基于广义原理的对流换热热阻计算方法及检验

使用积耗散与广义热阻原理分析对流换热中耗散与广义换热温差间的关系, 提出了控制体内三种广义热阻值计算方法的表达形式, 并在二维平行通道层流换热中进行检验, 与传统热阻计算方法作比较后发现传统的表面传热系数不能准确体现研究区域内的热导（阻）能力, 三种广义热阻计算方法的表达形式相互吻合, 结果一致, 且对流换热退化为热传导时与定义式和热传导计算结果统一, 表明是可靠的对流热阻计算方法; 使用该方法研究二维平行通道内入口段的对流换热, 发现广义热阻值的普遍趋势是随流动发展热阻增大, 符合对流换热的基本理念, 定义式热阻则表现变化很大, 受温差与壁面热流量影响明显; 检验中发现了广义式热阻与定义式热阻的差异是由于定义式热阻为简化表达导致。     

应用二维热阻图研究空心节能墙体砌块传热特性

对空心节能墙体砌块,应用二维热阻图改进传统的一维传热估算法求解热阻图中各节点能量方程得出了墙体砌块传热特性。分析墙体黑度ε对传热的影响可知:随ε增大,孔洞中辐射换热作用增强,对流换热减弱,一般材料的墙体砌块辐射换热量和对流换热量与砌块总换热量之比均为35%左右。单排孔砌块的热阻不一定高于无孔砌块的热阻,但两排孔砌块可比无孔砌块节能29%。计算与测试结果的比较表明计算是可靠的。     

衬钛碳钢复合管的传热性能试验研究

对一种(内)衬钛钢管进行传热性能试验研究,主要通过对衬钛钢管和相同外径的光滑钢管进行对比传热试验,得出衬钛钢管的接触热阻,为其传热设计计算提供依据。采用套管式换热器的试件形式、通过管内外流体的对流换热进行试验。结果表明,衬钛管的平均传热系数约为光滑钢管的83.5%;衬钛管的平均接触热阻值为0.000 22(m2·℃)/W,接触热阻大小与管内外流体的换热温差有关。     

温差驱动型自反馈对流换热系统

在流体导热系统的基础上,引入热功转换子系统,构造了一种温差驱动型自反馈对流换热系统。它可以在无外界机械能输入的情况下,利用换热过程中的温差将部分热能转换为机械能驱动流体流动,达到强化换热的目的。通过最小火积耗散热阻原理优化了流体的对流换热过程,获得了给定条件下对流换热性能最优的速度场和温度场。结果表明:对于本文算例,自反馈系统的换热性能可达同边界条件下的纯导热系统的10倍,自然对流换热系统的8.4倍,验证了温差驱动型自反馈对流换热系统可以实现强化传热的设想。     

基于火积耗散热阻的内置双旋线换热管性能研究

基于换热器火积耗散热阻理论,采用三维数值模拟计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9mm、12mm、15mm、18mm的换热管的管内流场和火积耗散热阻进行研究,分析了内置双旋线换热管的传热和流动特性,结果表明：内置双旋线换热管内流体呈现三维螺旋状流动,管壁面附近周向和径向速度明显增强,从而中心区域流体和壁面附近流体充分混合;内置双旋线换热管的换热量与其积耗散热阻相对应,积耗散热阻越小,换热量越大;内置双旋线换热管的积耗散热阻随着雷诺数的增大而减小;内置双旋线换热管的协同性均优于光管,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能.     

连通微通道内过冷流动沸腾传热强化机理分析

连通微通道（平行主通道由支流通道连通）流动沸腾传热具有优越的换热性能,但其传热传质强化机理尚不够明确,限制了其实际应用。鉴于此,本文基于流体体积函数（VOF）方法,对连通微通道内过冷流动沸腾进行二维非稳态数值模拟,研究了流场扰动、脱落汽泡与壁面间的薄液膜分布对微通道当地传热系数的影响规律。结果表明,连通微通道存在两种强化换热机理：支流通道脱落汽泡可增强主通道流场扰动,进而促进了通道热边界层再发展;脱落汽泡与热壁面间可形成薄液膜,该薄液膜减小了换热热阻。同时研究了支流通道倾角（θ）对连通微通道强化换热的影响,结果发现,不同θ时,连通微通道整体平均传热系数提高10.51%~17.66%,单个主通道平均传热系数最高可提升27.94%,且θ=45°时连通微通道具有最佳换热特性。该研究有望为芯片高效冷却结构的设计提供指导。     

基于平均传热温差的炼化企业换热网络设计

传统夹点法设计的换热网络没有考虑热量在运输和换热过程中的耗散。结合炼化企业生产现场的特点,为了设计出符合实际能量目标需求的换热网络,将物流间匹配换热的平均传热温差按照两侧物流传热膜系数的比率分配为冷、热物流的温差贡献值之和,以此确定各物流的温差贡献值。将采用温差贡献值法获得的结果与原案例结果进行比较,结果表明,根据物流传热膜系数的比率确定各物流温差贡献值的方法是有效实用的。     

空心球砖球粒空腔内传热数值模拟研究

采用CFD软件FLUENT6.2,对空心球砖球粒空腔的二维自然对流换热流场、温度场进行了数值模拟。对不同半径、壁厚的单个球形空腔单元及整砖某一具有若干紧密堆积球形空腔的二维剖面分别进行了多次数值计算,揭示了球形空腔内的对流换热变化规律,结果表明不同的空腔半径及壁厚对自然对流换热有很大的影响,在某一半径值时整砖平均导热系数存在一最小值。     

纳米流体在芯片微通道中的流动与换热特性

对去离子水及体积分数分别为0.15%和0.26%的水基γ-Al₂O₃纳米流体在当量直径为194.5 μm的硅基梯形芯片微通道内的层流流动和换热特性进行了实验研究。考察了Reynolds数、Prandtl数以及体积分数对流动换热的影响。结果发现,使用纳米流体后,压降无明显增加,纳米流体的流动阻力特性与去离子水基本相同;对流换热Nusselt数较去离子水有明显提高,且随着体积分数的增加而增加;相同泵功下换热热阻显著下降。实验还发现纳米流体的强化传热效果在较高温度时更加明显。根据实验数据得到了梯形硅微通道内低浓度纳米流体的层流对流换热关联式。研究结果对于集成高效芯片散热系统设计具有重要意义。     

周向非均匀加热水平圆管内超临界正癸烷换热特性

针对超燃冲压发动机再生冷却热防护问题,开展了顶部加热和底部加热水平圆管内超临界压力正癸烷换热的模拟研究。探究了两种加热模式下的换热特征和换热差别,阐述了通道外表面热通量、质量流速、运行压力及通道热导率对换热的影响机制。实现了周向平均换热的预测。结果表明：两种加热模式下的浮升力作用不同,通道内壁面周向呈现了不同的管壁温度和热通量分布情况。顶部加热时随周向角增大传热恶化逐渐减弱,底部加热时二次流更强,周向始终存在传热恶化问题。高温流体拟膜态热阻是传热恶化的原因。采用高热导率通道、增加运行压力、降低热质比可以缩小周向壁温和热通量差别。提出的关联式能合理预测周向平均换热情况,满足热防护设计的工程应用。     

导热油炉的传热计算分析

分析了导热油炉的传热计算方法,包括炉子热平衡、炉膛辐射换热和对流换热计算。并论述了炉膛出口烟气温度、炉膛辐射受热面、对流段烟气流速和排烟热损失等问题。     

黏性耗散效应对微石英管内部对流换热的影响

以去离子水为工质,对流过内径分别为45 μm、92 μm及141 μm的微石英管内的黏性耗散对换热特性的影响进行了实验研究。通过对紧密缠绕在管外的细铜丝通电以加热管外壁,得到了Reynolds数在100～2000之间变化时的Nusselt数,同时在考虑到电双层效应的基础上计算出黏性耗散所产生的热量。实验结果表明,Re较低时,黏性耗散效应对微管内部对流换热的影响较小;随着Re的增加,黏性耗散对对流换热的影响增大,并随着微管直径的减小而明显增强。对于内径为45 μm的管,当Re达到2000左右时,黏性耗散效应对对流换热的影响超过14.1%;对于内径为141 μm的管,层流黏性耗散效应对微管内部对流换热的影响较小,基本可以忽略。     

微通道狭缝冲击射流热沉换热及热应力模拟

为研究纳米流体种类及浓度、热沉材料、狭缝长宽比对热沉换热性能及热应力的影响,建立了微通道狭缝冲击射流热沉三维模型.利用数值模拟得到纳米流体在通道形状为圆形和矩形热沉中的压降、热阻、泵功及壁面与流体之间的温差大小,同时也得到不同材料的热沉由于温度分布不均匀而引起的形变量的大小,研究结果表明:通道形状为圆形的热沉在导致泵功...     

方形微通道热沉的耗散优化分析

基于CFD软件建立了两种不同结构的方形微通道热沉,并对其进行数值计算,模拟得到热沉的温度场和压力场。在此基础上,研究了不同微通道分布方式、不同质量流率和不同热通量对热沉的温度、压降的影响,同时基于耗散理论对比分析来获得方形微通道热沉换热效果较好的优化方案,在固定边界热流条件下,耗散越小,换热效果越好。计算结果表明：随着质量流率的增大,热沉温度逐渐降低,进出口压差逐渐增大,PEC逐渐增大,耗散逐渐减小;随着热通量的增大,热沉温度逐渐升高,进出口压差逐渐降低,PEC逐渐增大,耗散逐渐减小。微通道分布方式为上层内切圆半径-下层外接圆半径分布时热沉的温度更低,PEC更大,耗散更小,传热效率更高。     

顺流管式换热器的换热性能

以顺流管式换热器为研究对象,应用GB151-1999(管壳式换热器)中的设计规范,建立数学模型;通过计算热通量Q,换热效率E,换热系数U,以及换热温差T,验证所选用的数学模型是正确的,为该管型的换热器设计提供理论依据。     

考虑间接换热额外换热温差的间歇过程储热集成

间歇过程流股间换热有直接换热和间接换热两种方式,通过储热介质进行间接换热会产生额外的换热温差。现有的夹点分析方法考虑间接换热额外换热温差后,难以得到经济且可行的储热集成方案。本文在夹点分析的基础上,提出了一种考虑间接换热额外换热温差的间歇过程储热集成方法。该方法首先使用不同的直接换热和间接换热温差进行热级联分析,确定储热集成后的最小冷、热公用工程用量,识别储热位置和储热量,并依据热级联分析结果,建立时间段温焓图确定储热介质温度,得到储热方案。然后,将储热流股转化为放热时间段的冷流股和需热时间段的热流股,进行换热网络综合与优化,得到符合实际应用的储热集成方案。最后,通过经典实例证明了所提方法的可行性和有效性。     

烟气水冷换热器考虑热辐射影响时的数值模拟

由于烟气水冷换热器中的热烟气和冷却水温差较大,在设备设计时,除了考虑对流换热外,还需要考虑热辐射的影响。参考管壳式换热器和气体辐射换热的计算方法,对烟气水冷换热器进行工艺设计。同时,利用Workbench有限元分析软件,对设备进行数值分析。由此证明,烟气水冷换热器设备设计方法的正确性,以及当考虑热辐射时,换热器数值模拟方法的可行性。同时还发现,随着烟气入口温度的不断提高,热辐射对设备换热性能的影响不容忽视,辐射换热系数甚至能够达到总换热系数的40%以上;当烟气处理量较大时,对流换热则会成为设备换热性能主要的影响因素。此外,烟气中CO_2质量分数的增加也会提高设备的辐射换热能力,但影响程度较为有限。     

无机热传导技术介绍之十三

(上接 2 0 0 2年第 5期第 5 7页 )44　无机热传导设备的工艺传热计算无机热传导元件具有极高的导热性能 ,其当量导热系数为纯银导热系数的上万倍。现以翅片管为传热元件 ,当元件尺寸符合轴向传热能力和径向传热能力条件时 ,可按以下原则进行计算。设计空气预热器时 ,元件内部热阻可取为 0 ,设备换热系数仅取决于元件外表面的对流换热系数。它与元件的外部几何特性、冷热介质物性以及介质的流态有关 ,按照现有的常规经验公式进行换热计算 ,如采用光管、翅片管在各种排列形式下的经验公式。无机传热元件在气 -气余热器可采用下述设计方法 :44.…     

基于ANSYS的管道外自然对流换热系数的确定

管道在进行传质的过程中,需要计算温度梯度引起的热应力,以及管道温度场分布情况,但在管道外壁温度未知的情况下,仅通过自然对流换热经验关联式无法确定空气对流换热系数。基于传热学的理论,采用ANSYS软件进行结构热分析,提出一种精确确定管道外自然对流换热系数的方法。通过案例分析,把计算结果与实验结果相比较,确定了该方法的可行性。     

恒热流工况下管内对流换热(火用)传递特性

从管内传热与流动的特点出发,基于热力学第一、第二定律和非平衡热力学理论,对壁面恒热流工况下,管内充分发展段对流换热的火用传递过程进行了研究,定义了对流换热传火用系数、火用流密度、传火用Nusselt数和对流换热火用传递方程,并导出相应的计算式;讨论了Reynolds数、量纲1热通量和不同截面位置等参数对对流换热火用传递过程的影响;最后将传火用和传热的结果进行了比较.