圆形微肋阵肋间距对换热及流动特性数值分析

由微肋阵构成的换热器是解决大规模集成电路存在热障问题的装置.基于CFD软件,对3种不同肋间距的圆形微肋阵进行模拟计算,分析了在不同质量流速和热流密度时肋间距对换热和流动特性的影响,并得到最佳的肋间距.结果表明,出口干度与热流密度和肋间距成正比,与质量流速成反比.压差与热流密度和质量流速成正比,与肋间距成反比.相同工况下...     

太阳能电池板自然通风冷却系统流动与传热的数值模拟EI北大核心CSCD

为解决光伏板工作温度制约其转换效率和寿命的问题,提出一种新型自然通风冷却电池板技术,采用Fluent2020R2软件模拟研究4种结构尺寸的自然通风冷却系统内的流动与换热过程,4种结构尺寸1、2、3和4的区别在于其对应冷却系统的支撑板和导流板尺寸不同。通过模拟研究发现:1)采用自然通风冷却技术可以降低太阳能电池板的工作温度,结构尺寸3的太阳能电池板平均工作温度最高为355.4 K,其次是结构尺寸2为354.1 K和结构尺寸1为352.4K,结构尺寸4的太阳能电池板平均工作温度最低为351.2K;2)优选的结构尺寸4的冷却系统在典型炎热干旱地区(新疆哈密)应用时,其在1、4、7、10月份下的冷却平均温降分别为:4.6 K,12.1 K,13.3 K,7.3K;出口最大风速分别为:0.30 m/s,0.34 m/s,0.4 m/s和0.31 m/s。可见,结构尺寸4对太阳能电池板的冷却效果最好,可将电池板的平均温度最大降低13.3 K。     

基于圆管内肋迎流面结构设计的传热性能研究

相较于光滑圆管,内肋管对管内流体流动状态影响较大。通过改变肋片迎流面结构,会对流体产生不同程度的导流效果。传统对于肋片结构方面的研究多是一些规则化的图形,其导流角往往是一致的。本文采用数值模拟的方法研究了环形内肋迎流面的结构对圆管内流体流动特性、传热特性及综合性能的影响。对内肋迎流面以不同程度的凹凸结构建立5种圆管模型,分析比较5种流体模型对流体的影响并探讨其规律。结果表明:圆管整体换热和综合性能与迎流面凹凸程度具有强烈的相关性;内肋迎流面凹陷对换热管换热有强化效果,内肋迎流面凸出则会削弱换热管换热;同时,凹面管的阻力系数比凸面管的阻力系数有较大幅度的增加;迎流面凸面结构综合性能略高于迎流面凹面结构。     

球式相变蓄热装置传热过程数值模拟与优化

以储能球式蓄热装置为研究对象,通过Fluent软件模拟了流体与相变球的对流换热过程,对蓄热装置结构进行了优化设计,分析了球内相变材料在放热过程中的温度场随时间的变化过程,并计算了不同进水和进气流量下蓄热装置的供热参数。结果表明:蓄热装置加装折流挡板且相变球以顺排序列,可以显著增加蓄热装置的有效放热时间;沿着流体路径,球内相变逐渐凝固,且液相率的降低是先快后慢的过程;通过对不同供热参数的热力计算,发现供水流量选取241. 3 L/min、供暖流量选取723. 6 m3/h时,对应的有效供热时间最长,供热量最大。     

CSP层流冷却数值模拟研究

研究了CSP层流冷却过程中传热情况，建立了传热过程的二维非稳态数学模型。通过对冷却过程中轧件在各冷却区的换热边界条件的研究，确定了轧件在各冷却区的换热系数模型，计算出轧件在层流冷却过程中温度变化和温度场分布。针对多种因素对层流冷却过程的影响进行数值模拟研究。     

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。     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

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。     

最小熵产的矩形肋片优化研究

从热力学角度出发,以熵产最小为目标,建立了肋片的熵产分析理论模型,并对在强迫对流条件下的熵产最小时的矩形直肋进行了讨论。研究结果发现熵产数随由肋长定义的ＲｅＬ数的增加将会出现一个极小值,也就是说通过调整ＲｅＬ数可以使不可逆损失减到最小,熵产数受参数Ｍ和Ｂ的影响较大     

燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了旋转对叶片气膜冷却效果的影响,详细对比了不同吹风比下叶片在旋转和静止状态下的气膜冷却特性,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数评估了气膜冷却效果。结果表明：在叶片压力面,叶片的旋转使得射流气体从气膜孔流出后法向动量增大,与主流掺混作用加强,从而使得叶片压力面气膜冷却效率值低于静止状态;在叶片吸力面,叶片旋转使得冷却气体流出后法向动量减小,能够更好地贴附在叶片表面向下游流动,使得旋转时叶片吸力面气膜冷却效率要优于静止状态,并且叶片后沿的平均气膜冷却效率较静止状态有显著提高;旋转状态下叶片表面的不均匀度系数要略大于静止时叶片表面不均匀度系数。     

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.     

蛇形翅片单排管外侧空气流动与传热特性的数值研究

对直接空冷凝汽器蛇形翅片单排管外侧空气流动与传热特性进行了研究,利用FLUENT软件对翅片空气侧流动和传热性能进行数值模拟．分析了不同来流风速和翅片长度对传热系数和压力损失的影响．为空冷凝汽器传热元件的设计与优化提供数据支持。     

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。     

扁平管蛇形翅片空气流动传热数值模拟

针对空冷凝汽器翅片的流动和传热问题,利用Fluent软件模拟扁平管蛇形翅片表面的空气流动传热过程,采用标准κ-ε模型和速度-压力耦合的Simple算法,得到翅片表面温度、传热量以及进、出口压力等数据,从而得出了管外空气平均对流传热系数、流动损失、无量纲表面传热系数j、阻力系数f及j/f随不同翅片高度的变化规律,综合评价...     

间断波纹翅片扁平管流动与换热的数值研究

为进一步提高空冷凝汽器的效率,优化扁平管翅片的物理结构,建立了间断波纹翅片扁平管换热器通道的三维物理数学模型,利用FLUENT软件进行数值计算。通过对对流换热系数、流动损失的对比分析,结果表明,间断波纹翅片扁平管在流动损失方面比蛇形翅片扁平管有很大的优势,为直接空冷凝汽器的设计和优化改造提供了依据。     

管内变物性流体减速时对流换热实验结果的数值模拟

用一组封闭的迟豫方程来计算湍流应力τT 和湍流热流密度 qT,从而建立起湍流迁移模型 ,此模型与大量实验结果相吻合 ,具有普适性。采用此湍流迁移模型对圆管内变物性流体在减速流时并考虑非定常流的影响 ,对热交换过程进行数值模拟研究。与实验相比较 ,得到较一致的结果。表明 :同时考虑变物性和非定常性的影响 ,使得数值模拟和实验的比较具有实际意义     

Investigation of Hydrodynamics and Heat Transfer of an Upward Liquid Metal Flow in a Rectangular Channel under a Coplanar Magnetic Field

Hydrodynamics and heat transfer were investigated of an upward liquid metal flow through a rectangular channel having an aspect ratio of approximately 3 : 1 and one-sided heating under a coplanar magnetic field (MF). The flow in the cooling system’s cooling channel for a liquid metal blanket module of a Tokamak type thermonuclear reactor is simulated. Experiments were carried out in the mercury magnetohydrodynamic (MHD) test facility. Local heat transfer characteristics were measured using a probe technique. Two types of thermocouple probes were used: a lever-type pivoted probe for detailed measurements of velocity and temperature fields in a channel cross-section and a longitudinal probe for taking measurements along the heated zone in the channel. A correlation method was used for measuring local velocity. The distributions of averaged velocity and temperature, the distributions of dimensionless wall temperature along the cannel perimeter, and characteristics of flow temperature fluctuations are presented. The distributions of averaged and instantaneous wall temperatures along the channel were obtained. The effects caused by an increase in the intensity of temperature fluctuations in a coplanar magnetic field were revealed. It is the authors' opinion that natural convection is responsible for formation and separation of large-scale vortex structures, the axis of which is parallel to the magnetic field induction vector, at the heated wall. These vortices bring about temperature fluctuations that often exceed the level of turbulent fluctuations. The data on heat transfer should be considered in designing MHD cooling channels of a fusion reactor.     

直接空冷凝汽器翅片散热器流动传热特性

为了给直接空冷散热器的优化设计和直接空冷机组的运行提供一定的参考,采用CFD方法,研究单排扁平管在不同迎面风速和环境温度条件下翅片通道内流场和温度场分布,得到空冷凝汽器冷却空气对流换热的表面换热系数和压损随迎面风速的变化规律,并通过拟合得到对应的关联式。结果表明：随着迎面风速的增加,表面对流换热系数和压降均有显著增加;环境温度的变化对空冷单元的散热量影响较大。研究结果对于直接空冷的运行设计具有重要的意义。     

3 MW空-空冷双馈风力发电机内部流动与传热特性的数值模拟与试验研究

为更好地指导电机设计,以一台3 MW空-空冷双馈风力发电机为研究对象,基于流体力学及数值传热学理论,结合空-空冷却器和发电机模型,搭建了三维流动与传热耦合求解的物理模型和数学模型。依据基本假设和边界条件,采用Fluent软件对电机在额定工况下的稳态三维流场和温度场进行数值求解。通过电阻法和埋置检温计(ETD)法测得电机在额定工况下绕组的平均温升和最高温升。通过对比数值结果和试验数据发现误差在5 K之内,验证了数值方法的正确性。最后,对电机流场和温度场分布进行数值模拟,对电机18档通风道内流量进行数值计算,为新产品电机设计和优化提供支撑。