梯形截面通道三面加热时层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,对梯形截面通道不同结构参数下三维层流换热的热力性能进行数值模拟.研究了底面夹角θ为60°、75°、85°,结构参数b/a(上底宽为a,高为6)的范围为1/4～4/3,梯形截面通道三面加热(下底壁面绝热)时不同截面上的温度场和速度场,以及轴向不同截面上平均努谢尔特数的变化规律,并把结果与四面加热时的情况进行了比较.研究结果表明,梯形截面通道三面加热时的温度分布、传热性能和结构参数的影响规律与四面加热时有明显的不同.     

内环肋管道中湍流流动与换热的数值模拟

摘要：采用K-ε模型和壁面函数法对内环肋管道的湍流流动和换热进行了数值模拟．全面分析了流动特性对换热的影响，包括阻力因子和换热系数随雷诺数、肋高比和肋距比的变化关系．结果表明，努谢尔特数随雷诺数的增大近似线性增大，在肋高与管径之比为0.04～0.12，Re=20000～70000内，肋间距与管径之比为8时，阻力系数与努谢尔特数将达到最大．从而得到确定内环肋管道换热规律的重要依据．     

有射流冲击的短扰流柱排内柱面的传热实验研究

对前缘上游有单排孔板射流冲击的涡轮叶片内扰流柱通道柱面进行了详细的传热实验研究 ,获得了不同实验条件下扰流柱表面的局部换热系数分布 ,结合流场测量结果分析了柱面换热规律。结果表明换热系数分布很大程度上受射流冲击的影响 ,在扰流柱前缘附近存在高强度换热区域 ,沿柱面随角度的增加努谢尔特数逐渐减小 ,角度 θ为 90°附近存在一片低强度换热区域 ,尾缘区换热强度最低。结果还表明尽管平均努谢尔特数随雷诺数的增大而显著增大 ,平均换热强化系数却随雷诺数的增加先增大而后逐渐减小。有射流冲击的柱面换热效果明显优于无射流冲击情况。     

旋转圆筒表面传热和传质特性实验研究

为研究旋转圆筒表面对流传热和传质特性,用微型热偶式测温和测湿探头对旋转圆筒表面的温度场和浓度场分布进行了测试.实验结果表明,旋转圆筒表面对流传热和传质特性之间存在着较好的类比性.旋转对纯传热边界层局部努塞尔数的影响规律与对传质边界层局部舍伍得数的影响规律相似;对平均努塞尔数和平均舍伍得数的影响规律也相似.当旋转雷诺数小于临界雷诺数时,旋转对平均努塞尔数和平均舍伍得数几乎没有影响,当大于临界雷诺数时,随旋转雷诺数的增大平均努塞尔数和平均舍伍得数也增大.     

幂率流体绕流二维物体时层流边界层的流动和传热问题

应用流体力学和非牛顿流体力学理论,利用 Ｐｒａｎｄｔｌ 边界层方程,分析幂率流体绕流恒温壁面时的流动阻力及壁面和流体之间的传热规律,得出绕流时的阻力系数关系式、努谢尔特数与广义雷诺数和普朗特数之间的关系式,并给出了幂率流体绕流水平平板时上述关系式的解．     

环形截面小曲率弯管内粘性流动的摄动解

以曲率为小参数,采用摄动方法求解了小曲率环形截面弯管内的粘性流动,得到该问题的二阶摄动解,研究了Dean数和环形截面内外径之比对二次流动和轴向主流速度的影响．结果表明：环形截面上的二次流动和主流速度的分布不仅受Dean数的影响,而且内外径对流动情况的影响也是显著的．     

旋转环形偏心圆截面弯管内流动特性分析

采用贴体坐标系下的SIMPLE方法来求解旋转环形偏心圆截面弯管内流体流动的速度场。分析了偏心距和旋转对于二次流以及轴向速度分布的影响，同时给出了平均摩擦系数和壁面摩擦力的分布。结果表明，二次流和轴向速度的最大值总是趋向位于内、外壁面距离较大的一侧。在计算参数保持一致的条件下，在所研究的3种偏心距（0，0.2，-0.2）中，当偏心距为0.2时平均摩擦系数最小。当旋转从负到正连续变化时，平均摩擦系数和二次流强度存在临界点，临界点的数值依赖于偏心距。     

幂率流体绕流二维物体时层流边界层的流动和传热问题

应用流体力学和非牛顿流体力学理论,利用Ｐｒａｎｄｔｌ边界层方程,分析幂率流体绕流恒温壁面时的流动阻力及壁面和流体之间的传热规律,得出绕流时的阻力系数关系式、努谢尔特数与广义雷诺数和普朗特数之间的关系式,并给出了幂率流体绕流水平平板时上述关系式的解。     

旋转矩形截面螺旋管内对流传热特性的研究

利用数值计算方法研究了旋转矩形截面螺旋管内的粘性流动，分析了在离心力、科氏力共同作用下曲线管道中的二次流动结构、轴向流速分布、截面温度分布、摩擦系数比以及管道Nusselt系数数比随各参数的变化情况，计算结果表明：对于不同截面的矩形螺旋管道，当旋转方向和主流方向相同时，旋转的作用与增大Germano数的作用相同，使得管道摩擦系数变大，管道换热效果增强；而当旋转方向和主流方向相反时，管道内流动结构变化十分明显，当F≈-1．3时，二次流出现类似于直扭管内的鞍状流动结构，轴向速度类似与静止直管内的流动结构，管道内的摩擦系数近似于静止直管内的磨擦系数，换热效果减至最弱。     

微凸台阵列型重整微反应器的传热传质特性

针对带微凸台阵列结构的重整制氢微反应器的流体传热传质问题,建立微通道传热传质理论模型.采用计算流体力学软件Fluent对不同微凸台阵列结构和排布方式微通道的流体传热传质进行数值模拟,并研究在低雷诺数条件下不同微通道结构对微通道摩擦系数和努塞尔数的影响.结果表明,随着气体入口速度增大,通道摩擦系数减小,努塞尔数增加;当气体入口速度相对较小时,反应器微凸台阵列高度及横向中心间距的差异对努塞尔数影响不大;当气体入口速度相对较大时,随着微凸台阵列纵向和横向中心间距的增加,摩擦系数减小,随着微凸台高度的增加（除1.3 mm以外）,摩擦系数和努塞尔数均先增后降.研究成果为带微凸台阵列结构重整制氢微通道反应器的设计和制造提供理论依据.     

Fluid flow and heat transfer characteristics of spiral coiled tube: Effects of Reynolds number and curvature ratio

Numerical analysis was performed to investigate flow and heat transfer characteristics in spiral coiled tube heat exchanger. Radius of curvature of the spiral coiled tube was gradually increased as total rotating angle reached 12π. As the varying radius of curvature became a dominant flow parameter, three-dimensional flow analysis was performed to this flow together with different Reynolds numbers while constant wall heat flux condition was set in thermal field. From the analysis, centrifugal force due to curvature effect is found to have significant role in behavior of pressure drop and heat transfer. The centrifugal force enhances pressure drop and heat transfer to have generally higher values in the spiral coiled tube than those in the straight tube. Even then, friction factor and Nusselt number are found to follow the proportionality with square root of the Dean number. Individual effect of flow parameters of Reynolds number and curvature ratio was investigated and effect of Reynolds number is found to be stronger than that of curvature effect.     

内置双螺旋结构换热管金属氢化物反应器的传热性能

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的三维数学模型,研究了换热流体入口平均流速对反应器传热性能的影响,确定了模拟中入口平均流速的范围,对比分析了单、双螺旋结构对反应器性能的影响。结果表明：在换热流体入口平均流速大于0.5m/s以后,能达到较好的换热效果,换热流体的平均真实温升趋于稳定。减小螺旋导程可以明显提高换热流体的平均真实温升和反应器的传热性能。对于导程为60mm的单、双螺旋结构管,床层平均温度降至300K所用时间从7000s缩短到3000s。导程为30mm的双螺旋结构管的单位重量输出?功率比导程为15mm的单螺旋结构管更高,可见内置双螺旋结构管反应器的传热性能优于内置单螺旋结构管反应器。双螺旋结构管具有更大的换热面积,在反应器床层内的位置分布更加均匀,从而提高了反应器的传热性能。     

江河水污垢对小管径恒壁温管内对流换热影响

为有效提高江河水冷热源的利用率,应用热力学第一、第二定律和湍流流动理论,讨论和分析了污垢对恒壁温小管径管内对流换热过程热力学性能的影响。分析结果表明,有污垢存在时,污垢层导热引起的熵产在管内对流传热熵产中占主要部分,而温差传热引起的熵产则相对较小,且在雷诺数较大,管径较小的流动中,会出现粘性流动引起的熵产大于温差传热引起的熵产;随雷诺数的增大和污垢热阻的产生,熵增率都是单调增加的。因此在利用江河水发展水源热泵时,要充分考虑污垢热阻对换热器性能的影响,尤其是污垢层导热热阻的影响。     

波节管管内氦气流动与传热的计算及分析

针对氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。对比了不同结构波节管努塞尔特数Nu和摩擦阻力系数f的变化规律,为了深入研究强化换热,随后又分析了不同结构下综合传热因子η的变化规律。结果表明波距P和波谷半径r对波纹管传热性能、阻力性能和综合传热性能都有一定程度的影响。在雷诺数较低,波距较大,波谷半径较大的情况下,波节管具有更佳综合性能。     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.     

Constructal entransy dissipation rate minimization for X-shaped vascular networks

Combining with entransy theory, constructal designs of the X-shaped vascular networks(XSVNs) are implemented with fixed total tube volumes of the XSVNs. The entransy dissipation rates(EDRs) of the XSVNs are minimized, and the optimal constructs of the XSVNs are derived. Comparison of the optimal constructs of the XSVNs with two optimization objectives(EDR minimization and entropy generation rate(EGR) minimization) is conducted. It is found that when the dimensionless mass flow rate(DMFR) is small, the optimal diameter ratio of the elemental XSVN derived by EDR minimization is different from that derived by EGR minimization. For the multilevel XSVN, when the DMFR is 100, compared the XSVN with the corresponding H-shaped vascular network(HSVN), the dimensionless EDRs of the elemental, second and fourth order XSVNs are reduced by 26.39%, 15.34% and 9.81%, respectively. Compared with the entransy dissipation number(EDN) of the second order XSVN before angle optimization, the EDN after optimization is reduced by 26.15%, which illustrates that it is significant to conduct angle optimization of the XSVN. Entransy theory is applied into the constructal design of the vasculature with heat transfer and fluid flow in this paper, which provides new directions for the vasculature designs.     

八边形翼攻角对翅片管空气侧流动与换热特性的影响

在传统翅片管上加装八边形翼涡发生器以强化传热。利用FLUENT软件对八边形翼翅片管模型进行了数值模拟,研究了不同雷诺数(Re)下八边形翼攻角(10°,20°,30°,40°)对翅片管空气侧流动与换热特性的影响。结果表明,八边形翼攻角对管后尾迹区换热影响显著;与平直翅片管相比,加装八边形翼的翅片管空气侧在不同攻角、Re下的平均努塞尔数(Nu)提高了13.1%~43.1%,相应的阻力系数(f)增加了6.9%~61.1%;通过对综合传热性能评价因子(PEC)的分析发现,在Re为862~3 735时,八边形翼攻角为20°的翅片管综合传热性能最佳。     

多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.     

Convective heat transfer and flow characteristics of Cu-water nanofluid

An experimental system is built to investigate convective heat transfer and flow characteristics of the nanofluid in a tube. Both the convective heat transfer coefficient and friction factor of Cu-water nanofluid for the laminar and turbulent flow are measured. The effects of such factors as the volume fraction of suspended nanoparticles and the Reynolds number on the heat transfer and flow characteristics are discussed in detail. The experimental results show that the suspended nanoparticles remarkably increase the convective heat transfer coefficient of the base fluid and show that the friction factor of the sample nanofluid with the low volume fraction of nanoparticles is almost not changed. Compared with the base fluid, for example, the convective heat transfer coefficient is increased about 60% for the nanofluid with 2.0 vol% Cu nanoparticles at the same Reynolds number. Considering the factors affecting the convective heat transfer coefficient of the nanofluid, a new convective heat transfer correl     

基于最小熵产法的大功率LED散热器的结构优化

为了提高自然对流条件下大功率LED灯的平直肋片散热器的散热性能,对该类散热器开展了结构优化分析。利用最小熵产法分析了平直肋片的厚度、数量和高度,散热器质量、风速等因素对散热器流场及传热特性的影响,结果表明：随着肋片个数量的增加,无量纲熵产和温度熵产先增加后减小,温差熵产是摩擦熵产的10倍左右。此外在热流密度不变情况下,存在最佳肋片的几何尺寸使得无量纲熵产最小,据此优化散热器肋片结构使得散热器性能达到最优。