基于热阻分析的管道层流换热机理及强化换热作用研究

传热传质过程的分析对传热传质工作设备的性能改善有重要的指导意义。通过对边界层内热阻的分析，探索管道层流内部对流热阻与导热热阻在边界层内的发展，建立了符合宏观表征的机理模型（R-P模型）。使用该模型分析了在不同雷诺数Re和普朗特数Pr条件下的热阻分布规律，探究了管内层流强化换热的内在机理，并指导扰流结构的优化设计。结果表明，入口段导热作用占主导，完全发展后对流作用占比逐渐增大。Re和Pr影响换热的机理不同：Re增大，换热一定加强；Pr增大，只是增大了对流作用的占比，且在Pr小于1.8范围内，导热热阻始终占主要作用。同时发现，在管道层流添加扰流结构反而会降低换热效果。     

水平管内低质量流量超临界二氧化碳异常传热行为研究

研究了水平管内低质量流量超临界二氧化碳(S-CO₂)异常传热行为，采用Fluent软件模拟了水平管内低质量流量条件下S-CO₂传热过程，分析了加热和冷却条件的异常传热行为和热流密度对传热影响。结果表明：热边界条件为压力8 MPa、质量流率200 kg/(m²·s)、热值比q/G=0.2 kJ/kg时，S-CO₂管内流动冷却过程中上、下壁面温度均沿程降低，在S-CO₂主流温度达到拟临界温度时，距离入口551.0 mm处上壁面换热系数出现突变峰值，该处传热强化；S-CO₂管内流动加热过程中上壁面温度均先沿程升高，而后下降至395 K后缓慢上升，下壁面温度短暂降温后缓慢升温，距离入口69.5 mm处上壁面传热系数出现谷值，该处传热恶化；热流密度的增大使加热条件下换热恶化程度加剧，但对冷却换热并无明显影响。由此可见，特征截面的热物性分布是导致出现不同换热行为的主要原因。最后，基于低质量流量条件、热物性及浮升力影响，构建了预测超临界强化传热关联式，为超临界流体换热设...     

均匀高压电场强化圆管和套管内油的层流强制对流换热的综合效应

以 1 5号机油为实验工质 ,对水平光滑圆管和套管管内层流流动换热进行了直流高压电场强化实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热通量及流动速度、油温、管型等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。在相同传热面积及相同泵功的条件下 ,综合换热性能有大幅度增加。     

均匀高压电场强化圆管和套管内油的层流强制对流换热的综？…

以１５号机油为实验工质,对水平光滑圆管和套管管内层流流动换热进行了直流高压电场强化实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热通量及流动速度、油温、管型等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。在相同传热面积及相同泵功的条件下,综合换热性能有大幅度增加。     

填料双层布置对冷却塔进风预冷传热传质过程的影响模拟研究

空冷塔的进风预冷可以提升其在高温时段的换热性能,进而提升火电机组的热效率。填料蒸发预冷系统里填料性能直接影响过程的传热传质性能,合理布置填料对提升蒸发预冷过程的冷却性能具有重要意义。针对一种新型填料双层布置形式,采用数值模拟方法研究了该布置下蒸发冷却过程中的传热传质及空气流动性能。研究发现:在风速1.5 m/s、入口空气干球温度27 ℃、湿球温度19 ℃的工况下,空气依次经过100 mm填料、100 mm中空、100 mm填料的温降分别为4.3、1.3、1.6 ℃;所有填料区承担了82.5%的冷却,而中空区域承担了17.5%的冷却。研究为空冷机组冷却塔进风预冷系统的填料优化布置提供指导。     

填料双层布置对冷却塔进风预冷传热传质过程的影响模拟研究

空冷塔的进风预冷可以提升其在高温时段的换热性能,进而提升火电机组的热效率。填料蒸发预冷系统里填料性能直接影响过程的传热传质性能,合理布置填料对提升蒸发预冷过程的冷却性能具有重要意义。针对一种新型填料双层布置形式,采用数值模拟方法研究了该布置下蒸发冷却过程中的传热传质及空气流动性能。研究发现在风速1.5 m/s、入口空气干球温度27 ℃、湿球温度19 ℃的工况下,空气依次经过100 mm填料、100 mm中空、100 mm填料的温降分别为4.3、1.3、1.6 ℃;所有填料区承担了82.5%的冷却,而中空区域承担了17.5%的冷却。研究为空冷机组冷却塔进风预冷系统的填料优化布置提供指导。     

高压电场强化管内强制对流换热的实验研究

以 #1真空机油为实验工质 ,对水平光滑管内层流流动换热进行直流高压电场强化 (EHD效应 )实验研究。实验结果表明 ,外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用 ,其换热系数强化率主要与外加电场强度及热通量等因素有关。在相同传热面积、泵功的条件下 ,当外加电压为 3.3k V时最大换热强化率可达 3倍左右     

类单侧加热条件下有内置纽带的竖直上升圆形通道内过冷水的传热特性

为了研究国际热核聚变实验堆中偏滤器靶板的水冷换热结构的传热特性,用偏心电加热的方法来模拟工程实际中的单侧辐射加热。在系统压力P=3~5MPa、质量流速G=3000~8000kg/(m~2?s)、冷却通道壁面的平均热流密度q=2~5MW/m~2的参数范围内,对类单侧加热条件下,有内置纽带的竖直上升圆形通道内的水进行传热试验。分析了P、G、q以及内置纽带对传热特性的影响,在单相及过冷沸腾区将实验数据与典型的传热关联式进行对比,并提出了新的传热关联式。结果表明:在单相强制对流区,试验段的换热系数h主要受G和内置纽带的影响;在过渡沸腾区,h受到P、G、q和内置纽带的综合影响;而在充分发展过冷沸腾区,h主要受到q的影响。     

超临界压力下二氧化碳在套管换热器内传热特性数值模拟

在超临界二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程中，存在超临界压力下冷热2股二氧化碳间的流动传热过程，其传热特性是影响相应系统性能的关键。本文以套管换热器为原型，对超临界压力下的冷热二氧化碳间的传热特性开展了数值模拟研究，分析了热流体入口温度、冷热流体入口流量对于传热特性的影响和周向的传热特性分布。结果表明:随着热流体入口温度的变化，热侧和冷侧的局部换热系数产生相应的变化和波动，同时冷侧局部换热系数在主流温度接近拟临界温度时，会出现明显的传热强化现象；另外，热侧二氧化碳质量流量的上升，会使得热侧换热系数提高，冷侧换热系数峰值减小且向冷流体入口处移动，而随着冷侧质量流量的上升，冷侧换热系数峰值增大且向冷流体出口处移动。这是由于套管换热器为水平布置，传热特性在周向上产生了明显的不均匀现象，其与流体密度变化在重力作用下的局部湍流效应增强和削弱有关。本研究对新型二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程的开发和设计具有指导意义。     

二次球窝/凸结构的流动控制及强化传热分析

球窝、球凸结构具有较好的强化传热效果,在换热器、燃气轮机冷却通道等传热设备上有较大的应用前景。采用数值模拟方法研究带有二次球窝/凸结构的矩形换热通道的传热及阻力特性,计算中采用SST k–湍流模型求解粘性Navier-Stokes方程,分析二次球凸截面直径对于通道流动及传热的影响。研究结果表明:二次球凸的加入对球窝腔内部及其下游光滑尾迹区的流动有明显的控制作用,同时在很大程度上影响了换热区域的努塞尔数Nu分布。相比于单球窝通道,二次球凸加入后球窝腔内以及下游光滑尾迹区的换热得到了明显的强化,并且随着二次球凸截面直径的增大,传热强化的程度逐渐增大,同时通过压力损失系数的变化规律可知,布置二次球凸结构强化传热的同时带来的压力损失非常小,可见二次球凸是一种有效的小流阻强化传热手段。     

填料组合板蒸发式冷却器传热性能实验研究

设计了一种新型填料组合板蒸发式冷却器,其将填料与换热板片叠加作为换热元件,通过混合冷却的方式强化传热。搭建了组合板蒸发式冷却器性能测试实验系统,研究了喷淋密度、风量、环境湿球温度及填料层数对组合板蒸发式冷却器传热性能的影响。结果表明:增加风量和喷淋水流量,可以提高蒸发式冷却器的冷却效率,并存在最佳喷淋密度;实验中当空气湿球温度上升9℃,板内工质的出口温度升高2℃,冷却效率提高了3%;相同喷淋密度或空气流速下,热流密度随填料层厚度的增加而增大。     

燃气轮机透平叶片冷却通道传热特性研究进展

燃气轮机透平叶片冷却通道的设计及开发对燃气轮机效率、运行安全性等具有重要意义,透平叶片冷却通道的传热特性研究是透平叶片中的重要领域。文中首先总结了透平叶片中典型U型通道中扰流冷却的研究现状:在U型通道中布置肋片、针状翅片、球窝/球凸及组合传热结构是重要的冷却方式,研究已深入至多种组合传热结构及旋转通道传热的层面;其次总结了冷却通道与气膜孔结构耦合传热的研究现状,气膜孔的布置改变了冷却通道内的原流场结构及传热特性,布置肋片、球窝等强化传热结构并与气膜孔相耦合时的流动及传热特性是目前研究的重点;最后总结了内部冷却与外部冷却相耦合时的传热特性,如叶片尾缘劈缝叶背面区域的气膜冷却与对流传热共同作用,指出该耦合传热过程是透平叶片中的重要现象。通过对透平叶片冷却通道传热特性的研究综述,指出在组合传热结构与气膜孔等相互耦合时的冷却通道传热特性还有较多的研究内容需要扩充,同时考虑适用于冷却通道的低阻高效强化传热结构也是目前关注的一大重点。     

基于Fluent的铝氧化银电池冷却结构设计

铝氧化银池冷却结构设计需要综合考虑换热功率与结构压损因素，利用Fluent软件对某铝氧化银电池冷却结构进行传热数值模拟，得到冷却结构流体的压力、温度分布，并计算得到散热功率及压损，从而辅助电池冷却结构设计。采用数值模拟能够得到散热功率与结构压损相对平衡的冷却结构，且仿真结果与试验结果吻合，仿真分析较好地支撑了铝氧化银电池冷却结构设计，缩短了研制周期与试验成本。该方法对于其他流体流动、传热分析具有借鉴意义。     

切应力作用下层流饱和蒸发降膜的传热特性

处于切应力作用下的层流饱和蒸发降膜，作为一种重要的气液流动形式，其热质传递过程与目前多数文献研究的冷凝液膜明显不同。基于力平衡和能量平衡分析，从理论上建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜传热特性的物理模型，推导出液膜厚度和传热系数与流动长度、界面切应力、界面对流换热强度、雷诺数间的非线性关系式。研究表明：随初始雷诺数的增大，液膜厚度增加，传热系数减小；同向切应力具有减薄液膜厚度和增大传热系数的作用；反向切应力则起相反的作用，而且切应力的影响在反向情形下相对显著；界面对流换热强度的增强使得液膜厚度增加，传热系数减小，但与切应力相比，其影响相对较弱。     

循环流化床锅炉冷渣器灰渣传热过程研究

针对循环流化床锅炉滚筒冷渣器设计中灰渣的换热系数确定困难等问题,提出利用在计算流化床和浸没表面间的换热中运用乳化团数学模型对灰渣在冷渣器中的传热过程进行传热分析,并计算灰渣的换热系数,进而确定灰渣的各种换热方式所占的份额。计算表明,在灰渣换热过程中辐射换热占32%,导热与对流换热占68%。乳化团的换热量约为气泡辐射传热的7.7倍。     

平板热管微槽道传热面上纳米流体沸腾换热特性

针对高热流密度负荷下大功率电力电子设备散热冷却，该文以带有微槽道强化传热面的小型重力型平板热管蒸发器为研究对象，以水-氧化铜纳米颗粒组成的纳米流体为工质，在不同运行压力和不同纳米流体浓度下对平板热管蒸发器的沸腾换热特性以及临界热通量(CHF)进行了实验研究。结果表明：压力对平板热管蒸发器的沸腾换热特性和CHF有强烈影响，沸腾换热系数和CHF随压力降低而大幅度增加。纳米流体浓度对沸腾换热系数和CHF也有重要影响，在低浓度时，沸腾换热系数和CHF随浓度增加而缓慢增加。但是在浓度超过1.0%时，浓度对CHF 的影响基本消失，换热特性反而恶化。研究证明，以水-氧化铜纳米颗粒组成的纳米流体可以明显地强化重力型热管蒸发器换热 特性。     

热管原理与应用

一、前言生产技术的发展,促进了对传热理论的研究和新型换热设备的探索。对于应用技术中的换热装置总是要求传热能力强、重量轻、尺寸小、造价低、简单可靠。这就提出了如何强化传热过程的问题。热量的传递要靠导热、对流和辐射三种方式进行。而传热过程的强化,实质上就是对上述三种热传递方式的强化。关于对流换热的强化,已进行了大量的研究和创新,取得了相当丰富的成果。譬如:为强化对流换热,可采取增加流体的湍流程度,用流体的相     

重力热管冷凝段中液膜的传热分析

介绍了电力式热管的工作原理,通过建立重力热管中冷凝的传热控制方程,求解出重力热管冷凝段平均换热系数的公式,并给出检验冷凝段液膜是否为层流的雷诺数表达式。同时验证了实际应用相吻合。     

重力热管冷凝段中液膜的传热分析

介绍了重力式热管的工作原理,通过建立重力热管中冷凝段的传热控制方程,求解出重力热管冷凝段平均换热系数的公式,并给出检验冷凝段液膜是否为层流的雷诺数表达式。同时验证了与实际应用相吻合。     

乏燃料运输容器传热支撑板对卸料过程的影响分析

针对自主设计的乏燃料运输容器卸料冷却过程,开展卸料冷却过程热工分析,研究传热支撑板对卸料冷却过程的影响。分别建立不包含传热支撑板和包含传热支撑板的几何模型,通过对两种几何模型进行简化并取1/4为研究对象,采用k-ε方程湍流模型,利用Fluent完成热工计算。分析结果表明:传热支撑板对卸料冷却总时间的影响达到20%,传热支撑板对乏燃料运输容器卸料热工分析的影响不能忽略。