夹套式上升管内荒煤气对流辐射传热的计算

通过理论推导和数值计算,分析了荒煤气在上升管内流动的对流传热和辐射传热问题。基于热平衡方程推导得到上升管内荒煤气流动传热微分方程,考察荒煤气进口温度、内壁面发射率、对流传热系数和斯坦顿数对上升管内壁面温度变化和荒煤气出口温度的影响。采用Matlab软件编制四阶Runge-Kutta计算程序求解,得出上升管内壁温度沿轴线方向的变化曲线和荒煤气的平均传热系数,荒煤气在夹套式上升管中的平均传热系数为30 W/(m^2·K)~36 W/(m^2·K),将此计算结果与他人的成果进行对比,吻合较好,误差为10%左右。结果表明:辐射传热过程主要受内壁面发射率和荒煤气进口温度的影响,内壁面发射率越大,辐射传热量越大;流体速度对对流传热的影响很大,随着流速的增加,对流传热量增大;焦炉在一个炼焦周期内,应该合理控制荒煤气的流量,可避免上升管内壁焦油的凝结;在设计上升管时,增大内壁面的发射率,可以提高上升管的传热效率。     

非均匀加热波纹管内高温三元氟盐的传热研究

为了分析波纹管对高温熔盐传热工质的强化传热效果,选用三元氟盐高温熔盐为研究对象,对比分析了三元氟盐在光管和波纹管内的对流传热性能,并研究了熔盐速度、非均匀热流密度对其传热性能的影响。数值模拟结果表明,波纹管比光管具有更好的对流传热性能。另外,模拟分析了当量直径相同、波深波距比不同的五种波纹管中三元氟盐的传热性能,结果表明波纹管的波深波距比和雷诺数都对传热性能有着显著的影响。在一定范围内三元氟盐在波纹管内的对流换热系数随着雷诺数的增大而增大,当波深/波距比高于0.2时,对流换热系数开始减小,可以得到当波纹管的波深/波距比值在0.2左右时波纹管的对流换热系数可以达到一个相对较优的值。     

内插螺旋弹簧核心流强化传热实验研究

对管内插入不同圈径的螺旋弹簧在核心流强化传热区域的传热效率进行了实验研究,分析了弹簧圈径大小对核心流强化传热效率的影响。结果表明,在管内核心流区域插入螺旋弹簧对传热具有显著的强化作用,其强化效果与插入弹簧的圈径大小以及流体状态有关。     

缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数据进行验证,进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析,分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响,并探讨其强化传热机理。结果表明:Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动;在双对数坐标系内,壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大,阻力系数f则呈线性降低的趋势;壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大,随螺距S的增大而减小,阻力系数f则相反;缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大,平均缠绕直径D的影响最小;增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层,增强流体扰动,加快温升速度,强化壳程传热,而增大螺距S则使速度边界层变厚,减小流动阻力的同时降低温升速度,不利于壳程强化传热。     

多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流传热的积分解

应用边界层理论和局部热平衡传热模型,建立控制方程组,理论分析了多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流的传热特性。采用数量级分析法简化控制方程组,再进行积分求解。结果表明：多孔泡沫金属对自然对流具有强烈的扰动作用,使边界层发展很快,其厚度远大于光壁面时的边界层厚度,在等温竖壁面条件下本文所选的参数范围内(孔隙率0.9～0.95,孔密度5～40PPI),孔隙率越大、PPI越大,边界层也越厚;空气流速很快达到最大值,且此后的速度峰值几乎维持不变;自然对流传热的强化效果非常明显,相比光壁面,加入孔隙率0.9、孔密度5 PPI的多孔泡沫铝后其强化倍数达9以上,但孔隙率、孔密度增大时,流体边界层厚度增长过快,会使得传热恶化。     

板-泡式换热器传热及阻力特性数值模拟

开孔泡沫金属由于其复杂的三维网状结构,当流体通过时会发生非线性扰动,湍流程度增强,使得泡沫金属和流体之间发生强迫对流换热,基于开孔泡沫金属能强化传热的特性开发了高效紧凑的板-泡式换热器。利用FLUENT多孔介质模型对板-泡式换热器的传热及阻力特性进行数值模拟。研究结果表明:在导热隔板间填充铝泡沫金属,换热器的传热效率明显提高;在相同速度下,换热效率随孔隙率的增大而减小;努塞尔数随着流道高度的增加而增大,且随着雷诺数的增大,其影响越来越明显。同时以数值计算结果为基础,拟合得到400Re4 000范围内努塞尔数以及阻力系数准则关系式。研究结果可为板-泡式换热器的结构优化和设计制造紧凑换热设备提供参考。     

缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数据进行验证,进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析,分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响,并探讨其强化传热机理。结果表明：Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动;在双对数坐标系内,壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大,阻力系数f则呈线性降低的趋势;壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大,随螺距S的增大而减小,阻力系数f则相反;缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大,平均缠绕直径D的影响最小;增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层,增强流体扰动,加快温升速度,强化壳程传热,而增大螺距S则使速度边界层变厚,减小流动阻力的同时降低温升速度,不利于壳程强化传热。     

在拟牛顿和非牛顿型流体中气泡运动的理论和实验研究

T.Tsukada 等人对拟牛顿和非牛顿型流体中,气泡上升的形状和终端速度作了理论和实验的研究。对于非牛顿型流体,选用指数规律模型作为其构造模型。作者利用有限元数值分析法较好的预测了这类气泡的形状和上升速度。实验和理论研究都发现,无论是牛顿型流体或者是非牛顿型流体,随着气泡直径的增     

格拉斯霍夫数物理意义的一种解释方法

格拉斯霍夫数是将影响对流传热膜系数因素进行量纲分析得到的无量纲数。国内外几乎所有《化工原理》教材均将其解释为表征自然对流的影响,但解释过程均较为模糊。本文以一垂直平板与大空间液体的自然对流传热过程为例,将流体在垂直平板附近的热边界层内流动等效到圆管内流动,直接用泊稷叶公式计算出热边界层内流体流动为层流时的环流速度,取等效圆管的当量直径为特征尺寸,明确得到格拉斯霍夫数是雷诺数的一种变形,表征自然对流时惯性力与黏性力之比。     

格拉斯霍夫数物理意义的种解释方法简

格拉斯霍夫数是将影响对流传热膜系数因素进行量纲分析得到的无量纲数。国内外几乎所有《化工原理》教材均将其解释为表征自然对流的影响,但解释过程均较为模糊。本文以一垂直平板与大空间液体的自然对流传热过程为例,将流体在垂直平板附近的热边界层内流动等效到圆管内流动,直接用泊稷叶公式计算出热边界层内流体流动为层流时的环流速度,取等效圆管的当量直径为特征尺寸,明确得到格拉斯霍夫数是雷诺数的一种变形,表征自然对流时惯性力与黏性力之比。     

流体振荡器气泡碎化特性数值模拟

为了探究流体振荡器中气泡碎化特性，采用重整化群(RNG) k-ε湍流模型和流体体积函数(VOF)多相流模型研究流体振荡器中的气液两相流。通过数值模拟分析了气泡在流场中的变形和破碎行为，考察不同流动参数对气泡破碎的影响。同时进行可视化实验，用实验结果验证了模拟的准确性。结果表明,流体振荡器可作为一种新型气泡发生装置。振荡频率越高，流体振荡器中的气泡碎化效果越好；随着液速增大，气泡变形程度加剧，破碎概率增加，生成子气泡也越多；剪切应力和涡流碰撞是导致气泡破碎的主要机制；射流振荡促使气泡向振荡腔壁面偏移，气泡初始直径越大，水平偏移量越大，越容易发生破碎。     

黏弹性流体中单气泡上升速度的研究

为了揭示黏弹性流体中单气泡的运动规律,采用高速摄像技术对聚丙烯酰胺(PAA)溶液中单气泡的运动行为进行了研究。通过Matlab 10.0利用自编程序得到了气泡的上升速度,考察了溶液流变性质和表面活性剂对气泡上升速度的影响。结果表明:气泡的上升速度随体积的增大而增大,并发生速度跃迁现象,发生跃迁时的临界体积随溶液黏弹性的增大而减小,随表面活性剂浓度的增大而增大。气泡形状的变化与速度跃迁相关,当气泡体积低于临界体积时,气泡的形状为球形或椭球型,当气泡体积高于临界体积时,气泡出现了尖端尾部,且尖端尾部两侧界面向气泡内部凹进。提出了预测气泡速度跃迁的临界条件,预测值与实验值重现性较好。     

利用插入物进行强化传热的试验研究

工业的发展、节能及新能源开发等都迫切需要装备尺寸小、重量轻和容量大的换热器。要达到这一要求，必须采用强化传热技术增强换热器中的换热工况。围绕着强化传热，国内外进行了不少研究，文献［1]对此作了比较详细的报道。本文研究的是用一种新的、比较简单的方法进行强化传热，即在管间插入强化元件以提高传热效率。1试验原理与装置简介流体流动时，在紧靠壁面的一薄层内呈滞流状况，流速很低。滞流层的存在，使这一层流体得不到充分混合，传热系数降低；同时，由于流体具有粘性，流动时具有内摩擦，这是流动阻力产生的根源。如果能破坏…     

方肋微通道内流动沸腾的气泡动态与传热特性分析

为揭示方肋微通道热沉内流动沸腾的传热传质机理,本文基于耦合VOF方法与“饱和界面”相变模型对微通道内单个气泡绕流加热方肋的传热传质过程进行了数值研究。通过分析该过程中气泡增长速率与方肋壁面传热系数的变化,重点讨论了初始气泡体积和入口雷诺数Re对相变传热效率和流动结构的影响。结果表明：在气泡流经加热方肋过程中,气泡与方肋表面之间形成一层薄液膜,该薄液膜的相变蒸发极大强化方肋表面的换热效果,换热系数较相同条件下的单相流动提升6倍以上。此外液膜厚度随Re增大而变厚,液膜热阻相应增大,液膜蒸发对换热的促进作用随Re增大而降低。最后考察了气泡体积对方肋壁面换热的影响,结果表明：初始体积大的气泡具有更薄的液膜厚度及更大的蒸发面积,表现出更高的相变传热效率;而小气泡对壁面温度影响较小。     

基于可视化试验的板翅通道内过冷沸腾汽泡行为分析

以水为介质,对板翅式换热器的2种变截面翅片:横排锯齿翅片(TDS)和三角多孔翅片(TP)通道内的强制对流过冷沸腾现象进行了可视化研究。分析了过冷度对汽化核心数的影响;热流密度、体积流量和过冷度对汽泡脱离直径的影响。通过观察强制对流过冷沸腾流型揭示了变截面翅片通道内的沸腾强化传热机理。研究结果表明:2种流道内过冷沸腾流型类似,分为气泡形成区、发展区和消失区;变截面流道气泡平均脱离直径随着体积流量和过冷度的增加而减小,随着热流密度的提高而增大;在相同工况下,TP流道形成的汽化核心数量多于TDS流道;TDS流道的气泡平均脱离直径比TP流道高约1.4倍。     

液体介质对上升气泡几何形态和运动特征的影响

利用高速摄像技术观测了不同液体介质（去离子水、离子水、5#白油和水-白油溶液）中气泡的上升行为。采用了三种不同直径的注气喷嘴。对比分析了气泡在不同工况条件下的上升速度、当量直径、纵横比和曳力系数。结果表明，气泡在不同的单一介质中的上升轨迹及运动特征不同，介质的黏度和表面张力均对气泡的形状和尺寸有着重要影响。此外，观测并分析了气泡穿过水-白油界面的行为，发现当气泡离开界面较远时，其运动形态与在单一介质中相似；气泡穿过界面时被液膜包覆，然后液膜自气泡表面脱离。小尺寸气泡在单一油中和穿过水-白油界面后的几何形态和运动特征相似，而大尺寸气泡在穿过水-白油界面后呈现曲折的运动轨迹，其纵横比发生明显变化。     

绝热圆腔内4根冷热微管阵列振动强化传热实验

目前针对微细管管外同时有自然对流和周期横向振动存在情况下的混合对流问题鲜有研究。为了探究这种现象, 进而开发一种新型的换热器, 本文提出了一种由4根冷热微细管组成的微管阵列, 将其平行放置于有中间流体的圆形腔体内, 并对管束施加微小横向振动的混合对流传热机理进行研究。详细描述了实验系统及实验方法, 以及后期对实验数据的处理方法, 得到了传热Nu数随管间自然对流强度Ra数, 强迫振动Re_v数等量纲为1参数的变化曲线;揭示了该结构形式下传热特性随冷热管温差、振动频率、微管振幅等传热规律。结果表明, 横向振动在小温差情况下传热强化效果更为明显。将本文实验数据与Lemlich单管振动实验中的数据进行对比, 表明了振动对4根微管阵列的强化传热效果比单根管更明显。     

带有三角翼涡发生器的螺旋通道强化换热研究

采用数值模拟方法探究了带有三角翼型涡发生器的半圆形截面螺旋通道内流体流动与强化传热性能，考察了相邻三角翼间隔角φ、长高比Г对强化传热性能的影响。结果表明：通道内安装三角翼的φ值越小，对流体的整体扰动作用越强，强化换热效果越好，但同时流动阻力也越大；研究范围内，φ=180°布置的三角翼综合强化传热效果最佳。同一雷诺数Re条件下，三角翼Г值越大综合传热系数PEC值越高。φ=180°、Г=2.50时，综合传热系数PEC在1.029～1.062之间。     

声场驱动气泡增强微流体混合的数值模拟

微流体研究中，由于雷诺数较低，流体呈层流流动，流体混合主要依靠分子扩散，混合时间长，效率低，故流体混合成为亟待解决的问题。声场激振气泡可以有效促进流体混合，已经引起了广泛关注。本文模拟研究了声场作用下气泡振动对流体混合的影响，探索了微尺度流体在声场激振下的流动特性，分析了微通道高度、入口速度、气泡间距及布置方式对流体混合的影响。结果发现，微通道高度较低时，气泡振动可以更好地促进流体混合；入口速度较小时，流体在气泡附近滞留时间较长，混合较为均匀；气泡半径较大时，旋涡扰动增强，混合效率提高；两个气泡的混合效果优于单个气泡，而气泡间距对混合效率基本无影响；微通道高度较低时，气泡同侧布置和异侧布置对流体的混合效果相接近，随着微通道高度的升高，两种布置方式对混合效果的差异逐渐显现，异侧布置具有更好的混合效果。     

地沟油生物柴油在旋流喷嘴中的雾化实验及模拟

对地沟油生物柴油在旋流雾化喷嘴中的内部流场及外部流场进行数值模拟,考察了喷嘴孔径、旋流芯螺距、螺柱槽道横截面积和槽道形状等结构参数对出口雾化速度及索特平均直径的影响,通过实验对模型进行了验证。结果表明,0.7 mm孔径的喷嘴的韦伯数最大,索特平均直径与雾化锥角最优。螺距4 mm的喷嘴雾化特性最优,旋流芯螺距越小,流体在喷嘴内旋流次数越多,阻力损失越大,流体在切向分量上速度越大。梯形槽道的雾化效果最好,相同横截面积下槽道的水力直径越大,雾化效果越好;截面积1 mm2槽道的喷嘴最优,槽道横截面积越小,流体在槽道中的湍流程度越大,流体内部剪切应力越大,液体表面不稳定波急剧增大。