过渡流下后台阶内插圆柱流动与传热特性研究

为研究过渡流下（Re=700）内插圆柱对后向台阶流动及传热特性的影响,并尝试找出强化台阶底面换热的最佳圆柱位置,建立二维数值计算模型。采用Fluent设定控制方程和边界条件进行数值模拟,并搭建后向台阶闭式循环水槽试验台,在相同工况下通过PIV进行可视化流动实验,验证数值计算的可靠性。结果表明：Re=700时,圆柱的位置会影响回流区进而影响台阶底面的传热能力;当内插圆柱的横向位置Xc/S=0.6、纵向位置为Yc/S=1.0时,底面传热效果最好,与无内插圆柱工况相比,传热效果提高约112%,而压降只增加45%。     

后向台阶绕流低频脉动特性的强化传热研究

后向台阶绕流是包含丰富流动现象的典型分离再附流动,在工程中应用广泛。这里针对过渡流下后向台阶绕流低频脉动特性对传热的影响展开研究,重点分析了主回流区再附着点下游传热得到强化的原因。结果表明：过渡流下的低频脉动特性诱导流动在壁面附近形成旋涡,这些旋涡的运动破坏了速度边界层的均匀发展,同时加强了冷热流体的混合,从而强化了底面传热,再附着点下游局部区域的传热比层流时提升了3倍以上。随着雷诺数的继续增大,近壁旋涡的形态发生变化,促使流体冲击壁面的角度增大,低速回流范围减小,从而进一步强化了底面传热。     

过渡流下圆柱不同间距比对壁面传热特性影响

目前换热器正朝着结构紧凑、小型化方向发展,换热器的管束细化使管外流场向过渡流状态转变。为了提高换热器的换热效率,采用基于复合网格系统的计算方法,建立了内插串列双圆柱对壁面强化传热模型并进行实验验证,通过数值分析研究过渡流状态下圆柱距壁面的不同间距比(C/D)对壁面传热特性的影响,以期优化圆柱下游壁面的流动传热特性。研究结果表明:近壁插入圆柱可强化圆柱下游处的壁面传热;不同C/D值对壁面的传热强化效果有显著影响,壁面的传热强化效果随C/D的增大而减小,在加工工艺条件允许的情况下应尽量使被插圆柱靠近壁面,这为过渡流下换热器的研究提供了参考。     

三维后向台阶不同宽高比对流动传热特性影响

建立三维非稳态数值模型对中低雷诺数下三维后向台阶不同宽高比的流动与传热特性进行了数值模拟研究。采用有限容积法对控制方程进行空间离散,模拟出三维后向台阶内流场及温度场。结果表明,数值模拟结果与先前的实验结果具有较好的一致性。随着宽高比AR不断地增大,最大时均努赛尔数值不断增大且之间的差值越小,同时最大时均努赛尔数在x方向位置不断向台阶下游移动,在z方向位置几乎保持不变。当雷诺数Re=1100,宽高比AR=8时,底面传热得到强化;宽高比AR=4时,底面传热效果较差。     

低雷诺数下三维后向台阶流的流动与传热特性研究

为研究低雷诺数下后向台阶的流动与传热特性,建立三维稳态后向台阶的数值模型。采用Fluent设定控制方程和边界条件,模拟出三维后向台阶的流场和温度场。结果表明:当雷诺数Re一定时,台阶底面中心处的Nu由初始值快速到达峰值,再从峰值迅速减小,随着距离台阶越远,Nu值不断减小并趋于平缓;由于受到侧壁的影响,二维底面和三维底面中心处的努赛尔数峰值的差值会随着雷诺数的增加而增大。同时,三维模拟底面中心上的再附着长度会随着雷诺数的增加大于二维模拟的结果;三维台阶底面的再附着点的连线呈抛物线状,顶面的会出现对称的漩涡,侧壁的流动很不规则,三维台阶中心面处的流动具有二维特性;三维台阶底面的努赛尔数的最大值不是出现在中心线处,而是分布在两个侧壁的附近。     

过渡流下近壁圆柱流动传热特性的优化研究

针对过渡流状态下近壁插入圆柱的模型进行数值模拟与分析,通过基于复合网格系统的计算方法,分别研究过渡流状态下单圆柱与双圆柱对壁面流动传热特性的影响,以期优化圆柱下游壁面的流动传热特性。研究结果表明:1)一方面,近壁插入圆柱可使圆柱和壁面间流体受迫加速,此处壁面换热得以强化;另一方面,近壁插入圆柱可使流场产生波动,形成正负交替的漩涡,其对壁面的洗刷作用亦会使被洗刷处的壁面传热强化;2)近壁插入双圆柱与近壁插入单圆柱相比,可有效提高圆柱下游的换热系数,明显优化壁面换热效果。     

过渡流下串列双圆柱周期传热机理研究

主要研究过渡流状态下串列双圆柱的传热强化机理。通过基于复合网格的专用程序计算在雷诺数为200时不同间距下的工况,并分析其传热强化机理。计算结果表明:(1)上游圆柱压差阻力和黏性耗散都随着两圆柱间距增加而增强,当压差阻力的作用与黏性耗散的作用相平衡的时候,下游圆柱壁面的达到最大。(2)下圆柱前缘处传热强化的因素包括上游圆柱尾流对下游圆柱壁面的速度边界层的影响以及所携带的冷热流体对下游圆柱的温度边界层的影响。由于冷热流体流动的周期不均匀性与边界层分离点的周期转移,造成了ΔNu和ΔCf变化规律的不一致性。(3)NVP、PVP加速或抑制下游圆柱边界层的发展及分离,上游圆柱尾流所引导的冷热流体对下游圆柱壁面有周期性的洗刷作用。这是下游圆柱壁面传热强化两个重要因素。上述传热强化机理的发现,对开发设计新型小管径换热器起指导作用。     

过渡流下多列叉排圆柱列流动传热特性对比研究

为了在过渡流状态下对小型化换热器叉排管束群的传热强化机理进行研究,对三列、五列叉排圆柱列的流动传热特性的数值模拟结果进行了对比研究。使用Fortran程序对基于复合网格系统的三列、五列叉排模型在不同横向间距(Ps/D)下的流动传热特性进行数值模拟。研究结果表明(1)当Ps/D=3时,五列叉排圆柱列的传热强化效果最好,Ps/D=4时,三列叉排圆柱列的传热强化效果最好;(2)在叉排管束群中,第二列圆柱列的对流换热效果最好,后排圆柱列的对流换热效果依次降低。(3)在叉排管束群中,当圆柱列列数增加时,Ps/D增大时,传热强化效果不明显。     

翅片法向振动对流动和传热影响的仿真研究

散热对于航空电子设备十分重要,为了利用飞机振动提高航空电子散热能力,以及为航空电子设备的热设计提供参考,在计算流体力学软件中建立了平直翅片在流场中法向振动的仿真模型,并分析了振幅、振动频率和雷诺数对换热和流场流动特性的影响。结果表明：翅片在流场中的法向振动能够起到强化换热作用,随着振幅的增大或频率的提高,强化换热的效果更加明显。在文中研究的范围内,定义的换热强化率最高达229%。翅片振动可以在流体中形成多个由边界层处汇入主流的气团,加强了壁面附近热空气与主流的低温空气混合,因而增强了壁面与流体的热交换。强化换热效果是在来流的冷空气输运和振动引起的流体混合综合作用下获得的,当来流速度不断提高,输运作用逐渐占据主导时,流体混合作用相对变小,使换热强化率降低。     

过渡流下叉排翅片列三维传热特性的研究

叉排翅片是一种用在换热器表面排列紧凑而高性能的结构,应用极其广泛。目前国内外研究虽获得了大量实验数据和二维(2D)数值结果,但是对实际结构和边界条件下的三维(3D)数值研究涉及较少。为了进一步加深对叉排翅片列的3D数值模拟传热特性的研究,建立了叉排翅片3D数值模型,与实验结果、实验关联式进行了比较,分析了一些模拟与实验误差的因素,验证了实际边界条件下的3D数值模型,并进行了叉排翅片表面传热特性的分析。结果表明,存在一个非定常层流区且其流场在翅片区以外不稳定而在翅片区以内稳定,同时非定常层流区的传热性能比定常层流区的好。     

气体压力对气流冲击平板换热特性的影响研究

对气流冲击平板不同工况换热特性进行数值模拟,分析随着压力降低舱内设备换热特性的变化规律,并与经验公式进行对比研究。随着压力的降低,平板发热面换热系数降低,但降低的幅度会随着与来流方向的不同而不同。研究结果对密闭舱内设备的通风系统设计提供一定的理论依据。     

带钢镀后喷射冷却过程传热特性的数值研究

喷射气体冷却是带钢连续退火和镀后冷却过程中最重要的冷却方法,利用数值模拟方法对带钢镀后喷射冷却过程中带钢传热特性进行研究,计算结果表明在带钢表面热流密度呈条缝状分布,典型工况下带钢表面平均对流换热系数为127.3W/(m2·K),带钢冷却速度为12.4℃/s。该研究为带钢连续退火机组及镀后快冷系统设计提供理论依据。     

后台阶流场大涡模拟的入口边界条件研究

对不同入口边界条件下后台阶下游三维流场进行了大涡模拟。讨论了层流及湍流入口流速剖面下边界层厚度及湍流度对台阶下游平均流速剖面、再附长度的影响。模拟结果表明,对于层流入口流速剖面,边界层厚度对再附长度的影响很大,随边界层厚度的增大,再附长度将增大。对于湍流入口流速剖面,边界层厚度对再附长度的影响不大,而入口湍流度则对再附长度有较大影响。随着入口湍流度的增加,再附长度将会变短矗在雷诺数为5000情况下,当采用湍流入口流速剖面并选择湍流度为0．5％时,大涡模拟能得到与直接数值模拟基本一致的结果。     

过渡流下异管径三圆柱绕流的可视化实验

为研究过渡流下不同雷诺数Re,不同横向中心距Ps的异管径三圆柱绕流的流动特性,采用二维粒子图像测速系统(PIV)对过渡流下异管径三圆柱绕流进行可视化实验研究.结果 表明,Re=120、150和200时,横向中心距的变化对上下游圆柱尾流有着明显影响.横向中心距的变化主要影响上下游圆柱的互相作用,从而引起尾流旋涡形态的变化...     

多晶硅还原炉炉膛内的辐射传热模型研究

为了提高多晶硅还原炉结构设计的安全I生和指导运行过程中的冷却系统调节控制,需要对多晶硅还原炉的传热过程进行模拟.由于炉膛内的传热主要是由多晶硅棒产生的高温热辐射,分别采用离散传播辐射模型(DTRM)、基于球形谐波法的Pl模型和蒙特卡罗模型(Monte Carlo)对多晶硅还原炉炉膛内的辐射换热进行数值模拟.     

螺旋槽管内传热及阻力特性的数值研究

为了深入分析螺旋槽管内传热及阻力特性,基于Fluent对16根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究。分析了雷诺数Re、槽深e和螺距p对螺旋槽管内传热及阻力特性的影响,结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10000~45000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍,且随Re的增加而增加;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍,随Re的增加而减小;Nu和f随e的增加而增加,随p的增大而减小。通过回归分析,得到了螺旋槽管传热和阻力的准则关联式,供相关工程设计参考。     

对后向离心风机圆弧叶片的新认识

通常认为圆弧叶片的加工简单,但流动性能差,在后向离心风机已很少应用, 但近来发现,有些圆弧叶片能有85％以上的整机全压效率.为此,本文对4个不同型号的后向离心风机采用圆弧叶片和现在常用的等当量扩张角流型叶片进行整机性能数值预估对比,结果表明:上凸圆弧叶片性能良好,但下凹圆弧叶片性能差.     

旋涡风机前向和后向叶轮特性对比研究

利用CFD软件分别对前向和后向叶轮旋涡风机的单个叶道进行流场分析,得到前向和后向叶轮单个叶道的压力性能差异.然后进行试验研究,得到前向和后向叶轮整体的压力性能差异.     

典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究

以两种典型的波纹翅片单元为研究对象,在合理简化条件下给出了物理模型和数学模型,通过流固界面的传热耦合,对不同进口风速下波纹翅片单元的流动及传热和阻力特性进行了数值研究.通过对传热系数,Nu数、压降以及涡量分布的对比分析,结果表明:人字形翅片的传热性能优于波浪形翅片,而流动阻力性能却没有明显的劣势,其主要原因是翅片流场中涡流的产生与耗散存在差异.     

矩形盘旋式螺旋管中超临界CO2流动传热特性研究

对超临界CO2在矩形盘旋式螺旋管内冷却换热进行数值模拟.研究了螺旋管矩形盘旋的不同长宽比对管内流动特性、湍动能、换热系数的影响,分析矩形螺旋管内对应流体截面的云图情况,并对超临界CO2在不同入口压力时流体传热系数和压降变化进行分析.研究结果表明,超临界流体温度冷却至准临界度前各组螺旋管换热系数基本一致,当流体温度下降至...