不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

纵向涡发生器传热强化的研究进展

通过对纵向涡发生器研究进展的回顾,可以看出以往的研究主要集中在纵向涡发生器对气体介质的传热强化上,而对液体介质的传热强化作用的研究较少.运用场协同原理对纵向涡的产生和传热强化作用机理作出了初步解释.下一步的研究工作首先应对纵向涡发生器的几何尺寸进一步优化,其次针对矩形窄通道内液体的强化传热进行深入研究,最后以水为介质时,针对纵向涡发生器对窄间隙矩形通道内临界热流密度的影响机理进行研究.     

通道内设置涡发生器时的强化传热研究现状与展望

随着强化传热技术的研究发展，各种形式的涡发生器的强化传热效果日益受到国内外的重视。文章比较全面地介绍了近年来国内外关于通道内布置各类涡发生器时的强化传热研究状况，并提出了有待进一步开展的研究内容。     

新型矩形翼纵向涡发生器流动与换热实验研究

在矩形翼的侧面粘贴一个小矩形辅翼,构成一种新型矩形翼纵向涡发生器,称为组合翼。在压力损失相等的条件下,通过实验比较了矩形通道内组合翼与原始矩形翼纵向涡发生器的流动与换热特性。结果表明:对于原始矩形翼,其最佳攻角为45°;与矩形翼相比,组合翼的换热明显增强,且阻力系数减小,尤其当辅翼布置在矩形翼的上游时换热增强与阻力系数减小效果更加明显;研究范围内,辅翼攻角为30°时的流动与传热综合效果最佳。     

交错内肋微通道的流动和传热特性研究

为了研究带有交错内肋微通道的流动和传热特性,采用数值模拟的方法分析了肋片的形状对微通道热力性能的影响,对比了矩形肋、菱形肋、三角形肋和圆形肋4种不同形状内肋结构的微通道和光滑矩形微通道的热力性能。结果表明：矩形肋、菱形肋、三角形肋和圆形肋微通道的努塞尔数Nu都大于光滑矩形微通道的努塞尔数Nu,最大值分别为光滑矩形微通道的2.59,2.71,2.90和2.48倍;肋片对微通道的传热特性具有显著的强化作用,这是由于流体在交错内肋的后方产生涡流,实现整个流场的全局强化传热,极大提升微通道传热特性;交错内肋的应用也增大了通道的摩擦系数,矩形肋、菱形肋、三角形肋和圆形肋微通道摩擦系数的最大值分别为光滑矩形微通道的8.66,7.96,17.50和5.96倍。     

矩形通道内八边形翼纵向涡发生器强化传热的试验研究

在矩形翼的基础上,提出一种新型的八边形翼纵向涡发生器.在矩形通道内,通过试验比较了矩形翼和八边形翼纵向涡发生器的流动与传热特性.分别在Re相同和阻力损失相同的条件下,分析了不同纵向涡发生器的强化传热效果.结果表明:与矩形翼相比,八边形翼纵向涡发生器的强化传热效果更好,而阻力系数没有明显增加;在阻力损失相同的条件下,矩形翼和八边形翼纵向涡发生器的传热增强率小于在Re相同时的传热增强率.     

非圆形微通道热沉的流动换热特性数值模拟

建立了非圆形硅微通道内单相流动和换热过程的三维模型,并分别对三角形、矩形和梯形微通道中流动换热进行了数值模拟.研究发现,截面平均努塞尔数在通道入口处数值最大,然后沿流体流动方向急剧减小,直至流动充分发展时趋于恒定.固体和流体温度沿流动方向近似线性升高.换热面壁温仅沿流动方向升高,在垂直于流动方向,温度则基本保持均衡;雷诺数对微通道的流动与换热特性存在着较大的影响,雷诺数越大,其对应的努塞尔数也越大.对3种微通道的热经济性分析比较发现,三角形通道的热有效性最高.     

多种纵向涡发生器配置方案流动换热的数值模拟

为了深入挖掘三角翼纵向涡发生器在两个相对壁面布置的强化换热潜力,采用数值模拟方法,在雷诺数3 000～18 000的范围内研究了5种纵向涡发生器配置的流动换热情况,配置方式包括单面布置的共同上、下流配置,双面布置的共同上、下流配置,以及混合配置。结果表明：纵向涡可以很好地提高场协同效果,换热强度不完全取决于通道中的二次流强度,还取决于通道中的场协同性;在所有配置中,混合配置具有最高的二次流强度、最佳的场协同效果以及换热性能,可以将光滑通道的Nu提高28.3%～35.3%;另外4种配置可分别将光滑通道的Nu提高21.4%～32.0%,20.0%～29.2%,26.3%～34.3%和23.7%～28.0%;建议选用Re<6 000范围内的混合配置,此时其具有1.03～1.10的综合换热因子以及1.32～1.35的Nu/Nu₀。     

纵向涡发生器强化传热管的实验研究

介绍了一种高效强化传热管,沿传热管内壁轴向均匀排布三列成对的纵向涡发生器,在常壁温条件下进行加热空气在管内流动的冷却实验,研究强化传热管的传热和阻力特性。结果表明,在过渡流区管内置纵向涡发生器的强化传热大大增强,Nu增大为光管的2.02.3倍,阻力损失也相应有所增加,提出一种比较优化的发生器的形状设计,探讨了传热和阻力随设置间距变化的规律。     

纵向涡强化片式散热器油侧热性能的数值研究

采用三维数值模拟的方法研究了在片式散热器一组通道内设矩形涡流发生器(rectangualr vortex generator,RVGs)时对油侧的传热性能影响。研究了相同入口条件(层流)和考虑重力作用的条件下,纵向涡发生器的宽度、高度、攻角和纵向间距等几何因素对竖直通道传热和压降的影响。结果表明:纵向涡发生器产生的涡旋导致边界层分离,传热效果得到强化;改变涡发生器的宽度和高度对传热的影响趋势相似;当几何条件相同下攻角为30°时整体强化传热效果最佳;随着纵向间距的增加,传热的强化效果先降低再提高,最后又降低;最佳纵向间距为160 mm。     

小尺度涡流发生器强化传热特性及机理

对布置有不同高度的小尺度涡流发生器的矩形槽道进行了数值模拟,对其传热和流动特性进行了对比研究。分析了小尺度涡流发生器强化传热的特点和机理。从流体流动对温度场影响的角度来说明对流换热的物理机制。     

纵向涡强化换热的优化设计及机理分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.深入分析了纵向涡对流场和温度场的影响,并通过场协同原理揭示了纵向涡强化换热的根本机理,即减小了速度和温度梯度之间的夹角,改善了速度场和温度场的协同性.在此基础上,对纵向涡发生器的布置位置(上游布置和下游布置)和纵向涡发生器的攻角α(15°,30°,45°,60°)进行了优化设计.结果表明:当纵向涡发生器布置于换热管下游时,具有更好的强化换热能力;在纵向涡发生器采用下游布置的前提下,当纵向涡发生器的攻角α=30°时,具有最佳的强化换热能力.     

管内置矩形翼涡产生器二次流特性及其与换热的关系

采用数值方法研究了均匀壁温(uniform wall temperature,UWT)热边界条件下圆管内置扭曲翼型涡产生器管内二次流特性及其与对流换热强度的关系。采用无量纲参数Se量化了管内的二次流强度,分析了矩形翼涡产生器主攻击角α、涡产生器间距S_t和基带宽度W对二次流强度和对流换热强度的影响,建立了二次流强度Se和对流换热强度Nu_m与翼型涡产生器结构参数的拟合关联式。结果表明,内插矩形翼涡产生器管内二次流强度是其对流换热强度的决定因素。     

Heat Transfer Enhancement in a Diffuser by Inserting Vortex Generators on an Unheated Side

The experimental investigation of heat transfer enhancement and flow analysis in a diffuser using vortex generators (VGs) is carried out. Two diffuser angles are examined. One and two VG pairs are considered. The velocity profile at the diffuser inlet is uniform and the flow is a developing one. The VGs are placed on the side opposite to the heated surface. It is observed that the heat transfer enhancement is more with the two pair case. The Reynolds number based on inlet velocity and diffuser length is in the range 2.3 to 3.6E05. The maximum enhancement is 62% at constant Reynolds number and 40% at constant dissipation. The enhancement increases with the angle of attack of the VG and decreases with the diffuser angle and with Reynolds number.     

Effect of Serpentine Grooves on Heat Transfer Characteristics of Microchannel Heat Sink with Different Nanofluids

An experimental and numerical investigation of the thermal performance of three different nanofluids ethylene glycol‐based CuO, water‐based CuO, and Al₂O₃ is done in a serpentine‐shaped micorchannel heat sink. The microchannels considered ranged from 810 μm to 890 μm in hydraulic diameter and were made of copper material. The experiments were conducted with the Reynolds number ranging from approximately 100 to 1300. The forced convective heat transfer coefficient of nanofluids shows that there is an improved heat transfer rate compared to base fluids water and ethylene glycol. The experimental results also confirm that there is an earlier transition from laminar to turbulent flow in microchannels. The results prove that as the hydraulic diameter decreases there is increased pressure drop and the heat transfer coefficient increases for both the base fluids and nanofluids. The flow characteristics are discussed based on the pressure drop. While investigating the heat transfer coefficient of the three different nanofluids the nanofluid CuO/EG has the highest heat transfer coefficient as a result of the material's property. This research also will encourage young researchers to work on nanofluids of varying nanoparticle size and concentration to discover new results.     

管排数对三角小翼式涡产生器式管片换热器换热影响的数值分析

通过数值模拟的方法,研究了三角小翼式涡产生器式错排圆管管片换热板芯在1,2,3,4四种不同管排数下的局部对流换热系数以及平均对流换热系数、阻力系数,得出管排数对换热与阻力性能的影响规律,为进一步提高换热器换热性能提供了理论依据。     

微细通道内R290流动沸腾换热特性实验研究

对R290制冷剂在微细通道内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。研究管径分别为1和2 mm,热流密度为20~65 k W/m~2,质量流率为100~200 kg/m~2·s,饱和温度为15和25℃,干度范围为0.1~0.9。通过实验数据分析管径、热流密度、质量流率、饱和温度对流动沸腾换热的影响。结果表明:随着管径的下降,换热系数呈现出大幅上升的趋势,其平均增幅为31%;随着热流密度的上升,换热系数呈现出大幅上升的趋势,其平均增幅达到了131%;随着质量流率的上升,换热系数呈现出小幅上升的趋势,其平均增幅为14%;随着饱和温度的上升,大部分换热系数呈现出小幅上升的趋势,其平均增幅为12.6%。