缩放管内湍流对流换热(Ⅱ)结构优化

根据缩放管管内湍流对流换热的场协同控制机理,提出一种强化缩放管管内湍流对流换热的改型结构,即保持肋高和肋距不变的前提下,采用平直连接收缩段和扩张段的方式,延长收缩段的长度,相应缩短扩张段的长度,增强管内速度场与温度梯度场的协同作用.模拟计算的结果表明,这种新的结构可优化缩放管中速度场与热流场的协同关系,提高Nusselt数4.67%～8.34%,但同时也增大了阻力7.87%～15.22%(Re=1.5×10⁴～5×10⁴).与惯用的优化缩放管结构（收缩段为扩张段2倍）相比较,改型后的缩放管的Webb性能因子η=1.008～1.06.     

气流横向冲刷管束湍流换热的场协同分析

推导出了气流横向冲刷管束湍流换热时的传热Nu数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对湍流时场协同原理进行了分析与验证。结果表明,换热随管排方式和管间距的改变而有所不同,是因为速度场与热流场的协同作用的不同,速度场与热流场的协同性好,则传热性能好。场协同原理同样适合于气流横向冲刷管束湍流流动与换热。对湍流换热时场协同作用特点进行了分析,指出湍流时速度场与热流场的协同作用对换热的影响主要表现在粘性底层以外的壁面附近。     

SMV型静态混合器流速场的实验测定

通过使用激光多普勒测速仪测量 SMV 型静态混合器的流速场,可以得到不同混合元件数下的时均速度场、湍流强度场。静态混合器流体流型基本上符合 SMV 混合元件的层状结构,不同混合元件数下时均速度场、湍流强度场比较相似。湍流强度随着混合元件数增加而增大,其中在混合元件由1个增加到2个时,湍流强度增幅达到0.61至0.74倍。     

缩放管及改型缩放管内的自然对流换热研究

对普通缩放管、改型缩放管和光滑管进行了自然对流换热的实验研究 ,得到了这三种传热管的自然对流换热系数与热流密度的关系 ,并估算了自然对流段中的阻力损失。实验结果表明 ,改型缩放管和普通缩放管的自然对流换热系数分别比光滑管提高 1 8.3 %和 8.9% ,但管内阻力损失相差不大 ,说明改型缩放管适用于自然对流强化换热的场合。     

管内插入旋流片的流动和传热的数值模拟

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法。采用水为流动介质,在湍流状态下,通过数值模拟,详细研究了缩放管内插入旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同。对缩放管插入不同结构旋流片的热阻性能与缩放管和光滑管进行了比较,模拟结果表明,在相同条件下,传热系数和阻力系数最大分别提高25%,120%,120%,370%。缩放管与旋流片的复合使用能有效地改善速度场和温度场的协同程度,是提高换热性能的一个有效手段。     

旋风分离器内旋转流的不稳定性

<正>引言旋风分离器内的流场是一个复杂的旋转流流场,以往的流场研究主要集中在稳态流场的时均特性上,重点关注流场的时均速度分布和湍流特性方面,从实验测量和模拟两方面进行,而对瞬态速度的分析不够,对流场的不稳定性尚缺乏分     

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(k) 对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式. 结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强. 由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面. 换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%. 随Re和k增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大. 在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和k增大,E逐渐增大.     

急扩加速流缩放管气体换热器的结构及应用

根据传热场协同理论,研发出改进型缩放传热管——急扩加速流缩放管,对缩放管的凹凸肋面作了改进,使其能满足两场矢量夹角小于90°强化对流条件的传热管段比例由原先的60%提升到90%,从而有效地加强了近壁处传热滞流底层的对流传热作用。采用漩流片支撑取代空心环网板支撑,可使经过支撑物的流体形成自漩流的流动状态,从而可以发挥管间支撑物的对流强化传热作用。实际应用表明,与目前国内较先进的光滑管换热器相比,急扩加速流缩放管换热器换热面积减少约35%,设备总质量降低约45%。     

換热的流体动力学理論

1.引言强制湍流换热是换热的一种重要形式,也是一个十分复杂的换热过程。計算該情况的給热系数,一般是根据那些应用相似理论或因次分析方法归納实验数据而成的准数方程式。相似理论或因次分析从来就是研究对流换热最有效的工具,但遺憾的是它们沒有揭露对流换热的物理本质。强制湍流换热的机理是通过所謂换热的流体动力学理论的研究逐步获得闡明的。换热的流体动力学理论的基础,是热量转移过程和动量转移过程两者統一的观念;这个观念使强制湍流换热和流动阻力之间建立起联系。早在1874年,雷諾(O.     

SV型静态混合器数值模拟湍流模型选择

利用Fluent软件分别采用标准k??模型、Realizable k??模型和RNG k??型对SV型静态混合器的湍流流速场进行了模拟,得到时均速度、湍动能和湍流强度,与实验值进行对比,计算了数值计算结果与实验值之间的标准差。结果表明:三种数值模型对时均流速的预测差别不大,而对于湍动能和湍流强度的预测,Realizable k??模型的标准差是其它两个模型的50%左右,是最适合SV型静态混合器的湍流模型。     

内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究

通过数值模拟对内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性进行了计算与分析,结果表明:换热管的对流传热强度随着扭带数量的增加而提高,随着扭带扭率的减小而提高。流动阻力损失相对于空管有很大程度的提高。传热性能评价指标在湍流时普遍较低,故多螺旋扭带换热管的使用应考虑流动阻力损失的影响。     

强化传热技术在硫酸工业中的应用研究

随着强化传热拽术的不断发展,近年来国内外已研制出多种类型的异形强化管,例如螺旋槽管、横纹管、缩放管、双面整体型低翅片管等。有的强化管具有管内外两侧同时强化流体对流传热的作用,例如缩放管等,特别适合于硫酸生产中的二氧化硫气—气换热。在湍流条件下,流体对流传热热阻集中于近壁处流动滞流底层中,当各种强化管选取最佳的表面粗糙度尺寸,就能获得良好的强化传热效果,即以较低的流体输送功耗为代价,获取较高的对流给热系数,以此提高换热器的传热性能。     

应用热阻分析缩放管强化传热机理

应用分析求解和数值模拟方法对光滑圆管与缩放管内的湍流对流传热的热阻分布进行了计算,计算结果表明,光滑圆管的热阻主要位于粘性底层,缩放管通过壁面缩放,减小了粘性底层的热阻,湍流区成为热阻分布主要区域。在流动粘性底层,缩放管的热阻降低归功于该层厚度的降低,在流动粘性底层以外的传热粘性底层,则是边界层厚度的降低、速度矢量与温度梯度的协同影响。随Re数增大,圆管与缩放管各层热阻均减小,流动粘性底层以外的传热粘性底层的降幅最大。     

板式螺旋桨搅拌槽内的流场及其流动特性

以板式螺旋桨叶轮为例,采用相位多普勒粒子分析仪测量了直径为300 mm的平底圆筒搅拌槽内的流场;分析了时均速度、脉动速度及湍流动能的分布,以及叶轮离底间隙变化和挡板对流场的影响。结果表明:随离底间隙增大,叶轮区脉动速度和湍流动能增大,时均速度和脉动速度最大值位置向槽中心方向移动;主循环区轴向速度最大值随离底间隙增大而减小;叶轮区湍流动能较高,随离底间隙增大,湍流动能最大值增大,位置靠近叶轮端部;挡板阻碍槽内切向流动,影响湍流动能的分布,挡板前流场反映了叶轮区的湍流动能分布。     

离心流化床中强制对流换热的实验研究

对离心流化床干燥器中气体与被干燥颗粒物料之间的强制对流换热进行了实验研究,获得了各主要运行参数对气固换热系数的影响规律,并利用场协同原理分析了对流换热强化的机理. 实验证明,在一定转速范围内,在气流速度方向和热流方向（温度梯度方向）一致时,换热的准则关联式具有Nu＝CRePr的形式. 获得了满足Nu～RePr呈直线关系的Pe(Pe=RePr)数变化范围和临界Pe数,当Pe数大于临界值后,离心流化床中对流换热强度随Pe数增加而增大的趋势会明显减缓并偏离线性区.     

換热的流体动力学理論(續完)

4.卡門的湍流换热理论卡門的湍流换热理论从他的湍流一般速度分布线出发,考虑到所謂滯流层实际上由二部分構成:滯流层内部靠近壁面的地方,流体几乎作单純层流运动,叫做滯流内层;滯流层的外部,靠近湍流层或湍流主体的流体作既非层流又非完全湍流的运动,叫做过渡层。在滯流内层的动量传递主要靠分子扩散,在湍流层或湍流主体主要靠对流扩散,而在过渡层分子扩散与对流扩散则处于同样重要的地位;相当地热量的传递在滯流内层主要靠传导,在湍流层或湍流主体主要靠对流扩散,而在过渡层则传导与对流扩散同样重要。一般速度分布綫的特点,是与雷諾准数无关。它常被标繪在对数坐标紙上(图3),其縱軸为速度参数u~ ,橫     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

振动圆管外对流换热特性的场协同机理

数值模拟了振动圆管外的对流换热,通过数据后处理分析了振动圆管外对流换热特性与场协同性能间的联系,从场协同原理的大值原则与匹配性原则上对振动圆体外表面传热的规律特性作了解释。振动圆管外的场协同角余弦值在面相位0°与180°处最大,在90°与270°处最小,并且随着时相位靠近平衡位置,其面上各点的场协同角余弦值逐渐变大。场协同匹配性能的分布规律与场协同角余弦值的分布基本相同。振动圆管外的对流传热系数分布规律与场协同余弦值及场协同匹配系数的分布规律一致,表明可以使用场协同原理阐述振动圆管外的对流换热规律。     

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。     

运动气泡近界面湍流场的激光测量及其湍流结构特性

运用二维激光多普勒测速仪,测定了运动气泡近界面的动力学特性,其中包括时均特性及湍流场结构.实验表明,尾涡区的时均流速呈非均匀分布,湍流场由双结构组成,即由完全随机的湍流涡及规律性的相干涡构成,这种双结构现象在尾涡的中心及边缘部又有所变化,其相关函数、谱密度函数及统计尺度亦随不同的部位而变化.泡前区受尾涡区周期性Karman涡脱落的影响,呈现相同频率的周期波动.这种特性存在于切向及法向速度中.