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。     

板泡式换热器对流与导热耦合换热的数值模拟

由于在结构和强化传热方面的优越性,开孔泡沫金属在换热器行业中具有很大的应用潜力。为了探究板泡式换热器的强化传热机理,建立了泡沫金属微尺度几何模型,采用商业软件Fluent 12.1对板泡式换热器内流体流动进行了数值模拟,通过计算其速度、温度和压力分布,分析了换热器内对流与导热的耦合换热情况。研究结果表明:泡沫金属复杂的三维立体结构强化了流体的扰动,增强了二次流,起到了强化传热的作用;泡沫金属与流体分界面分别采用恒壁温和耦合换热2种边界条件时,其温度分布呈现不同特点,耦合换热边界条件更能真实反映实际温度分布情况;去除进口效应的影响,中间段流体的压力梯度随单胞模型呈周期性变化。这为板泡式换热器的设计提供了一定的依据和指导。     

空气横掠沉没于多孔泡沫金属中错列管束的对流传热

对空气横掠沉没于多孔泡沫金属中正三角错列传热管束的对流传热进行了试验研究。结果显示,多孔泡沫金属使得流体的流动阻力明显增加,但阻力增加的倍数随Reynolds数的增大而减小;多孔泡沫金属对对流传热具有明显的强化作用,强化效果随Re的增大而减小。与横掠错列光管束相比,本试验范围内,流动阻力增加的最大倍数为12.727,最小倍数为10.109;对流传热的最大强化倍数为2.78,最小强化倍数为2.08。总结出了适合于试验范围的对流传热的气流量纲1阻力系数的表达式和传热计算关联式。综合强化对流传热及增加流动压降两方面可知,多孔泡沫金属较适合于流体较小流速的场合。     

泡沫金属结构内流体流动与传热性能数值模拟

基于开孔泡沫金属的微观结构分析,文中提出了一种简化的六面体结构模型,并采用商用软件FLUENT14.0模拟分析了三维矩形通道内泡沫金属与空气的对流换热情况,进一步分析了结构参数对泡沫金属内部流动与换热特性的影响关系。研究结果表明:通过与Alvarez实验结果的对比,分析验证了文中提出的简化模型是可行、准确的;传热因子j和摩擦因子f随着雷诺数和孔隙率的增大而减小,随着孔密度的增大而增大;相对而言,大孔径的泡沫金属的对流换热综合性能较好。     

泡沫金属复合PCM微结构传热储热过程模拟

以石蜡作为相变材料（PCM）,采用六面通圆孔三维结构模型,对泡沫金属复合PCM内相变熔化过程进行了数值模拟。研究了不同材料（Cu、Al、Ni、Fe）泡沫金属孔密度和孔隙率对复合PCM传热和储热性能的影响。结果表明,泡沫金属复合PCM传热过程受热传导和自然对流作用综合影响;随孔密度增加,复合PCM完全熔化时间缩短幅度逐渐减小,且泡沫金属热导率越高,孔密度对传热速率影响越大;泡沫金属复合PCM内存在非热平衡现象,孔密度和孔隙率增加均可减小最大平均温差,但对最终平衡时间的影响却截然不同;此外,泡沫金属复合PCM单位质量储热密度随孔隙率增大而增大,相比泡沫Cu、Ni、Fe复合PCM,泡沫Al复合PCM的单位质量储热密度较大,增加速率也较大。     

圆管内纳米流体层流流动及强化传热的数值研究

采用Al2O3-水纳米流体作为工质,用数值模拟方法对其圆管内层流流体的流动及换热过程进行了可视化研究,在雷诺数600~1200的范围内,分析了不同雷诺数下的流动换热效果及浓度对纳米流体层流传热性能的影响。结果表明：纳米流体中纳米颗粒的加入对流动通道内的速度和温度分布影响较大。随着纳米流体浓度的增加,流体的传热系数增大,...     

磁场作用下Fe3O4纳米流体在圆管内的流动及传热研究

使用有限元分析方法对磁场作用下Fe₃O₄-水纳米流体在圆形通道内流动及传热过程进行了三维数值模拟,研究了平行磁场作用下入口温度和流速对通道内Fe₃O₄-水纳米流体流动及传热性能的影响。结果表明：随着入口温度的不断提高,传热系数也在不断提高,当入口温度由293 K上升至313 K,传热系数提升达到11.6%,但也同时造成了流动阻力的增加。在研究范围内,雷诺数的增大在入口温度低于303 K时对传热起到了先抑制后增强的效果,而当入口温度达到303 K以上后,雷诺数增大仅会抑制传热。     

旋转式换热器换热效果的数值模拟研究

通过流体力学计算的方法,对一种新型的旋转式换热器进行了强化传热效果的模拟计算。计算结果表明,对比于静止情况,使用该新型旋转换热器可有效增强换热效果;总传热系数随着转速的增加而增加;但增强效果随着换热器内流体表观流速的增加而减弱。旋转式换热器强化传热的机理在于旋转消弱了壁面两侧冷热流体的速度边界层及温度边界层。     

内壁填充环状金属泡沫的管内流动凝结换热

通过采用在圆管内壁填充环状金属泡沫的方法强化管内对流凝结换热,实验研究了制冷剂R134a在内壁填充环状金属泡沫管内的流动凝结的压降和换热,克服了完全填充金属泡沫管流动阻力大的缺点。用于计算传热系数的管壁温度通过热电偶测量得到。综合分析了质量流速和两相流体干度对流动凝结压降及传热系数的影响。研究结果表明内壁填充环状金属泡沫管压降远大于光管,压降随质量流速和干度的增加而迅速增大且呈非线性。通过壁面温度分布和温度波动对内壁填充环状金属泡沫管内的两相流型进行判别,发现影响该类强化管凝结换热的两种主要流型：分层流和环状流。内壁填充环状金属泡沫管的凝结传热系数大于光管,且随着质量流速和干度的增加传热系数增大,该类强化管流动凝结传热系数是光管的2倍左右。     

内插扭带强化换热过程及最佳螺距研究

与普通换热管相比,内插扭带传热管内由于螺旋涡的存在,使管内介质压力梯度增加、流速加快,从而提高管内传热系数。采用了FLUENT数值模拟计算,以水为管内流体介质,对内插扭带管进行传热特性分析。结果表明,随着雷诺数增大,努塞尔数呈直线增大,而摩擦阻力系数呈指数型减小;并且在相同雷诺数条件下,内插扭带管的摩擦阻力系数和努塞尔数均大于光管;通过综合因子评价方法确定了内插扭带强化换热的最佳螺距为50 mm,并且该方法适合于小雷诺数流动条件下的强化换热。