泡沫金属对并联小通道流动沸腾和传热特性影响

泡沫金属由于占用空间小,散热面积大,可以极大地提升换热效率,小通道填充泡沫金属成为近几年强化换热方向的研究热点。对填充10PPI和20PPI的泡沫金属铜的并联小通道进行了流动沸腾实验研究。通过分析不同工况下的沸腾曲线,发现在相同的壁温条件下,热流密度随着质量流速的增加而增加。在相同热流密度下,填充泡沫金属通道相比空管的换热能力更强,并且PPI越高,换热效果越强。同时,在填充泡沫金属的通道中发现核态沸腾和对流沸腾2种沸腾模式。通过分析泡沫金属对换热系数的影响,发现在相同质量流速下,填充泡沫金属通道的换热系数相比空管都有所增加。通过比较可知,不同PPI泡沫金属虽然对换热系数的影响趋势不完全一致,但是对流动沸腾换热都具有明显的增强作用。最后分析了各工况下换热系数变化情况,基于数据拟合建立了填充10PPI和20PPI泡沫金属的换热系数预测模型,结果表明2个模型均具有良好的预测精度。     

直接空冷凝汽器翅片管积灰的换热特性研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的传热与流动特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管束不同积灰厚度的传热及流动情况,对比分析了翅片管束不同积灰厚度的压力分布、温度分布及速度分布,计算得到了翅片管束5种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速变化的规律,拟合得到了摩擦系数及努塞尔数随雷诺数变化的关系。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数、传热系数以及流动阻力逐渐增加;同一迎面风速下,随积灰厚度的增加,对流换热系数和流动阻力增大,传热系数减小。     

褐煤干燥乏气水回收与换热特性实验研究

该文针对褐煤干燥系统中产生的乏气余热与水回收问题,采用加湿热空气来模拟干燥乏气,实验研究了不同水蒸气质量分数、不同流速和不同进口温度下水回收和换热特性的变化规律。实验表明:冷凝水产量随水蒸气质量分数和湿空气流速的增大而增大,进口温度对其影响很小;冷凝率随水蒸气质量分数的增大而增大,随湿空气流速的增大而减小,进口温度对其影响很小;对流冷凝换热系数随水蒸气质量分数和湿空气流速的增大而增大,随进口温度的增大而减小,根据实验数据拟合了经验关联式,计算值和实验值吻合良好。     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

高压真空断路器用散热器的自然对流换热特性

为提高高压真空断路器的运行安全,以一种新型高压真空断路器为背景,采用计算流体动力学方法研究了不同环境温度下,圆柱形散热器竖直肋片间自然对流换热特性。结果表明:采用扩大计算区域和设置压力边界条件的方法来模拟计算自然对流换热是恰当的。在散热器肋片缝隙的进口处,气体温度较低、流速较小;在肋片缝隙中部,气体温度升高、流速较大;越靠近肋片根部,气体温度越高,但由于粘性阻力大,所以在肋片根部速度较小。在相同的环境温度下,随着肋片温度的逐渐升高,肋片的换热能力也逐渐升高;在相同的肋温情况下,随着环境温度的逐渐升高,肋片的换热能力逐渐下降。所得的肋片缝隙内自然对流的流动换热特性、肋片表面的平均Nu数对高压真空断路器散热器肋片的热力设计和进一步优化设计有重要的意义。     

电厂孔板下游流动加速腐蚀模拟研究

使用计算流体软件对电厂孔板下游流场进行模拟分析,研究不同流速和不同孔径比对孔板下游流场分布、传质系数的影响规律,并基于所建立的流动加速腐蚀(FAC)过程模型,确定孔板下游的腐蚀行为与流速、孔径比之间的相关性。结果表明:孔径比一定时,孔板下游传质系数和流动加速腐蚀速率随着流速增大整体呈现增大趋势,并且腐蚀峰值出现位置向孔板下游偏移;流体流速一定时,孔径比越小,传质系数和流动加速腐蚀速率越大,腐蚀高发区向孔板方向移动。该模拟结果与实验结果较吻合。     

翅片散热管束流动传热性能对进风角度敏感性的研究

针对某一典型翅片散热管束,通过Fluent软件建立了该管束的流动传热数值计算模型,研究了空气流经翅片散热管束时的压降及其气侧对流传热系数对进风角度的敏感性,拟合得到翅片散热管束对流传热系数和压降计算特征关联式。同类型翅片管束的数值模拟结果验证了所建模型的正确性与适用性。计算分析表明,随着α的增加,换热系数h减小,压降Δp减小;随着γ的增加时,换热系数h增大,压降Δp增大。当α=0°,γ=90°时,流经翅片时的空气压降最小,空气与翅片管的换热效果最佳,翅片管流动传热性能最好。     

交错搭接螺旋折流板换热器壳程流动与传热的场协同分析

采用数值模拟方法研究了同螺距下折流板搭接量对壳程流动传热的影响。结果表明,随搭接量增大,同流量下壳程换热系数和压降均降低;三角区漏流减轻局部阻力减小,同时边缘三角区漏流加强了壳体附近区域流体的轴向和旋转流动;中心换热管的换热量急剧下降,靠近壳体换热管的变化不大。场协同分析表明,三角区漏流促进换热而边缘三角区漏流削弱换热;随搭接量的增大壳程速度场与热流场的整体协同性得到改善。     

泡沫金属对圆管内Al_2O_3-水纳米流体流动和传热特性的影响

实验研究了Al_2O_3-水纳米流体在泡沫金属填充管内的流动和传热特性,泡沫金属孔密度(pores per 0.0254m,PPI)为20~40,孔隙率为90%,Al_2O_3-水纳米流体的质量分数为0.1%~0.5%。实验结果表明:以压降为代价的前提下,泡沫金属与纳米流体相结合的方式总是能显著强化传热。相同工况下,更大的PPI可以提高努塞尔数。去离子水工况下,40PPI泡沫金属对流换热效果最好,努塞尔数最大提高650%。泡沫金属PPI越大,压降增加越多,40 PPI泡沫金属的压降是光管的19倍。相比20 PPI泡沫金属,30 PPI的泡沫金属使努塞尔数最多提高15%,压降增加5%;40 PPI的泡沫金属可以使努塞尔数最多提高38%,压降增加38%。纳米流体的质量分数也对流动和传热有重要影响。根据实验数据开发了适用于纳米流体在泡沫金属强化管内的传热及流动的关联式。     

低浓度可燃废气处理系统流动特性研究

在自建的低浓度可燃废气处理系统上进行了装填方式、循环周期、气体流速和浓度对系统冷、热态气体流动特性影响的研究。结果表明,系统冷、热态气体流动时的阻力损失均表现出明显的周期性;混合装填蓄热体与催化剂更有利于系统的稳定燃烧;随着气体流速的增加,气体流动阻力和流速的关系逐渐从线性关系过渡为近抛物线关系;热态时系统的气体流动阻力大于冷态,并且受循环周期、浓度对系统温度的影响,在1/2周期内呈单调上升趋势。根据试验结果对仅装填蓄热体时系统的冷态流动阻力损失按照Ergun方程的形式进行回归,其结果与试验结果吻合,为后续的数值模拟奠定了基础。     

管式除雾器开孔对除雾性能影响的数值模拟研究

通过数值模拟的方法,研究了开孔数量、液滴粒径和流速对管式除雾器除雾效率以及流动阻力损失的影响。使用湍流模型和离散相模型分别计算连续相气体以及液滴运动。研究结果表明,管式除雾器的除雾效率随着液滴粒径和流速的增大而增加,而且管式除雾器对小液滴的除雾效果明显,可以去除约62%的5μm的液滴以及69%的10μm的液滴。另外,通过翅片开孔可以有效降低管式除雾器的流动阻力。在所研究的流速范围内,开孔管式除雾器的流动阻力可以降低约50%。通过研究可以得出,管式除雾器对小液滴具有较高的除雾效率,通过打孔可以降低管式除雾器的流动阻力,但也会降低除雾效率。此研究成果可为管式除雾器的理论研究以及工业应用提供依据。     

多孔介质燃烧火焰面特性数值模拟

为研究低热值气体在多孔介质燃烧器中的火焰面特性,采用计算流体力学方法对二维氧化铝(Al2O3)小球堆积床多孔介质燃烧器内气体燃烧进行模拟。考虑气体的对流扩散和气固间的对流换热及固固间的辐射换热,研究多孔介质燃烧器中混合气体燃烧特性规律,对火焰面形态和火焰面移动规律进行分析。模拟结果表明,堆积小球多孔介质燃烧器内火焰面的移动速度较小,其数量级在10-4 m/s;多孔介质燃烧器中火焰面移动速度随着预混稀薄气体当量比的降低而增大,随入口速度的增大而增大;当预混气体的入口速度较大时,火焰面呈较厚抛物线状,入口速度较小时,火焰面呈较薄平整状。     

弧线管微粒污垢特性的实验研究

微粒污垢的沉积造成换热面流动阻力增大，传热效率降低，腐蚀加剧。文中通过不同流速和微粒浓度下微粒污垢的加速实验，得到了弧线管微粒污垢渐近热阻值和诱导期；同时，用数值方法模拟了弧线管的内部流场和壁面剪切力。结果表明：弧线管微粒污垢的渐近热阻值和诱导期与微粒浓度和流速有关，流速增大、微粒浓度降低，其诱导期延长，渐近污垢热阻减小。而且，在清洁状态、析晶污垢和微粒污垢状态下，弧线管比对应光管都具有良好的传热和阻垢性能，其主要原因是由于弧线管内部流场和壁面剪切力周期性变化所引起的。     

锂铅液态金属电池自然对流瞬态分析

液态金属电池内部自然对流导致的界面波动会影响电池安全运行。采用数值模拟方法对锂铅液态金属电池(Li|LiCl|Pb)的自然对流过程进行分析,研究了绝热条件下不同电流密度和不同电解质层厚度时自然对流过程中温度场和流场的分布规律。结果表明:自然对流随电流密度的增大而增强,但受电解质厚度变化的影响却较小;放电初期,电池内温差和流速均迅速增大,随后温差趋于稳定并有下降的趋势,流速增长也逐渐平稳;由于本电池模型的正极区域液态金属的对流较弱,因此内部反应物混合过程不会明显影响电池性能。     

椭圆管氟塑钢空气预热器烟气侧流动与换热特性数值研究

针对椭圆管氟塑钢空气预热器开展了烟气侧流动与换热特性的数值研究,分析归纳了椭圆率、横纵相对节距、内外氟塑料膜厚度以及空气膜厚度对传热与阻力的影响规律。计算结果表明:随着椭圆率的增大,平均对流传热系数与流动阻力均逐渐增加,而单位风机功率的传热速率逐渐下降;增加纵向相对节距和减小横向相对节距会增大平均对流传热系数与压降,不利于椭圆管空气预热器综合性能的提高;内外氟塑料膜厚度的增加均会导致换热量的减少,但内壁氟塑料膜对换热性能的影响更大;换热量随着空气膜厚度的增加快速降低,仅0.10 mm厚度的空气膜就可使换热量下降33.1%;氟塑料覆膜技术水平是椭圆管氟塑钢空气预热器推广应用的重要影响因素。     

板式换热器中水酒精混合蒸气凝结换热特性的实验研究

通过设计搭建板式换热器凝结换热实验台,研究了不同酒精浓度(0%、1%、10%、50%)、不同蒸气压力(70、80、90k Pa)和不同蒸气流速(15m/s,25m/s)下,酒精–水混合蒸气在板式换热器中凝结换热系数随出口蒸气干度的变化特性。实验结果表明:在压力流速相同的工况下,随着蒸气干度的增大,换热系数随之增大;在90k Pa时,浓度为1%时换热系数增大明显,与纯水蒸气相比,增大约25%,而在中浓度和高浓度时换热系数减小;换热系数随着蒸气流速和压力的增加而增大。在实验数据的基础上,通过引入Jockob准则数,对混合工质凝结换热模型进行了研究,实验值和计算值对比误差在-35%~35%之间。     

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。     

气化炉煤气冷却器对流换热特性的数值模拟

采用数值模拟方法研究高温高压下气化炉中膜式螺旋管煤气冷却器的对流换热和流动特性,分析径向节距、轴向节距和管圈曲率对换热和流动特性的影响。模拟结果与试验结果吻合较好。研究发现：在相同的入口速度下,膜式螺旋管换热器的表面换热系数与轴向节距和径向节距有关;换热器环形通道内的轴向速度波动有利于强化传热;膜式螺旋管的局部壁面换热系数与管圈曲率无关;螺旋管圈的膜片面积比对于换热器的平均换热系数有显著影响。另外,该文还获得了换热器的阻力特性与径向节距和管圈曲率的关系。     

一种家电用小型蒸汽发生器的传热与流动特性模拟及实验研究

针对应用于各类家电中的小型蒸汽发生器的高功耗、易结垢问题,在传统使用腔体型结构上进行了改进,加大换热面积,增强换热系数,使热效率进一步提高,减小能耗。该设计可以规避一般管道型加热方式易产生的水垢阻塞流道导致换热器失效的问题。对改进型蒸汽发生器进行了热力计算及数值模拟,比较了上部进与下部进水两种方式的传热及流动特性。根据模拟结果选用具有更好的传热及流动性能的上部进水方式对增加泡沫金属铜前后的蒸汽发生器进行了实验测试,实验得到改进结构(增加金属泡沫)后蒸汽发生器的热效率可以高达98.92%,较改进前热效率约有5%的提升,改进效果明显。根据热力学原理分析,热效率的提升来自于漏热的减少和电热效率的提高。     

单级赝火花开关耐受电压的研究

对影响单赝火花开关耐受电压的主要因素,如工作气体、气压、极间隙和孔径等进行了系统的研究。结果表明：氦气是较理想的工作气体,空气与氮气相近,氩气不适合作工作气体;耐受电压随电极孔径减小而增大,但因孔径太小,空心阴极的作用减弱,孔径不应小于２ｍｍ;耐受电压随间隙减小而增大,对每一间隙有一最大值,该最大值随极间隙减小而减小。