,斜截半椭圆柱面强化传热和流阻综合性能优于斜截半椭圆柱体.     

泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟

实验研究和数值模拟了泡沫金属三维矩形通道内的流动和传热,引入基于渗透率的雷诺数和达西数,确定了泡沫金属对流换热和流动阻力的准则关系式,并分析了多孔结构参数和气体流速对对流换热系数、阻力系数的影响。研究结果表明:泡沫金属对流换热模拟结果与实验数据趋于一致,互为验证了可靠性;泡沫金属的换热强度和流动阻力均随孔径的减小(孔密度的增大或孔隙率的减小)而增大,大孔径的泡沫金属具有较好的对流换热综合性能;气体流速的增加有利于强化换热。     

交叉螺纹型换热管数值模拟研究

采用数值计算方法研究了流固耦合条件下，雷诺数Re在415 716～692 861范围内交叉螺纹型换热管内结构参数对传热与流动特性的影响，并采用双目标优化的方法得到平衡其传热与阻力特性的最优解及相关设计参数。结果表明:交叉螺纹管的努塞尔数Nu、阻力系 数f分别增大为光滑管的1.37~1.94倍、1.75~4.70倍；交叉螺纹附近的旋流使得管壁处压力梯度和湍流动能增大，对热边界层的扰动增强，从而使其换热性能提高；利用遗传算法得到双目标优化的Pareto前沿，并给出了最优解的平衡点C，其对应的Nu、f分别为2 161、0.058 8，设计参数为Re=689 453、n=6、h/di=0.253、p/di=0.558 8。因此，根据传热与流阻性能进行决策时，若传热性能占优则从C—E中寻找最优解，否则从A—C中选择最优解。     

椭圆形全玻璃真空管太阳能集热器非稳态数值模拟

采用数值模拟的方法研究了三维非稳态椭圆形截面全玻璃真空管太阳能集热管内工质的流动特征和传热性能。通过分析努塞尔数Nu、管内流体自然对流瑞利数Ra、流体涡量?、流体轴向速度u、集热器的平均热效率η5个参数,比较截面短长轴比?分别为0.6、0.9、1.0的3种椭圆形截面全玻璃真空管太阳能集热器集热管内工质的三维非稳态流动特征和传热性能。结果表明:η、Nu、Ra随着短长轴比的增加而增加,短长轴比为1.0的圆形截面集热管比短长轴比为0.6的椭圆形截面集热管η、Nu、Ra高,因此圆形截面集热管传热性能和流动性能最好;集热管内存在涡旋,管箱连接处的涡旋强度最大,到集热管底部的涡旋强度越来越小,椭圆管内的涡旋强度大于圆管;集热管内的轴向速度呈余弦函数分布。     

带肋矩形单通道流动传热数值模拟

针对燃气透平第一级动叶内部冷却通道,建立一个带45°斜肋的冷却通道的流动模型和固体模型,对流动模型进行计算,分析肋片对冷却气体流动和通道中传热的影响,并将流动计算得出的传热系数导入到固体模型中进行计算。结果表明:肋片引起气流的分离与再附着,并引导气流产生横向的流动,加强了壁面大部分区域的传热;当入口Re达到19 413时,可以满足冷却要求。     

不同实度扰流柱阵列的流动与换热特性研究

采用剪切压力传输SST k-?湍流模型对3种不同实度扰流柱阵列的换热效果与流动特性进行数值模拟。根据冷却流体的流场结构,分析扰流柱实度对冷却通道内传热性能及压力损失系数的影响规律。结果表明:随着扰流柱阵列实度等级的增加,冷却气体动能降低,其流向速度呈周期性分布,通道内端壁面积缩小,但低温区域所占面积比重明显增大;扰流柱阵列的平均换热水平随进口雷诺数的增大呈指数上升趋势,高实度的扰流柱换热效果更佳,且在流场上下游分别出现换热峰值;冷却通道的整体压力损失系数随进口雷诺数的增大呈指数下降分布,高实度通道下降速率最大,其整体压力损失系数在高雷诺数阶段达到最低,在流向上沿程压力损失系数呈先降后升趋势。     

环境风下太阳能PV板对流散热特性实验研究

在实验室条件下,通过建立环境风道,采用电加热的方式,对PV板在环境风下的对流散热损失进行实验研究。考察倾角α、风向角θ、风速V以及热流密度q对PV板表面对流散热特性的影响,得到了不同条件下PV板表面平均对流热损失努谢尔特数Nu的变化规律。结果表明,在任意风向角下,当风速较小时,Nu对PV板倾角变化并不敏感,但是随着风速的增大,倾角对Nu的影响不断增大。当PV板在背风侧时,Nu随着倾角的增大有一个迅速减小的过程;此外,以风速1 m/s为转折点,低风速下Nu随风速的变化规律与高风速下明显不同。     

横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究

为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机制的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究,获得了横向节距对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式.结果表明:在横向相对节距范围2.31～3.15,相同雷诺数Re和纵向节距下随横向节距增大,翅侧努谢尔数Nu变化在±3%内;欧拉数Eu减小约20%;综合传热性能j/f(科尔伯恩传热因子与范宁摩擦因子比值)增大约25%.通过与错列光管管束的比较,表明锯齿螺旋翅片管束强化换热性能较优,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景.     

正弦型波纹管二次流强化换热模拟研究

基于计算流体力学理论,采用全模型的数值模拟方法,对不同波纹周期和波峰高的正弦型波纹管进行了研究,分析了其管内流动与换热的规律。结果表明:由于波纹管内螺旋二次流的存在,改善了雷诺数对正弦波纹管换热系数的影响,进一步提升了波纹管的换热性能,在湍流条件下,较小波纹周期和较大波峰高的波纹管换热性能更优;在相同条件下,通过改变波纹管的波纹周期,最高可使波纹管强化传热效果达到光滑直管的约4.1倍,改变波峰高最高可达到约4.5倍的强化效果;在实际工程应用中,可通过减小波纹周期或增加波峰高,强化波纹管流体产生二次流,从而降低其流体的流动阻力,以提升其换热性能。     

矩形通道中不同涡流发生器对换热和压降的影响

对矩形通道内布置单排一对直角三角翼、矩形翼等以及研制的斜截半椭圆、半圆柱面涡流发生器的换热和压降特性进行了对比性实验。实验雷诺数Re在700～26800范围内,所有涡流发生器采用相同的高宽比、斜截倾角、迎流攻角和前沿间距。结果表明,斜截半椭圆柱面强化换热和压降综合性能最好。Re为700、4000和2×104时,最高局部换热系数分别约比平直流道增加了16.9%,9.3%,11.4%。斜截半椭圆柱面的阻力损失比矩形翼要小得多,Re为2×104时,约比矩形翼低37.9%。经分析,斜截半柱面涡流发生器能够产生端部涡和根部马蹄涡系,具有优越的强化换热效果,且由于其流线型柱面而压降较低。柱面相对柱体加工简单,制作方便。