有攻角椭圆柱绕流换热特性实验研究

利用萘升华热质比拟实验方法,在直流吸入式风洞中对雷诺数5 000—50 000范围内空气绕流7种轴长比椭圆柱在不同攻角下的平均传热特性进行了实验测量,并且采用小区域平局传热等效局部传热的方法,对3种不同轴长比椭圆柱的局部传热特性进行了实验研究,对比分析了多种工况下的平均努塞尔数和局部努塞尔数。结果表明:各轴长椭圆柱表面局部努塞尔数分布趋势相似,前驻点处局部努塞尔数最高,沿着流体流向椭圆柱体表面局部努塞尔数逐渐减小,在分离点处达到最低点,随后再逐渐增加,迎流面局部努塞尔数始终高于背流面对称区域;7种不同轴长比椭圆柱的表面平均努塞尔数在攻角0°—90°范围内随攻角的变化趋势基本一致,平均努塞尔数均随攻角的增加而增大。     

换热管内插组合扭带强化传热的实验研究

以水为介质,对换热管内插入组合扭带的强化传热进行实验研究,分析其阻力和传热特性。实验结果表明,内插入组合扭带管的流动阻力和努塞尔数都得到了提高。其中,组合扭带管的摩擦系数比开孔扭带管的平均提高了10.5%;扭带管的努塞尔数比空管的平均提高了13.01%~20.38%,此外,组合扭带管的努塞尔数比开孔扭带管的平均提高了6.52%。换热管内插入组合扭带的传热综合性能评价因子φ均大于1,最大值达到1.16,这说明了换热管内插入组合扭带后,传热性能确实得到了提高。     

边界条件对颗粒-流体对流传热的影响

对单个球形颗粒与周围流体的对流传热进行数值模拟,考察了等温边界、等热流量边界和流固耦合边界条件的影响。结果表明,流固耦合边界和等温边界所得时均面积加权努塞尔数与经验公式计算结果基本一致,等热流量边界模拟结果大于其它两种边界条件结果。时间平均局部面积加权努塞尔数的分布表明,当流动稳定且不发生分离时,努塞尔数从前滞点到后滞点逐渐减小;当出现非稳态涡旋时,努塞尔数从前滞点到分离角附近逐渐减小并出现最小值,后逐渐增大直至后滞点。     

内置开孔螺旋叶片转子换热管强化传热实验

以60%甘油水溶液为管程介质,对内置不同孔径开孔螺旋叶片转子换热管过渡区传热和阻力特性进行了实验研究。对光管性能进行了实验验证,以保证实验结果的可靠性。同时,对比分析了转子开孔孔径对其强化传热性能的影响,实验结果表明：内置S=0.375螺旋叶片转子换热管努塞尔数比内置S=0以及S=0.25螺旋叶片转子换热管的努塞尔数分别高出9.5%和21%左右,阻力系数高出9%左右。而对于综合性能而言,内置S=0.375螺旋叶片转子换热管的综合评价因子大于内置S=0螺旋叶片转子换热管的综合评价因子,内置S=0.25螺旋叶片转子换热管综合评价因子最小。综上可得,较大直径的开孔能提高转子的综合性能,但是较小直径的开孔反而会减弱转子的强化传热综合性能。     

气膜冷却对叶栅端壁二次流的影响

通过对两种叶栅流道端壁气膜冷却的数值模拟,分析比较了流道内部的损失和气流落后角等气动参数,得到了以下几个结论：端壁气膜冷却对于叶栅端壁静压分布影响不大,几乎没有改变端壁横向压力梯度.吹风比m=1时的端壁气膜冷却对于反动式叶栅影响较大,有效抑制反动式叶栅的二次流发展.而对冲动式叶栅,端壁气膜冷却影响并不明显.冲动式叶栅出口端壁附近出现了一个低温的反向涡流,这个涡流的形成与端壁气膜冷却喷射、角涡、叶栅中部吸力面壁面分离密切相关.     

基于螺旋片强化的套管换热器性能

基于RNG k-ε模型对螺旋片强化的套管换热器的传热进行模拟,通过模拟结果与文献中的实验结果进行对比来验证模拟的可行性;分析了Reynolds数为2362~16860范围内的螺旋升角α变化对Nusselt数和摩擦阻力系数f的影响;并考察了等泵功率下的综合传热性能PEC值的变化规律。结果表明:Nu和f的平均误差分别为7.1%和1.3%,证明所采用的研究方法是可行的;f在15°~75°范围内,Nu和f均随着α的减小而增大,特别地,当α小于35°时,f随α的减小剧烈增大;在等泵功率下,PEC值为0.84~1.93;α在15°~45°时,α为35°具有较好的综合传热性能,f为55°、65°和75°时,虽然其PEC值比35°时略高,但其Nu与35°时相比要小很多,实际应用中考虑到传热速率的问题,选择35°的螺旋升角较为合适,此时,PEC值为1.26~1.62。另外,为减小f,提出倾斜螺旋片强化的方法;螺旋升角α为35°、螺旋片倾斜角β为10°时,与普通螺旋片相比,Nu基本一致,甚至略大,而f减小了12.5%~14.5%,此时,PEC值为1.38~1.71;场协同理论也很好地验证了这一结果。     

狭缝小间距射流冲击移动高温平板的传热特性

利用COMSOL软件模拟研究了单狭缝射流对高温运动板的稳态传热特性。研究结果显示,当射流-板间距H/W在0.2—2区间变化、板速-喷嘴射流速度比R_(sj)(s为目标板,j为射流)在0—1区间变化时,小间距射流通过抑制次级涡,在运动板边界层形成高速贴壁射流以输运热质。观察到小间距时局部努塞尔数曲线的次级峰,其在运动板下游的传热增强显著。随着H/W的增大,R_(sj)严重影响局部努塞尔数曲线峰的位置和数量。此外,在层流和湍流对比中,其传热差异明显。且在高速湍流中,H/W≤0.4时的传热效果显著。     

齿状凹槽型扭带深度比对管内传热特性的影响

为探究齿状凹槽型扭带的凹槽深度比e对换热管换热特性的影响规律，通过数值模拟方法，在雷诺数Re=800～1600范围内恒壁温条件下，分别对内置深度比e为1/3、1/2、2/3、1的齿状凹槽型扭带管内传热性能进行了探究。研究结果显示：凹槽深度越大，努塞尔数Nu与PEC值均随凹槽深度的增加而增大，其中凹槽深度比e=1时换热管的PEC值明显高于其他扭带。     

圆管内氧化石墨烯MPCM悬浮液对流传热实验研究

由于氧化石墨烯(GO)的高热导率特性,将其添加至相变微胶囊颗粒内,以提高以其为基材制备的悬浮液的热导率,从而进一步强化传热。分别测试了纯水、5wt%相变微胶囊悬浮液(MPCMS)、5wt%和10wt%复合氧化石墨烯的相变微胶囊悬浮液(GO-MPCMS)的传热特性,分析讨论了壁面热流密度、雷诺数(Re)等参数的影响。结果表明,由于相变过程的影响,圆管壁面和流体温度分布呈现上升、平直、上升的变化规律;相同实验条件下,当工质为悬浮液时壁面温度与流体温度比纯水低;颗粒浓度和GO均对传热产生较大影响,相同质量分数(5wt%)时,添加GO时可使稳定后的局部努塞尔数(Nu_x)进一步提升8个百分点,颗粒质量分数由5wt%增至10wt%时,Nu_x又增加了20个百分点;与纯水相比,同时考虑GO和微胶囊颗粒的影响,相同实验条件下,相变微胶囊悬浮液平均努塞尔数(Nu)可提升1.0～2.0倍。     

Z字型碳化硅印刷电路板换热器性能优化分析

针对Z字型碳化硅印刷电路板换热器(PCHE)作为高温回热器时的传热与流动性能进行优化分析,采用数值模拟和响应曲面法相结合的方法,以努塞尔数和范宁摩擦系数为响应值,以冷流体压力、冷流体入口温度、热流体入口温度、通道弯曲角度、通道直径以及质量流速作为影响因素进行优化设计,确定最优的结构和工艺参数。结果表明,单因子中通道弯曲角度对响应热侧范宁摩擦系数影响显著性最高,通道直径对响应热侧努塞尔数影响显著性最高。当Z字型碳化硅PCHE作为高温回热器,冷流体压力为30 MPa,冷流体入口温度为568.44 K,热流体入口温度为893.813 K,通道弯曲角度为15°,直径为1.769 mm,质量流速为349.997 kg/(m²·s)时,流动阻力最小;当冷流体压力为23.078 MPa,冷流体入口温度为541.961 K,热流体入口温度为800.045 K,通道弯曲角度为45°,直径为1.8 mm,质量流速为350 kg/(m²·s)时,换热效果最好。