水平矩形通道内纵向涡强化传热数值研究

纵向涡是一种新型的传热强化技术 ,其传热性能好 ,安装方便 ,使用可靠 .以数值计算方法分析了在常壁温条件下纵向涡对换热器的传热性能以及流动阻力的影响 .研究发现 ,纵向涡发生器的传热强化效果与翅前端距有很大的关系 ,并存在一个最佳的翅前端距 .     

冲击射流热传递的强化和控制

通过在自由射流中设置一排圆柱列,引起大尺度旋涡,加速滞点邻近范围的表面更新作用,传热效果比自由射流强化大约180％(圆柱列顺排列时)。局部传热控制可依喷嘴宽度,喷嘴到平板之间的距离、圆柱间距和直径以及圆柱列的位置等方面考虑。     

纵向涡发生器强化传热研究进展与展望

对通道内布置纵向涡发生器强化传热与流动减阻的研究进展进行了评述,指出了进一步深入研究的方向,主要包括:1)通过系统的实验研究和理论分析研究诱导涡的产生和发展过程,研究流动结构的控制与增强传热和流动减阻的作用机理;2)利用LES或DNS方法进行涡发生器强化传热数值模拟,或发展更先进的湍流模型;3) 引入场协同原理分析纵向涡发生器对湍流拟序结构的控制、进而分析强化传热的机理.     

壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究

从涡流发生器对湍流边界层拟序结构影响的角度来研究强化传热机理．利用计算流体力学软件FLUENT6.3对流体在放置斜截半椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟（LES）,得出流场中速度、涡量、温度与压力参数的瞬态变化特性,并对新型涡流发生器的特性及其对湍流拟序结构的影响进行了分析,得知拟序结构的控制对强化传热起着重要的作用．通过研究拟序结构对流场及温度场的影响,揭示了强化传热的机理,进而为寻求适合的壁面扰流元形式和结构参数,为实现传热强化和流动减阻打下基础．     

壁面扰流影响边界层湍流拟序结构及强化传热机理的研究

从涡流发生器对湍流边界层拟序结构影响的角度来研究强化传热机理.利用计算流体力学软件FLUENT6.3对流体在放置斜截半椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟(LES),得出流场中速度、涡量、温度与压力参数的瞬态变化特性,并对新型涡流发生器的特性及其对湍流拟序结构的影响进行了分析,得知拟序结构的控制对强化传热起着重要的作用.通过研究拟序结构对流场及温度场的影响,揭示了强化传热的机理,进而为寻求适合的壁面扰流元形式和结构参数,为实现传热强化和流动减阻打下基础.     

新型涡流发生器几何结构及换热计算关联式

通过对矩形风道内置有新型涡流发生器一斜截椭圆柱体强化传热性能和压降特性的实验研究,分析了不同雷诺数(Re=800~38000)工况下涡流发生器的几何尺寸和迎流方位对传热和压降的影响.实验结果表明:高宽比h/b=l/2的斜截椭圆柱体较好的几何尺寸和位置参数是斜边倾角α=20°,迎流攻角β=45°.这是马蹄涡和端部涡综合作用的结果.根据77个实验工况回归了斜截椭圆柱体涡流发生器强化换热的准则实验关联式,为工程应用提供了理论依据.实验采用了稳态的气水逆流换热方式,测温数据由HP34970A数据采集系统采集.     

反应堆矩形强化流道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,为优化其传热特性,针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋和等距短肋布置的三种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;三种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.     

反应堆堆芯强化通道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,对堆芯强化通道的研究较少.针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋布置和等距短肋布置的3种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;3种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.     

扭曲圆柱绕流特性的大涡模拟

为了有效抑制涡激振动对海洋平台和立管的破坏,需要对圆柱尾涡绕流特性进行进一步研究.本文采用大涡模拟方法对雷诺数Re=28 712时不同扭曲角度α的扭曲圆柱湍流流动进行了数值模拟.通过与光滑圆柱计算结果对比得知,α=40.时扭曲圆柱对阻力与升力的抑制效果最好,相应的涡形成长度显著增大,同时圆周表面最小压力系数要大于光滑圆...     

基于场协同理论的脉动流传热机理探究

以场协同的视角探究脉动流强化传热的机理,搭建了三角槽道脉动流传热实验台,研究了Re为300和450两种情况下不同脉动频率时的换热效果,并模拟分析对应情况下流场内部的协同性能.研究发现:在实验频率下,脉动流可以使Nu数较稳态时增长50%,全场平均协同数则增加了近1倍.脉动流对协同性能的改善与流场内涡运动有着密不可分的联系,因为涡的生长壮大过程改善了温度场与速度场的协同,并由此强化了传热.     

高温热管翅强化管内换热的数值模拟

将高温热管翅作为翅片强化换热的设备,可以大大地提高换热器的传热能力。为预测高温热管翅强化传热性能,推动高温热管翅的开发与应用,将12根高温热管翅的冷凝段排成2排置于管道内组成换热设备。运用FLUENT软件,选用TGrid网格技术方法、k-ε湍流模型、SIMPLE压力-速度耦合方法对该换热设备进行数值模拟计算。数值模拟结果直观地表征了高温热管翅强化管内换热的温度场、速度场以及对流换热系数场;表明管道换热设备内因为有了高温热管翅,流动速度加大,表面换热能力加强。第1排热管翅的换热系数高于第2排热管翅的换热系数。随流量的增加,对流换热系数增大。数值计算结果与实验结果进行比较,表明理论值与实验值的基本趋势相吻合。     

换热强化及其优化设计的新途径

审视了强化换热及其优化设计换热系统的方法,无论是传统的强化换热方法还是场协同方法,都只片面地强调了强化传递强度而忽视了由于强化所引起的能量耗散的约束。在强化传递强度的层次上,给出了换热强度与流体中内场和外场的数学关系,通过协调不同驱动力之间的关系可以强化热传递强度。在优化设计换热系统的层次上,给出了优化设计的热力学判据,表明了不可逆性与推动力之间的权衡,并由此得到换热器强化的优化设计温差。     

竖直圆管内超临界压力低温甲烷传热的数值研究

为了降低超临界压力甲烷管内对流换热的热阻,提高传热过程的稳定性,对竖直管内超临界甲烷的流动与传热过程进行了数值研究,讨论了热流密度、流动方向对流动换热特性的影响,研究了流场、温度场和湍动能变化对传热不稳定性的影响。结果表明,竖直管内超临界甲烷的传热存在不稳定传热现象,在高热流密度下,管内壁温度和平均温度具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在低热流密度下,局部对流传热系数具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在相同的热流密度下,向上流动时的传热不稳定性大于向下流动时的传热不稳定性,是由于向上流动的热影响大于向下流动的热影响,产生的类气膜是传热不稳定的主要因素。     

槽式太阳能集热器传热模型及性能分析

槽式太阳能集热器一维和二维传热数学模型是一组非线性代数方程,为改进求解的稳定性和计算精度,将槽式太阳能集热器一维和二维传热模型的求解看作有约束优化问题,建立了集热器传热过程求解的有约束优化数学模型,应用MATLAB软件优化函数fmincon进行求解。分析了传热流体入口温度及太阳能辐射热流密度变化对集热器性能的影响。采用fmincon函数求解集热器传热过程,计算速度快,计算过程稳定。分析表明,传热流体温度变化对集热器效率的影响大于太阳能辐射热流密度对集热器效率的影响。     

汽车桥壳热挤压工艺动态传热的仿真

在热挤压过程中,加热温度的高低直接影响到挤压件的变形,但挤压模和毛接触进行的热量传递是一个动态过程.先计算出一个静态的瞬态的单位时间内的传导热量,再将其作为一个面载荷作用在向下运动的毛最下面一个单元边界上,并按照速度V向上传递,实现了动态传热过程,为热挤压过程的温度分析提出了参考性意见.     

平面螺管换热器的优化设计

本文以最大传热系数为目标函数,对平面螺管换热器进行了优化设计。优化结果使换热器传热系数增大8.3%,换热面积减少12.5%,从而使换热器结构更加紧凑合理。     

制冷机传热面积的优化分析

本文研究热阻、摩擦和热漏影响下制冷机传热面积的优化问题，导出制冷机的最佳传热面积比以及最小总传热面积与制冷系数和制冷率间的关系．     

金属丝网波纹填料强化换热器壳侧传热研究

对一种利用金属丝网波纹填料强化管壳式换热器壳侧传热的方案进行了仿真研究。利用FLUENT软件通过求解多孔介质能量方程研究了金属丝网波纹填料对壳侧传热的强化效果,分析了不同空隙率的波纹填料以及不同入口速度对换热器壳侧传热性能的影响。结果表明：利用金属丝网波纹填料能够明显强化换热器壳侧传热,填料的空隙率越小、流体进入换热器壳侧的速度越小,传热效果越好。由于金属丝网波纹填料具有阻力小、压降低的优点,该强化换热器壳侧传热方案对于低入口速度工况下的换热具有独特优势。     

油封低温冷却器折流板开孔的传热性能

针对油封低温冷却器压降较大的问题,利用计算流体动力学（CFD）软件Fluent分析油封低温冷却器折流板开孔对冷却器流场和传热性能的影响.首先探讨不同折流板数量、壳程流速等参数对折流板开孔引起的传热性能及压降变化规律,其次分析折流板开孔对冷却器综合性能的影响,最后探寻折流板开孔后冷却器传热性能和压降关系的内在联系.结果表明,折流板开孔引起油封冷却器压降和传热系数的显著变化,且压降比传热系数变化更明显,折流板开孔后压降减少40%50%,而传热系数也降低了15%20%.在等换热面积和等压降情况下,折流板开孔冷却器传热系数可以提高10%左右.     

基于理论的相变储能换热器传热性能分析

在理论成功应用于常规换热器的基础上,将传递效率、耗散数及基于耗散的换热器热阻应用于相变储能换热器的传热性能分析中。定义广义耗散率并由此推导出相变储能换热器蓄热、放热及总过程的传递效率及其瞬时值。确定耗散数及基于耗散的换热器热阻计算中换热量的取法。选取一种相变储能装置作为分析对象,通过理论分析绘制各主要部分温度变化趋势,进一步简化得到硅油、水的出口温度表达式,作为算例分析基础。结果表明, 传递效率的应用范围最广,可用于计算相变储能换热器蓄热、放热及总过程的(瞬时)不可逆热损失,且评价结果与传热性能相符,瞬时传递效率随蓄热时间的增加先增大后不变再增大,随放热时间的增加先减小后不变再减小; 耗散数在蓄热过程和总过程中的评价结果与传递效率一致,瞬时耗散数随蓄热时间的增加先减小后不变再减小,然而在放热过程中的应用受限。基于耗散的换热器热阻的部分评价结果与实际不符,应用限制较大。蓄热过程及总过程中,当蓄热量、取热量与蓄、放热阶段时长同步变化时, 传递效率、耗散数与基于耗散的换热器热阻几乎无变化;当装置传热性能提高时, 传递效率增大, 耗散数减小,基于耗散的换热器热阻减小;放热过程中,设置参数的变化不影响装置传热性能, 传递效率基本无变化。