基于CFD的弯管流动与换热影响因素研究

弯管供热广泛存在于实际生活与工程应用中,基于不同影响因素分析弯管流动与换热规律,构建弯管流动与换热的准则关联式。基于计算流体动力学CFD原理,在验证模拟可靠性的前提下,对不同雷诺数Re、相对弯曲半径r、折角θ下的三维DN192弯管进行数值计算,揭示其内部流场的分布情况。结果表明：压降Δp、努塞尔数Nu随着雷诺数、折角的增大而增大,随着相对弯曲半径的增大而减小;阻力系数f随着雷诺数、相对弯曲半径的增大而减小,随着折角的增大而增大;流动与换热准则关联式的拟合值与模拟值吻合度很高;弯管的综合换热性能η随雷诺数的增大呈先增大后减小的规律,当Re为2 000时,弯管综合换热性能最好,在Re=2 000,r=0.5,θ=π/6时,η最大为1.79。在弯管供热设计中,尽量采用相对弯曲半径较小,来流雷诺数控制在2 000左右的弯管,以获得最佳的综合换热性能。研究结果可为弯管供热设计与优化提供相关参考。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比.结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍.最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理.     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。     

不同结构的条缝喷嘴对冲击射流换热的影响

本文采用数值模拟结合实验验证的方法,对比了170 Pa和190 Pa两种进口压力条件下,3种不同结构的V型条缝喷嘴对冲击式速冻设备换热的影响,分别从喷嘴出口风速、横流方向风速以及努塞尔数(Nu) 3个方面进行研究分析。结果表明:喷嘴延伸段长度K较大的喷嘴出口风速较大、流场较为均匀,但较大的K反而削弱对流换热的强度;喷嘴渐缩段与延伸段之间的夹角α较小的喷嘴在横流方向上的风速较小、均匀度较高,受横流影响较小,但对提高对流换热强度的作用不明显;当V型条缝K=10 mm,α=165°时,平均Nu最高,对流换热的强度最大。     

小管径铜管内含油制冷剂流动冷凝换热与压降特性的实验研究

实验研究了小管径铜管内R410A-油混合物的流动冷凝换热与压降特性。测试管为外径为5mm的光管和强化管。实验结果表明,润滑油的存在总是恶化5mm光管和强化管内的换热特性,最大分别恶化24.8%和25.1%。润滑油的存在对光管和强化管内的冷凝压降影响不同。对于光管,润滑油总是降低冷凝压降,最大降低19%。对于强化管,干度小于0.6时,润滑油的存在降低强化管内的压降,最大降低18%;干度大于0.6时,润滑油的存在增大强化管内的压降,最大增强9%。相同工况下,5mm强化管与光管相比,换热系数增大60%～130%、压降增大40%～65%。     

支管直径大小对 T 型三通管充液成形的影响

目的研究支管直径大小对T型三通管在充液成形过程中的影响。方法在Dynaform软件中建立了有限元模型,对T型三通管的成形过程进行了数值模拟,并进行了相关实验对比。结果随着支管直径的减小,主管端部的壁厚增大,主管壁厚最厚处逐渐从主管背部转移到主管侧壁处,支管直径越小,壁厚最厚处位置越靠上。支管直径较小的T型三通管的壁厚分布更加不均匀,壁厚变化更为剧烈。充液成形第一阶段的轴向补料量对于T型三通管成形的影响较大,支管直径较大的T型三通管补料量增大有助于减小减薄率;支管直径较小的T型三通管补料量增大,减薄率减小不明显,反而会大幅增加增厚率。结论 T型三通管的支管直径越小,其充液成形的难度越大,起皱和破裂的风险越大。支管直径越大,应增加第一阶段的补料量,支管直径越小,在满足减薄率的条件下需减少补料量。     

流体横掠叉排平行板束对流换热的数值模拟研究

用商用软件Fluent模拟在不同的Re(雷诺数)下,流体横掠不同的结构参数叉排平行板束的流场、温度场的分布,同时分析影响换热的无量纲数。本文的模拟中只选取一个代表性的单元区域,用该区域代表当流动与换热达到充分发展阶段时整体的流场和温度场的分布,同时分析了在不同的Re下Nu和f的变化情况。结果表明:在层流范围内,一定结构参数下,流场随Re的增大,流体的湍流度加大,换热增强;在相同Re下,不同结构参数下,长宽比较小时,流体湍流度大,换热强;在层流范围内,Nu随Re呈指数变化,f在层流范围内也随Re也呈指数变化;J/f与Re是线性变化,并提出相关结论。     

R32在小管径水平光管内的流动沸腾换热与压降特性试验研究

对R32在?5 mm的水平光管内的流动沸腾换热与压降特性进行试验研究和理论分析。试验的蒸发温度为5℃,质量流量范围为100~500 kg/(m2·s),热流密度为8~24 kW/m2。结果表明,沸腾换热系数在1~8 kW/(m2·K)之间,压降在1~4 kPa/m之间。沸腾换热系数随着干度增大而增大,质量流量的增大和热流密度的增大都有利于换热系数的增加。质量流量的变化对压降的影响比较明显。与R32在?7 mm管内流动传热性能相比,换热系数提高了30%左右。将得到的沸腾换热系数和压降试验数据与多个模型的预测结果进行比较,发现多数换热经验关联式的预测误差较大,仅有Fuji-Nagata关联式的预测值与试验值较为接近;压降的预测误差相对较小。     

HC290含油工质在水平微肋管内沸腾换热特性及压降的实验研究

实验测试了HC290-Suniso 3GS混合工质在含油浓度为0.43%～5.28%、质量流率为40kg/m2*s～220kg/m2*s,蒸发温度分别为-5℃、0℃、 5℃时在水平微肋管内的沸腾换热特性及压降.蒸发试验段为一套管蒸发器,有效长度为2.0m,内管为内肋强化管,其外径为12.7mm,最大内径为11.44mm,T型肋高0.25mm,螺旋角20°,肋数为60;外套管是一光滑铜管,其内径为19mm.实验结果表明含油工质沸腾平均换热系数随工质质量流率、干度的增大而增加,随含油率的增大而降低,蒸发温度对其影响不大;压降随其质量流率的增大而增大,与光管相比其压降随质量流率的增大要更快,润滑油的加入对压降影响不大.通过测试沸腾换热特性所得的40多个实验数据点,回归出了适用于本实验条件的经验关联式.     

高频脉冲管制冷机交变蓄冷器流动阻力特性实验研究——第三部分：理论分析与实验结果

从基本方程人手分析交变流动蓄冷器,得到了不同于稳态流动的交变流动阻力系数定义,并在动态实验台的基础上,研究高频交变流动蓄冷器的阻力特性.实验中发现交变流动与稳态流动阻力系数的关系不能用简单的倍数关系表示,finst/fst比例因子随着瞬态雷诺数而变化;交变流动阻力系数随瞬时Re变化存在非对称性.所得实验结果对于高频脉冲管制冷机的整机数值模拟有重要的参考价值.     

冷箱U型和Z型集管流体分布特性数值模拟

针对大型冷箱的U型和Z型集管内流体分布特性进行数值模拟研究.依据集管内压力分布规律性,探讨了不同雷诺数Re与结构因素对其内流体分布的实际影响;采用多孔介质模型分析给出了板翅式换热器对集管内流体分布的影响作用;最后对大型冷箱集管布置提出了流体均配优化方案.研究表明,U型集管内流体分配优于Z型集管;随着Re增加,U型集管流体分布趋于均匀而Z型集管变得不均匀;随着支管阻力增加所致的集管压降增加能使集管内流体分布趋于均匀;支管长度增加或支管管径减小,可使集管内流体分布趋于均匀,但会导致较大额外压降.依据以上结论提出的大型冷箱集管优化方案可在较大改善实际流体分布同时有效降低集管压降.     

旋转射流冲击凸台换热特性的数值模拟

运用重整化(RNG)的κ-ε模型对半封闭板内带旋流的射流冲击凸台的传热及流动进行仿真,研究了旋转射流冲击凸台时的流场特性以及凸台表面、侧壁和平板上的传热特性.分析了旋流强度(旋转数)、流动Re数、冲击高度H/D对传热与流动的影响.结果表明,不同Re数下旋流会削弱驻点处的冲击作用,从而使得驻点处的传热Nu数减小.在雷诺数Re=25 000时,在旋转数0相似文献   

微肋管内流动冷凝压降关联式的研究

本文进行了微肋管内R134a两相流动冷凝换热实验,分析了实验工况、微肋管结构参数对管内压降的影响,并使用关联式对管内压降进行了预测。实验结果显示:管内压降与质量速率、肋片螺旋角呈正相关,与冷凝温度、冷却水雷诺数Re呈负相关;Cavallini et al关联式、Haraguchi et al关联式、Pierre关联式可实现对管内压降的高精度预测,预测平均误差均在17%以内,而Goto et al关联式高估了管内压降;参考Goto et al关联式拟合机理,基于微肋管内R134a压降实验数据,对气相/液相折算系数Φv/Φl与参数Xtt之间关系进行重新拟合,进而提出适用于预测管内压降的关联式,经验证:新关联式预测误差在±30%以内,预测平均误差小于10%。     

复合材料点阵夹芯结构的换热特性

采用FLUENT软件模拟了受一恒定温度载荷的复合材料点阵夹芯结构在辅助流体强制对流作用下的热行为和热传输特性。对流体的压力场、速度场、温度场等场分布规律及特征进行了分析, 详细地阐述了点阵夹芯结构本身的构型对胞元内近壁流动和热传输类型的影响。采用雷诺数Re、努塞尔数Nu、压降损失系数K_Cell三个以胞元特征长度为度量的无量纲参数对结构的换热性能进行了表征与评价; 并引入温度最小渗透率、最大渗透率和水平渗透率的概念, 更加直观地表征结构的换热性能。结果表明, 强制对流下结构的换热性能明显提高, 有利于其轻质多功能化的实现。      

波浪形圆柱的气动力特性试验研究

斜拉索的风荷载和风致振动问题突出,探索能够减阻抑振的新型斜拉索意义重大。研究表明,波浪形圆柱在Re=10~3~10~4有减阻抑振效果,而真实斜拉索的雷诺数通常在10~5量级,有必要研究波浪形圆柱在高雷诺数下的气动性能。以特定几何参数的波浪形圆柱为研究对象,通过风洞试验方法,研究了波浪形圆柱在Re=1.4×10⁵~4.0×10⁵的气动力变化规律。研究结果表明:与等截面圆柱相比,波浪形圆柱的整体阻力系数更大,当Re=1.4×10⁵~3.6×10⁵约大4%~8%,当Re=3.6×10⁵~4.0×10⁵约大47%;在临界区,波浪形圆柱的阻力系数没有出现从预临界区(TrBL0)至单分离泡区(TrBL1)转变过程中的阻力大幅下降的现象,而是随着雷诺数的增大,呈稳定不变的趋势;整体升力系数在整个试验雷诺数范围内始终约为0;展向不同位置的阻力系数、升力系数和风压分布随雷诺数的变化规律表现出差异性,这主要是由于波浪形圆柱的三维几何特性导致的。     

风速对不同流程数CO2蒸发器性能的影响

为研究迎面风速对不同流路数CO₂翅片管蒸发器性能的影响,本文建立分布参数模型对蒸发温度为-25℃,风速为0.5～4 m/s条件下5种流路数CO₂翅片管蒸发器的制冷剂压降、换热量、温度分布及传热系数的变化进行分析,并通过实验验证了蒸发器模型的可靠性。蒸发器模型的换热量、制冷剂压降和风侧压降等参数模拟值与相同工况下实验值的误差均在±4%以内。结果表明:同一流路数蒸发器的换热量、制冷剂压降及传热系数均随风速的增大而增大,而其涨幅随风速增大而减小,综合考虑换热效果和能耗可得最佳风速范围为2.5～3.5 m/s;在一定风速条件下,蒸发器设计时在合理范围内选择较多流路数可有效提升蒸发器换热性能并增强换热均匀性,本次实验中24流路蒸发器为最佳设计方案。     

空冷凝汽器蛇形翅片扁平管空气侧流动与换热特性研究

针对应用于电站直接空冷凝汽器的蛇形翅片扁平单排管,对其空气侧的流动及换热特性进行了数值模拟。给出了该管件基本结构的雷诺数和欧拉数随迎面风速的变化关联式;结果显示,同一迎面风速下,随着翅片间距、高度的增大,换热变差,流动变好。但当间距增加到一定程度时,风速与间距对换热流动性能的影响都变得很小。风速越大,换热性能对翅片间距、高度越敏感,而流动则相反,需根据实际工况来选择合适的翅片间距及高度。     

面向壁厚均匀的液压成形三通管的坯料设计方法与参数优化

目的 研究连续变厚度管液压成形过程中三通管的壁厚均匀性问题。方法 首先,利用有限元软件分析得到了等厚管液压成形三通管过程中的成形规律,根据其成形规律,反向设计了用于液压成形三通管的连续变厚度管坯;其次,采用正交试验方法,研究了连续变厚度管厚区壁厚、过渡区长度对液压成形三通管成形质量的影响;最后,采用多岛遗传算法,对连续变厚度管的结构参数进行了优化验证,提高了液压成形三通管的成形质量。结果 在等厚管液压成形三通管成形过程中,支管顶部壁厚值持续减小、轴向过渡圆角及直管底部中间位置处壁厚值持续增大;环向过渡圆角处等效应力最大,其他位置连续变化;轴向压应力使得三通管壁厚增大,拉应力使得壁厚减小;正交试验结果表明,当连续变厚度管厚区厚度、环向过渡区长度达到某一值时将出现较好的壁厚均匀性;在4种过渡区曲线线型中,直线型的壁厚均匀性最好;通过多目标优化得到最佳连续变厚度管结构参数,并通过有限元仿真进行验证,相对误差均在2 %以内,使用优化后的连续变厚度管液压成形三通管相对于等厚管,壁厚均匀值减小了0.423 mm。结论 可以采用厚度补偿或减薄的方式来提高成形三通管的壁厚均匀性;连续变厚度管坯相比于等厚管,显著提高了液压成形三通管的壁厚均匀性。     

开口结构对微肋阵沸腾换热及汽泡动态生长特性的影响

为了研究开口结构对微肋阵矩形通道沸腾换热的影响,本文对开口水滴形微肋阵通道流动沸腾换热性能进行可视化实验,并与水滴形微肋阵通道流动沸腾换热性能对比,借助高速摄像仪对通道内不同流量下气泡的流动和生长过程进行记录与分析。以去离子水为工质,入口温度为30℃,流量范围为0.2～7.2 kg/h,加热电压为60 V,拍摄频率为500 fps。实验结果表明:微肋阵的开口结构会影响流动特性;开口结构增加了传热面积,有利于汽化核心的形成,有利于换热。在较低和较高雷诺数下,开口水滴形微肋阵的对流换热优于水滴形微肋阵;开口水滴形通道Ⅱ区和Ⅲ区域内气泡的等待时间和生长时间均随雷诺数的增大而逐渐增大,且气泡的生长时间大于等待时间,此外,针肋末端Ⅱ区域的等待时间和生长时间均比Ⅲ区域的更短。     

扭曲椭圆管层流换热的数值研究

计算了层流状态下扭曲椭圆管内的流动与换热情况。在保持其它参数不变的情况下,管内的Nu随着Pr和Re的增大而增大,随着扭曲比BS和椭圆的短轴与长轴之比AB的增大而减小。并且在Re<500, Pr<200的范围内,强化换热效果非常明显。并且,Pr越大,h也就越大,表明扭曲椭圆管特别适用于大Pr和层流状态下的换热强化。从温度场和流场耦合的角度来看,层流状态下换热得以强化的原因在于扭曲管内的流体发生旋转,产生的二次流使得流体存在指向壁面的分速度,提高了壁面的温度梯度,增强了截面上的速度和温度分布的均匀性。