V型交替扰流肋对流动与换热的数值模拟研究

采用结构化六面体网格和k-ε湍流模型求解三维N-S方程,对直冷却通道内部设置不同导流角度的V型交替扰流肋片的流动特性与换热特性进行数值模拟研究。分析了不同肋的导流角度对肋间壁面换热和流动的影响,并对导流角度进行全局寻优。结果表明,带肋直冷却通道的整体换热效果和综合冷却效率,分别与导流角呈近似的函数关系,导流角为58.45°时的通道整体换热效果最好,导流角为30°的通道综合冷却效率最佳。此外,交替肋片中大肋片下游肋间壁面的换热效果要比小肋片下游的好,其中前者产生的流体涡动比后者产生的大,影响了换热效果。     

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。     

针肋套管换热元件的传热及阻力性能试验研究与分析

对气流纵掠不同结构参数的针肋套管换热元件的传热及阻力特性进行了试验研究,得到了该种换热元件的传热及阻力性能的实验准则关联式,进一步就不同结构参数对针肋套管热力性能的影响进行了比较分析,并为该种换热元件的工业应用提供了可靠的试验数据和设计依据。     

H型翅片管传热与阻力特性数值模拟以及场协同原理分析

针对国内外研究人员对H型翅片管传热与阻力特性的研究结果差异较大以及对翅片厚度研究较少的情况,根据电站锅炉低温省煤器的运行工况,采用FLUENT软件计算低温省煤器横截面积恒定的6种H型翅片管的传热和流动阻力特性的变化规律。将数值模拟结果与采用其他文献计算方法以及实验关联式所得的结果进行对比,并利用场协同原理进行分析。结果表明:当H型翅片管横截面尺寸为2 mm×50 mm时,换热区域温度场和速度场的协同性较高、流动阻力较小,因此其综合传热性能较优。     

表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统沸腾换热流动实验研究

为进一步了解表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统内部的沸腾两相流动换热规律,采用横截面积为180mm×20mm的内肋阵液盒作为研究对象,对内肋阵液盒内部沸腾换热流动过程进行了可视化观察,同时针对该内肋阵液盒内两相流动建立Friedel、L-M两种两相流动阻力压降仿真计算模型。实验发现液盒通道内的流型随着热负荷的变化,主要呈现泡状流和雾状流2种流型,液盒背面温度较为均匀,维持在65～70℃左右。液盒内部肋阵的存在,增强了通道内汽泡扰动,同时在肋柱后方存在明显尾迹涡流。通过研究对比发现Friedel模型计算结果与实验结果的最大相对误差小于15%,说明该模型更适用表贴式内肋阵蒸发冷却系统的压降计算。     

圆管内对流换热的场协同理论分析

以空冷电机转子通道内的流动换热问题为背景,将场协同理论应用于旋转坐标系中。通过理论分析,指出了场协同理论应用于静止坐标与旋转坐标中的差异,说明了在旋转坐标系下对流换热问题的规律。采用数值模拟方法对旋转坐标下的三维轴向直圆管模型内部流动与换热进行了研究,验证了理论分析结果,并进一步对比了不同转速、不同入口条件下换热情况。理论分析与数值计算结果均证明在旋转坐标系下,高转速带预旋入口条件的轴向通道内固体壁面对流体做功量对总换热量的影响不可忽视。     

结构对横纹管综合性能影响的研究

对多种结构的横纹管管内速度场和温度场进行了数值模拟,按场协同原理分析了其中3.种横纹管管内湍流换热情况.考虑不同管型的流动阻力差异,对其换热能力进行了综合评价比较,从而得出最佳管型.分析结果表明:在入口流速为0.5～3 m/s的范围内,最佳管型的综合换热能力是常用横纹管的1.3倍左右.     

竖直上升直肋管内超临界二氧化碳换热特性与肋结构优化

高性能超临界二氧化碳(S-CO₂)换热器是实现S-CO₂布雷顿循环系统高效紧凑化的关键核心设备,S-CO₂在光滑通道内换热系数较低,寻求高换热性能与低阻换热结构是发展高效紧凑式换热器的关键。采用五轴电火花成型技术制造出直肋管,通过实验方法研究了S-CO₂在四头直肋管内传热规律,系统分析了流动参数对直肋管强化传热特性影响,定量评估了直肋管与光管换热能力的差异;采用数值模拟方法研究了直肋管结构参数对强化传热和阻力特性的影响规律,获得最优的直肋管结构。结果表明：增加压力和质量流速可以降低壁面温度,提高对流换热系数,直肋管的平均换热能力是圆形光管的1.96倍左右;相较于圆形光管,直肋管可以有效延迟传热恶化发生,且使传热恶化延迟能力提升0.3～1.8倍;当固定肋宽0.5 mm,肋高2.5 mm,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.58;而固定肋高为0.5 mm,高宽比0.33,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.22。     

高压真空断路器用散热器的自然对流换热特性

为提高高压真空断路器的运行安全,以一种新型高压真空断路器为背景,采用计算流体动力学方法研究了不同环境温度下,圆柱形散热器竖直肋片间自然对流换热特性。结果表明:采用扩大计算区域和设置压力边界条件的方法来模拟计算自然对流换热是恰当的。在散热器肋片缝隙的进口处,气体温度较低、流速较小;在肋片缝隙中部,气体温度升高、流速较大;越靠近肋片根部,气体温度越高,但由于粘性阻力大,所以在肋片根部速度较小。在相同的环境温度下,随着肋片温度的逐渐升高,肋片的换热能力也逐渐升高;在相同的肋温情况下,随着环境温度的逐渐升高,肋片的换热能力逐渐下降。所得的肋片缝隙内自然对流的流动换热特性、肋片表面的平均Nu数对高压真空断路器散热器肋片的热力设计和进一步优化设计有重要的意义。     

考虑截面形状误差的超临界二氧化碳微通道换热特性研究

针对印刷电路板式换热器由于加工误差以及服役过程中变形导致的实际换热性能与理论存在偏差问题,利用超景深显微镜技术,测量获取了实际微通道的形状特点,对不同通道形状的微通道换热进行了数值模拟,分析了通道形状对热工性能的影响,综合考虑物性变化、通道形状变化的影响,根据数值模拟结果获得了新的传热特性关联式,可为评估实际服役的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的换热性能提供理论基础。     

对称斜肋强化片式散热器换热性能研究与优化

对在某大型油浸式变压器的片式散热器中相邻散热片之间的矩形空气通道布置对称斜肋开展数值研究,将对称斜肋的长度L_f和高度H_f作为控制斜肋形状的结构参数。数值计算结果表明,L_f和H_f对于增大矩形通道努塞尔数(Nu)表现出协同作用,H_f对矩形通道摩阻系数f的影响更强。通过克里金法建立矩形通道的目标性能与设计参数之间的代理模型,最后通过多目标优化算法得到了最佳参数组合,该参数组合下与光滑矩形通道相比,矩形通道Nu数提升至2.26倍,f提升至3.39倍,综合换热性能指标为1.52。     

微通道换热实验装置的设计与实验研究

本文提出了一种用来测试微通道换热性能的实验装置.该实验装置由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成.通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数.针对该实验装置,本文对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究.实验表明,当微通道水力直径为381μm时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算.此时,微通道的摩阻比宏观理论计算值小31.6%～41. 9%;微通道结构具有良好的换热性能,其Nu可达9.2.     

污垢对换热管内三场协同影响的研究

采用数值分析的方法,针对不同结垢厚度圆管进行数值模拟,在层流和湍流2种流动状态下,研究污垢对速度场、温度场、压力场以及三场协同程度的影响.结果表明,速度场、温度场及压力场之间的协同角都会因污垢厚度的变化而改变,从而影响换热管的换热强度及流动功耗,同时影响综合性能换热系数.     

方形肋阵参数变化对流动沸腾换热影响的实验研究

为掌握肋阵结构参数变化对流动沸腾换热的影响规律,对表贴式肋阵液盒内的流动沸腾换热与两相流动压降特性进行了可视化实验研究.该文采用横截面积为180mm×20mm的液盒作为研究对象,液盒通道为可视化单面加热窄矩形结构.选择肋高度、肋间距、肋横截面积不同的七种肋阵背板,对液盒内部流动沸腾换热特性进行研究.通过可视化观察发现,...     

扭曲内肋管的换热与流阻特性分析

为了减少传热过程中的热阻,实现节能降耗,强化换热是行之有效的措施。采用异型管和肋片相结合的方式以达到强化换热的目的。通过将扭曲管和不连续斜肋相结合,建立了不同肋排数的扭曲内肋管的几何和数学模型;在给定条件下,对模型进行了验证,并进行热力性能的三维数值模拟。结果表明:在相同雷诺数Re下,加肋扭曲管的努赛尔数大于不加肋扭曲管的努赛尔数,且加肋排数越多,努赛尔数Nu越大。相同条件下,带肋的扭曲换热管的阻力系数大于无肋的换热管,加肋排数越多,阻力系数越大。带肋扭曲管的j因子要比没有加肋扭曲管大,但随着流体流速的增加,压损增加,换热性能有所下降;八排肋扭曲管的强化换热因子(j)比不加肋扭曲管提高约9%。由场协同数判定:加肋扭曲管的场协同数优于不加肋扭曲管。因此,所研究的扭曲内肋管性能更优越。     

交错搭接螺旋折流板换热器壳程流动与传热的场协同分析

采用数值模拟方法研究了同螺距下折流板搭接量对壳程流动传热的影响。结果表明,随搭接量增大,同流量下壳程换热系数和压降均降低;三角区漏流减轻局部阻力减小,同时边缘三角区漏流加强了壳体附近区域流体的轴向和旋转流动;中心换热管的换热量急剧下降,靠近壳体换热管的变化不大。场协同分析表明,三角区漏流促进换热而边缘三角区漏流削弱换热;随搭接量的增大壳程速度场与热流场的整体协同性得到改善。     

换热器翅片传热及阻力特性的数值分析

本文对空调器中常用的百叶窗翅片的阻力和换热特性进行了三维数值模拟,仿真结果与实验测试的数据基本吻合。同时对另一种桥片翅片的性能进行了仿真预测,与窗片对比,桥片的阻力更小但是其换热性能不如窗片。     

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   

不同扩展换热面传热、积灰、磨损特性对比

为了对低温换热器优化选型,利用热力计算和数值模拟的方法,对比分析了螺旋肋片管和H型鳍片管的传热、积灰、磨损特性。结果表明:常规结构参数下,单位长度的螺旋肋片管具有更大的换热效率,在达到相同换热量时,其钢材消耗是H型鳍片管的42.87%,烟气阻力是H型鳍片管的61.45%;H型鳍片管由于其特殊的沟槽结构,形成的涡流方向与主流速度相反,垂直冲刷基管背风面,达到自清灰的目的,其鳍片无侧向气流冲刷,整体磨损较轻。因此,螺旋肋片管的换热性能更好,但H型鳍片管的防积灰和耐磨性均优于螺旋肋片管。     

直接空冷凝汽器翅片管积灰的换热特性研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的传热与流动特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管束不同积灰厚度的传热及流动情况,对比分析了翅片管束不同积灰厚度的压力分布、温度分布及速度分布,计算得到了翅片管束5种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速变化的规律,拟合得到了摩擦系数及努塞尔数随雷诺数变化的关系。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数、传热系数以及流动阻力逐渐增加;同一迎面风速下,随积灰厚度的增加,对流换热系数和流动阻力增大,传热系数减小。