矩形小翼不同排列方式换热特性研究

利用SIMPLE算法及采用RNG k-ε湍流模型对加装矩形小翼的矩形通道进行换热特性研究,采用控制变量的方式,对不同攻角,不同排列方式的小翼进项数值模拟。求测出雷诺数Re,阻力损失f、努塞尔数Nu,传热因子j和综合换热性能JF进行数据分析;研究结果表明,不同攻角下在65°时显现出的综合性能较好,换热特性较佳。在不同排列方式情况下,不等间距排列最优;在足够宽敞的通道中,"一"字型排列的换热情况优于V型排列,差值在1%左右。     

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。     

纵向涡强化竖直平板自然对流换热的实验研究

对纵向涡强化竖直平板自然对流换热进行了实验研究。结果表明，在一定的Rayleigh数范围内，直角三角翼纵向涡发生器的攻角、翼高、翼宽等几何参数是影响强化换热的主要因素。存在最佳攻角；宽高比一定时，翼高和翼宽的变化会影响换热的效果。发现在直角三角翼阵列中前排直角三角翼产生的纵向涡可以强化后排直角三角翼纵向涡的换热。将直角三角翼与矩形低肋换热表面的性能作了对比性实验，在其他条件相同的情况下，直角三角翼强化换热的效果优于矩形低肋。     

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.     

纵向涡发生器对涡轮叶片前缘冲击冷却的影响

采用三维数值方法对涡轮叶片前缘射流腔内的流动和换热特性进行了研究。在射流腔内安置一对三角形纵向涡发生器,研究了纵向涡发生器的安置角度、两纵向涡发生器间的距离以及纵向涡发生器距射流孔中心的距离对流动和换热的影响,分析了纵向涡发生器强化冲击换热的机理。结果表明:当在射流孔前的上壁面上增加一对纵向涡发生器后,射流孔前的横流流速减小,射流穿透力增大,射流腔内湍动能增大,从而造成靶面换热极值及高换热区域显著增大;在研究的纵向涡发生器各位置参数范围内,当横流雷诺数较低时,各参数对靶面换热的影响不大。     

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。     

复合翅片传热与流动特性的数值模拟

结合纵向涡发生器和开缝的优点,提出一种复合强化传热翅片,并对该种翅片的传热与流动特性进行数值计算.由于翅片结构比较复杂,在三角形小翼及X形开缝区域应用阶梯逼近进行网格划分.复合翅片的强化作用在于两方面:一是在三角形小翼和X形开缝后的流场均产生了纵向涡,对流体产生较强的扰动;二是带状开缝的间断表面抑制了边界层的增长,平均...     

不同小翼对风力机气动性能影响的数值分析

对安装平板小翼和融合小翼后的风力机气动特性和流场分布进行了研究,探究不同小翼对额定工况下风力机总功率、叶片表面压力和叶尖流场分布的影响。结果表明:在叶尖增加小翼可提高风力机总功率,融合小翼具有较好的气动特性,其总功率比无小翼时提高了10.61%;小翼的存在使叶尖吸力面压力降低,叶片表面压差增大,与平板小翼相比,融合小翼叶片表面压差更大;小翼削弱了叶尖绕流强度,使局部诱导速度减小,气动攻角增大,并使叶尖涡的涡核位置远离叶片主体,有效减小了叶尖涡产生的不利影响。     

不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较

应用三维数值模拟的方法对加装三角翼涡发生器的波纹翅片管换热器的流动换热特性进行了研究.3排换热圆管按顺排和叉排2种方式排列.结果表明:三角翼产生的纵向涡包括1个主涡和1个角涡.顺排布置时,纵向涡不但改善了尾迹区的换热,同时还大大强化了三角翼下游管排壁面的换热;叉排布置时,纵向涡在遇到后一个波谷时很快被抑制,换热的强化主要作用于尾迹区.ReD=3000时,与无三角翼的波纹翅片相比,三角翼波纹翅片的j、f,因子在顺排和叉排布置中分别增加了15.4%、10.5%和13.1%、7.0%.在不同排列方式下,三角翼产生的纵向涡均提高了波纹翅片管换热器的换热性能.     

矩形通道内冲孔矩形小翼涡流发生器的流动换热特性

雷诺数Re=214～10 703时,通过数值模拟方法对布置有冲孔和无孔的两种矩形小翼涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。计算结果表明:在低雷诺数下,冲孔矩形小翼涡流发生器的传热因子j值与无孔矩形小翼涡流发生器相差不大,而在高雷诺数下,冲孔涡流发生器的传热因子j值略低于无孔涡流发生器,大约低1.03%～3.05%。在相同的雷诺数下,无孔矩形小翼涡流发生器的阻力因子f大于冲孔涡流发生器,而且随着雷诺数的增大二者的差距也越来越大。通过对比综合性能指标可知,两种通道的综合性能指标均随着雷诺数的增加而减小,而且冲孔矩形小翼涡流发生器的综合性能要优于无孔矩形小翼涡流发生器。     

小翼安装角对分离涡旋涡特性的影响研究

为了研究三角形小翼安装角(β)对前缘分离涡旋涡特性的影响,首先以某三角翼飞行器为研究对象,验证了数值方法的可靠性;其次选取了5个典型的小翼安装角:β=10°、15°、20°、25°、30°,分析了前缘分离涡在翼面上的流动情况及横截面上流线的拓扑点随安装角的变化规律;并分析了小翼下游旋涡强度及径向运动轨迹随安装角的变化规律,结果表明:在小翼下游X/H20(X为流向距离,H为小翼高度)时旋涡强度随安装角增大而增大,X/H=20-80时,β=25°旋涡强度最大,X/H80时,β=20°旋涡强度最大。     

加装后缘小翼的垂直轴风力机输出特性研究

为了研究H型垂直轴风力机后缘加装小翼的输出特性变化规律,文章以NACA0012翼型叶片为例,采用风洞试验与数值模拟的方法,对加装后缘小翼的风力机进行了研究。模拟结果表明,加装后缘小翼的风力机的单叶片扭矩系数及功率性能要优于未加装小翼的风力机,整体功率较未加装小翼的风力机略有提升。风洞实验结果表明:加装后缘小翼可以提高风力机的最大输出功率,其中径长比对于加装小翼的垂直轴风力机功率提升的影响较大;当转速小于300 r/min时,安装径长比为0.6的后缘小翼的风力机输出功率最高;当转速超过300 r/min时,径长比为0.4的后缘小翼的风力机输出功率最高。     

不同小翼对H型垂直轴风力机叶片压力分布的影响

以翼型为NACA0012的单叶片H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟的研究方法,分析叶片两端未安装小翼和安装3种不同叶尖小翼对H型垂直轴风力机叶片表面压力分布和叶尖涡的影响。结果表明:安装小翼均可提高H型垂直轴风力机的最大转矩系数,其中安装Winglet可提高H型垂直轴风力机起动力矩;增加叶尖小翼均对消除叶尖涡有利;H型垂直轴风力机叶片两端安装Winglet小翼较其他两种小翼效果好。     

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。     

小管径管翅式换热器空气侧的强化传热特征

对5mm小管径三角翼翅片的流动和传热特性进行计算研究,讨论和分析了三角翼纵向涡发生器对流动与传热的影响以及其强化传热机理。计算结果显示流场呈现出三个显著的特征:翅片上下的空气通过冲孔相互流通,三角翼后形成了一个明显的纵向涡,后部有明显的横向流动。在所研究的Re范围内,三角翼翅片的传热能力增大70%～80%,综合性能提高19%～38%。同时,平均场协同角减小,这说明三角翼纵向涡发生器改善了温度场和速度场的协同性,从而提高了翅片的传热性能。     

加涡产生器的管片式换热器换热与阻力特性的数值研究

通过数值模拟的方法,研究了小翼式涡产生器对错排圆管管片式换热芯子换热与阻力特性的影响,比较了光板与加涡产生器强化板芯的速度场、横向平均Nu数以及平均对流换热系数、阻力系数的变化规律,为进一步提高其换热性能、改进翅片结构、设计新型换热器提供了理论依据。     

涡发生器间距对翼型气动性能影响的实验研究

以DU93-W-210风力机专用翼型为研究对象,采用风洞实验方法研究4组涡发生器(VGs)间距(S=5H、7H、13H、19H,H为VGs高度)对翼型气动性能的影响规律。风洞实验结果发现:在洁净翼型失速攻角(8°)之前,涡发生器对翼型的升力系数影响较小。而对于阻力系数及升阻比,当间距S=5H、7H时会使翼型的阻力系数增加,其中S=5H时阻力最多增加27%,升阻比降低19%。间距S=13H、19H时使翼型阻力系数降低,其中S=13H时阻力最多降低70%,升阻比最多增加160%;在翼型失速攻角(8°)之后,涡发生器均能增加翼型升力、降低阻力、增加升阻比,其中S=5H时翼型升力系数最多增加48%,增加失速攻角近10°,且在失速攻角之后,S=5H时翼型升阻比增加最多。故加装涡发生器不一定在全攻角范围内均增加翼型升阻比,但会增加翼型最佳升阻比的攻角范围。所以,涡发生器存在最佳间距,若从最大升力系数来判断,当间距S=5H时效果最佳。若从最大升阻比来看,当间距S=13H时效果更佳。     

矩形管内纵向涡强化传热研究

将纵向涡强化换热技术应用于矩形管槽,研究以水为换热介质在过渡流状态下的换热效果。实验结果表明有纵向涡发生器的换热效果明显优于无纵向涡发生器的情况。利用PHEON ICS计算软件对实验进行数值模拟,模拟值与实验值符合较好。在此基础上,改变纵向涡的翼高和形状来模拟,发现两者均为换热影响的因素,相比之下,高宽比为0.4纵向涡发生器的换热效果比高宽比为0.5和0.6的要好。而采用相同高宽的矩形翼时,N u高于三角翼,但其换热性能指标却低于直角三角翼。     

基于正交试验的涡流发生器传热特性结构数值分析

为进一步提高管壳式换热器壳程换热效率,设计了一种布置于壳程肋片上的仿生鸟喙式涡流发生器。采用ANSYS FLUENT软件结合田口正交试验模拟了矩形通道中鸟喙式涡流发生器的传热特性,分析了纵向高度、斜截角度、迎流攻角、入口距离、流向间距5种结构参数对强化传热和综合热性能的贡献率及最佳结构组合。流动通道为长方体,其长、宽、高分别为1 600,240和40 mm,温度为286.86 K的空气流体从入口以1.491~3.195 m/s的速度流入,通道底部为337.048 K的恒温换热面。结果表明：纵向高度对于强化换热特性的贡献率最高,达到4744%,最强换热效果组合的换热因子较空矩形通道提高了185.71%;迎流攻角对于综合热性能的贡献率最高,达到了总占比的31.35%,利用正交试验分析得到的最强组合较空通道的综合热性能提高了47.82%     

纵向涡发生器作用下矩形通道内脉动流流动换热性能研究

对安装渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合的矩形通道内脉动流动换热性能进行了非稳态三维数值模拟研究,计算考察了不同Re、脉动频率ω以及振幅A对通道内强化传热和压力损失的影响。研究结果表明:在脉动流动的影响下纵向涡发生器的传热能力得到了强化。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增加,矩形通道内整体传热能力的强化效果增强;随着Re的增大,强化效果逐渐减小。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增大,矩形通道内E_f的波动振幅增加;随着Re的增大,E_f的波动振幅减小。