一次表面整体回热器传热和流动性能数值研究新方法

本文建立了一种带壁厚多层全通道新模型,用于流动交错角θ为0°和60°的一次表面回热器(PSR),在相同传热量的情况下进行传热和流动的数值分析和比较。结果发现在保持相同壁面温度条件下,流动交错角为60°和0°模型沿程的压降△P,阻力系数f,以及对流换热系数h的相应比值基本保持不变。以此比值作为修正系数,在θ=0°全通道经验计算结果的基础上,对交错角为60°的PSR进行整体的传热和流动性能预测分析。     

波纹翅片管换热器空气侧传热与流动特性的数值研究

应用三维数值模拟的方法对1～5排波纹翅片管换热器空气侧传热与流动特性进行了研究,并通过实验验证了模型的可靠性。得出了不同Re数下管排数、管径尺寸与换热系数及空气侧压降的关系。利用场协同原理对不同Re数下空气侧换热特性进行了分析,即从流场和温度场相互配合的角度审视对流换热机制。     

带扰流片的矩形直通道内的流动与换热

建立了矩形直通道内三维可压缩流动与换热模型 ,对来流雷诺数Re在 1× 10 5～ 3× 10 5范围内 ,带顺排和错排扰流片的通道内部对流换热过程进行了模拟计算。计算结果表明 ,矩形扰流片具有明显的强化冷却效果 ,扰流片表面的对流换热系数明显高于光滑表面的值 ,有扰流片区域的壁面温度明显降低 ;错排扰流片与顺排扰流片相比 ,对流换热系数增大 4 %左右。计算结果归纳了传热和流动压降关系式。     

R290热泵供热换热器的节能性能研究

通过建立R290热泵供热换热器模型,对R290供热换热器的总传热系数进行计算,得出增大R290的质量流速,减小换热管的直径,降低冷凝饱和温度,可增加总传热系数,减少供热换热器尺寸,节约金属材料。通过对R290冷凝流动过程的压降计算,得到随着换热管内径、换热管长、R290质量流量和冷凝温度的变化,沿程阻力压降的变化最大,而局部阻力压力降和加速度阻力压降的变化较小。应从系统运行性能和加工成本等方面综合考虑,优化选择合适的管径、管长和R290质量流量,以节约能源,保护环境。     

不同螺旋角螺旋折流板换热器传热性能对比实验

对螺旋角为8°、12°、18°、30°、40°的螺旋折流板换热器进行了壳程传热性能和压力降测试,得到了相应结构下的总传热系数和压力降。然后通过对试验数据的整理分析,并进行曲线回归,得到了不同螺旋角的螺旋折流板换热器换热系数和压降经验计算公式。研究表明,实验条件下,30°螺旋角的螺旋折流板换热器的单位压降传热系数要优于8°、12°、18°、40°螺旋角的螺旋折流板换热器的传热系数。     

剪切层流蒸发液膜的传热特性

为克服理论分析中气液界面对流换热难以计算的问题,基于气相传热模型,建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜的传热模型,推导出无量纲液膜厚度和壁面对流换热系数与流动长度、界面切应力和初始雷诺数间的理论关系式.研究表明,受液膜蒸发的影响,液膜厚度沿流动长度不断减小,换热传热系数不断增加;同向切应力具有减薄液膜厚度和增大传热系数的作用;反向切应力则具有相反的作用,其影响更为明显.这一理论模型可以反映层流饱和蒸发液膜的传热特性.     

平直-波纹翅片扁平管外空气流动与换热特性的数值研究

利用Fluent软件,完成了平直翅片、波纹翅片和6种不同结构的平直-波纹复合翅片扁平管空气侧流动和换热的三维数值模拟研究。对温度场、速度场、表面平均传热系数、进出口压降、综合换热性能因子进行了分析对比,揭示了进口风速(1m/s～5m/s)、复合翅片中波纹翅片所占比例以及所处位置对翅片表面平均传热系数、通道进出口压降和综合换热性能因子的影响。结果表明,复合翅片中波纹翅片所占比例是影响进出口压降的主要因素;复合翅片中波纹翅片所处位置对换热性能的影响显著,但对进出口压降的影响很小;平直-波纹复合翅片可以提高蛇形翅片扁平管换热器的综合性能;当迎面风速大于2.6m/s时,B15P5型复合翅片的综合换热性能最优。     

R290微细通道流动沸腾摩擦压降特性研究

研究R290在管径为3、2和1 mm的水平不锈钢微细通道内,质量流率为73～505 kg/(m~2·s)、热流密度为12. 74～66. 05 k W/m~2、饱和温度为-10～25℃、干度为0～1的范围内的摩擦压降特性,分析R290流动沸腾过程中的摩擦压降变化。结果表明:换热管径尺度微型化使相同条件下的管内压降剧烈上升,质量流率对压降的影响最显著;热流密度的增加对压降的影响很小,几乎为零; R290不同饱和温度物性的改变是造成其不同温度时压降特性差异的主要原因,随着饱和温度的升高,摩擦压降变小;压降随着干度的变化在某个干度存在极值。     

大功率汽轮机叶轮轮缘传热系数的研究

提出了大功率汽轮机叶轮轮缘总传热系数的计算方法.介绍了汽轮机动叶片叶身平均对流换热表面传热系数和叶片流道下壁面对流换热表面传热系数的计算方法和计算公式.把汽轮机叶片对叶轮的传热简化为肋片传热,使用肋片传热模型计算汽轮机叶片流道的等效传热系数,采用圆筒壁模型计算汽轮机叶轮轮缘的总传热系数,并给出了应用实例.在汽轮机转子的温度场与热应力场有限元分析中,该计算方法为确定叶轮轮缘的传热边界条件提供了依据.     

水平内螺纹铜管内R404A的冷凝压降特性

对R404A在内螺纹铜管内冷凝压降进行了实验研究。为了给R404A在小管径换热器中应用的可行性提供依据,研究缩小管径带来压降上升的特性,设置了不同的影响因素来研究R404A在内螺纹铜管中的冷凝压降特性。实验工况为:饱和温度35～45℃,质流密度200～900 kg/(m~2·s),热流密度10 kW/m~2,入口干度0.1～0.9,内螺纹铜管管径分别为5、7和9.52 mm。实验结果表明:饱和温度对冷凝压降的影响主要集中在较高的质流密度区间,压降随饱和温度的升高而降低;压降随质流密度的增大而上升,随管径的减小而增大;随着干度值的降低,冷凝压降从一个峰值开始逐渐下降,其中5 mm管的压降下降速率最大;通过对比相对传热系数得出3种内螺纹管中,5 mm管的综合性能更好。     

R32在水平强化管内的流动沸腾换热特性研究

为研究制冷剂在内螺纹管内的换热情况,搭建集蒸发冷凝性能测试于一体的实验台,研究了替代工质R32在水平内螺纹管内的流动沸腾换热特性和压降特性。实验测试管外径分别为7和8 mm,进口过冷度和出口过热度为3～5℃,制冷剂质流密度为300～700 kg/(m~2·s),饱和温度保持在5～10℃,实验段水侧雷诺数为12 000～20 000,热平衡误差保持在5%以内。结果表明:制冷剂侧表面换热系数随制冷剂质流密度的增大而增大,随饱和温度的增大而减小,而水侧雷诺数Re对其并无影响;总传热系数随制冷剂质流密度、水侧雷诺数Re的增大而增大,随饱和温度的增大而减小;试验段压降随制冷剂质流密度的增大而增大,随饱和温度的增大而减小,水侧雷诺数对其无影响;在相同工况下,7 mm管比8 mm管的制冷剂侧换热系数以及总传热系数都大,但是其压降也比8 mm管大。     

R410A和R134a在水平强化管内的冷凝换热性能

为研究强化管的冷凝换热性能和强化换热机理,采用实验的方法对R410A在外径6.35和8 mm的光管及内螺纹管(螺旋角为18°和28°)中的冷凝换热性能进行了研究,并与R134a进行对比,实验工况:冷凝温度30和35℃,质量流速400～1 100 kg/(m~2·s)。结果表明:螺纹管冷凝传热系数强化倍率均显著大于内表面扩展倍率;R134a强化因子大于R410A,强化管对粘度、表面张力较大的制冷剂强化效果更显著;8 mm管强化因子大于6 mm,管径较大时,换热提升效果更好;水侧雷诺数为14 000时,8 mm、28°螺纹管在质量流速为500 kg/(m~2·s)时,管内外侧热阻接近,强化效果较好。     

Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性数值模拟

印刷电路板式换热器(PCHE)在太阳能、液化天然气等领域有广泛的应用前景。为了分析结构参数和运行参数对PCHE Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性的影响,本文采用Fluent软件进行模拟研究。数值结果表明,微通道直径越小、质量流速越大、出口压力越小,越有利于微通道内的冷热流体换热,但微通道内的压降也越大。研究成果将为PCHE的优化设计提供重要参考。     

基于低温烟气余热回收的纵翅片换热管性能模拟研究

纵翅片换热管是一种适合于低温烟气余热回收的换热部件,翅片的结构参数对管外烟气的换热性能和流动性能的影响较大。文中对三种不同高宽比的基管模型在六种不同入口速度下管外侧流体流动和传热特性进行数值模拟研究,研究结果表明:在相同雷诺数下,高宽比为1的基管模型换热性能最好,高宽比为2的基管模型进出口压降最小。进出口压降和平均对流换热系数随入口速度的增加而增大,因此在选择换热管入口烟气流速时,应在压降被允许的情况下,尽量选择较高的入口流速。     

水平微细管内CO_2流动沸腾换热与干涸特性研究

为分析饱和温度、热流密度、质量流率和管径对CO_2流动沸腾换热特性和干涸特性的影响,对水平微细管内CO_2流动沸腾换热进行了实验研究。实验工况:饱和温度-40～25℃,热流密度5～40 kW/m~2,质量流率180～1 400 kg/(m~2·s),管径0. 50、1. 0和1. 5 mm。实验结果表明:热流密度的增加显著影响核态沸腾换热,加快干涸发展进程的同时,降低干涸起始干度;换热系数受质量流量的影响较小,但质量流率的增加会降低干涸起始干度,干涸后的换热系数有所增加;不同饱和温度下换热特性差异的主要原因是CO_2的热物性受饱和温度的影响较大,饱和温度升高后干涸起始干度具有降低的趋势,且干涸后换热系数下降更为剧烈;在符合微尺度效应的前提下,管径的减小会极大地提高换热系数,同时降低干涸起始干度,干涸后换热系数下降剧烈。     

镍基合金管中CO_2工质700℃超临界传热特性实验研究

研究了超临界压力下CO_2在管径d分别为15mm和10mm的镍基合金水平圆管内的对流换热特性,并探讨了在700℃左右等壁温条件下工质的压力、温度和质量流量等参数对对流换热系数的影响.结果表明:压力和质量流量的增大均能明显提高对流换热系数,压力达到8 MPa时,617管和321管对流换热系数的峰值分别为174.2W/(m2·K)和166.6W/(m2·K);通过比较实验值与计算值发现,经典关联式的计算值误差较大;新拟合关联式的计算值有明显改进,误差小于12%.     

R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降特性研究

对制冷剂R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降梯度进行了定性的理论分析和定量的实验研究,分析不同影响因素下其变化规律。实验工况：质量流率50~1 020 kg/(m2•s)、热流密度1~70 kW/m2、管径1~3 mm、饱和温度-10~25 ℃、干度0~1。实验结果表明：质量流率的增大和换热管径的减小,都会造成摩擦压降梯度和增长幅度大幅增加;热流密度值的变化不影响摩擦压降梯度,但会影响摩擦压降达到最大值的时间;摩擦压降梯度随着饱和温度和管径的减小而增大;摩擦压降梯度在中低干度时快速增加,在高干度时增速减小趋于平稳,直至达到最大值后缓慢减小。     

碟式聚光斯特林系统地面混凝土桩储热研究

为了解决碟式太阳能斯特林发电系统的储能问题,建立1 kW β型碟式斯特林发动机储能的地上混凝土储热单元,采用计算流体力学方法,针对熔融盐流速v、储热时间t、换热管管径D、熔融盐初始温度T对混凝土桩蓄热量Q和对流换热系数h的影响进行双因素分析。结果表明：v与Q呈线性关系,但v的增大导致接触时间减少而不能充分换热,最佳流速为3 m/s;D越大达到相同Q所需时间就越短,但大管径会导致混凝土体积降低、蓄热量减少,管径为25 mm最佳;随着v的增加达到相同h所需温度越低;h随D的增大而减小,D越大达到相同h所需温度越高。通过优化管型,采用S型换热管,使得对流换热系数、蓄热量、蓄热效率都较直型换热管有所提高。     

一次表面回热器全程通道流动和传热分析

由于一次表面回热器全程通道流动与换热的复杂性,很难利用数值分析的方法确定传热系数,也给回热器的设计计算带来很大的困难。本文通过分析对比0°、60°和120°一次表面回热器换热单元的传热流动特性,提出了针对单元体与全程通道回热器之间换热流动关系的修正系数。并基于0°全程通道数值模拟结果,采用该修正系数完成了60°、120°全程通道回热器流动换热特性。     

同速对转涡轮盘腔内流动和换热特性

为研究对转盘旋转速度对盘腔内换热效果的影响,应用RNG k-ε湍流模型对中心进气、径向出流的同速对转涡轮盘腔内的流动和换热特性进行了数值模拟。揭示了盘腔内气体的流动结构、两盘壁面边界层内的径向速度、换热效率以及壁面温度分布特征,并进一步探究了转盘转速对上述流动和换热特征的影响规律。结果表明:对转盘腔内存在两个反向的回流涡胞,这两个涡胞的相对大小以及相遇的滞止点位置取决于进气惯性力和旋转力的相对大小;转盘近壁面流体径向流动速度与盘壁面的对流传热系数呈正相关变化;对于上游盘,低转速范围时转速对壁面换热影响取决于旋转径向力和进气惯性力对上游盘近壁面流体流动驱动作用的相对大小,高转速范围内增大转速,上游盘壁面传热系数增大,壁面温度降低;对于下游盘,壁面低半径区域的对流传热系数随转速增大而减小,而高半径区域的对流传热系数随转速增大而增大。