微细加热丝上沸腾换热特性分析

沸腾换热是一种高效换热方式。基于本课题组搭建的可视化池内沸腾实验台,以直径为0.1,0.2 mm加热丝上的沸腾换热为研究对象,利用高速相机与电子显微镜探究过冷状态下微细加热丝上气泡的状态,分析热流密度和过冷度对加热丝上气泡脱离直径及生长时间的影响。结果表明:在过冷状态下,加热丝上的气泡会出现4种扫荡现象,并且在气泡长大过程中出现射流现象,在热流密度3.35×106W/m2、主液体温度60℃时,直径为0.2 mm加热丝上气泡的射流现象可持续13 s;在热流密度4.53×106W/m2、主液体温度为70℃时,直径为0.1 mm加热丝上气泡出现了多射流现象;主液体温度达到70℃时,气泡扫荡现象强烈,气泡的脱离直径与生长时间均显著减小。     

不同形状微肋阵换热特性数值分析

微机电系统的工作温度是限制其发展的因素之一,微通道热沉是被广泛应用于解决其散热问题的装置。针对该问题,建立了几何模型和数学模型并进行了数值计算;同时,对模型的准确性进行了验证。通过对不同热流密度和质量流速的数值计算,分析了微通道热沉的换热特性,对不同的肋片进行了综合评价,并提出了一种新的沸腾传热系数预测关联式。结果表明：相同工况下,沸腾传热系数随质量流速的增大而增大,随热流密度和肋间距的增大而减小;不同形状肋片在改变工况时沸腾传热系数的变化幅度不同;沿热沉方向肋间距为1.2 mm的圆形肋片综合性能最好;新的沸腾传热系数预测关联式的最大误差约为9.71%,具有一定的预测性。     

微圆柱阵微通道内沸腾换热及气泡运动特性研究

基于流体体积(VOF)模型对恒定热流密度下的微圆柱阵通道内的流动沸腾换热特性展开数值研究,并利用几何重构法捕捉气液两相界面迁移变化,研究了流道内流速的分布和微圆柱高度对气泡分布、沸腾换热性能及沸腾不稳定性的影响。结果表明:微圆柱的存在增加了气泡核化点密度;气泡运动增加了工质与加热壁面接触的可能性;微圆柱高度较低时,易发生气塞现象,加热面散热不均导致局部异常过热,换热性能下降;微圆柱阵通过阻碍气泡反向流动来降低沸腾不稳定性,但微圆柱高度过高会造成换热系统振荡,影响传热可靠性。     

大宽隙比竖直矩形窄缝通道内混合对流传热的数值研究

用k- ε双方程模型研究了大宽隙比( 通道宽度与通道间隙之比> 25) 矩形窄缝通道内单相流体的混合对流换热问题。数值模拟结果表明, 大宽隙比窄缝通道内的混合对流存在着与圆管内混合对流相似的“中部热岛”现象,在给定流量下,壁面“热岛”现象随热流密度增大而加强,给定热流时壁面“热岛”随流量增加而减弱     

电场作用下锥形孔穴表面微细通道内流动沸腾传热特性

为了探究电场作用下锥形孔穴表面微细通道内R141b制冷剂的流动沸腾传热特性,研制不同孔穴直径、孔穴密度的锥形孔穴表面微细通道板.在设计系统压力142 kPa、入口温度34.5℃、热流密度7.72～25.11 kW/m²条件下进行流动沸腾试验,对比分析不同孔穴直径、孔穴密度的微细通道电场强化传热效果.对比锥形孔穴表面微细通道和光滑表面微细通道的沿程传热特性,以进一步分析锥形孔穴对电场强化传热效果的影响.为了研究电场对受限气泡的影响,采用COMSOL软件对微细通道内电场分布进行数值模拟,并结合可视化结果分析电场对受限气泡长径比的影响.研究结果表明：在有效热流密度区间内,孔穴密度相同、孔穴直径大的微细通道电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了10.1%;孔穴直径相同、孔穴密度大的微细通道,电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了19.3%.锥形孔穴表面微细通道的电场强化传热效果优于光滑表面微细通道,电场作用下的微细通道内受限气泡的长径比与无电场时相比更小.     

超临界二氧化碳细管内流动与换热特性分析研究

对超临界压力下二氧化碳在水平管内的对流换热进行了模拟研究,分析了热流密度、壁面温度、质量流量以及压力等对二氧化碳对流换热的影响.结果表明:热流密度和壁面温度对换热系数的影响相对较小,质量流量和压力的影响较为显著,质量流量升高,传热系数有明显提高,压力越接近二氧化碳的临界压力,传热系数在临界点附近的变化越明显,峰值越高.     

质量流速对R134a流动沸腾起始点及壁温特性的影响

为了得到螺旋管内流体流动沸腾起始点及管子壁温分布的特性,以R134a为工质进行试验。通过观察逐渐增大热流密度时壁温的变化情况判断沸腾的起始点。研究结果表明,沸腾起始点的热流密度随工质质量流速的增大而增大,但由于质量流速、离心力、重力等对汽泡粘附和脱离行为的综合影响,在某些位置会出现与该趋势不同的情况;在单相对流换热阶段,选定点的壁温随质量流速的增大而降低,而在流动沸腾换热阶段,质量流速对壁温变化的影响较小。研究结果可望为螺旋管式换热器的可靠设计和安全运行提供参考依据。     

纳米制冷剂在水平光管内沸腾换热的实验研究

纳米制冷剂能否强化管内沸腾换热,目前尚无明确的结论.将配制0.1 g/L的CNTs/R141b纳米制冷剂在内径为8.12 mm的水平光滑圆管内进行沸腾换热实验,光管采用电加热丝进行恒热流密度加热.纳米制冷剂采用HCFC141b混加碳纳米管,体积密度为0.1 g/L.实验测试范围为：（i）质量流速为95.7-382.9 kg/（m2.s）;（ii）热流密度为5-20 kW/m2;（iii）入口干度为0.1-0.8.考察了质量流速、干度及热流密度等因素对纳米制冷剂管内沸腾换热的影响.实验结果表明：在低质量流速（95.7 kg/（m2.s））下纳米制冷剂能够强化管内沸腾换热,随着流量及平均干度增加,纳米制冷剂强化换热的效果将会变小,甚至引起换热恶化.     

微细通道内CO2流动沸腾换热数值模拟分析

为了研究CO₂工质在微细通道内流动沸腾换热特性,采用Fluent软件建立模型,通过给定边界条件模拟分析了CO₂沸腾换热,与已有的换热关联式进行对比分析.结果表明：低干度下的相对误差在15%以内,验证了模型的准确性.根据液相容积分配图,在低干度条件下,随着饱和温度和热流密度的增大,通道内气泡的数量增多,尺寸明显增大,说明CO₂沸腾换热系数增大;质量流速对沸腾换热系数的影响较小,从而也说明了在低干度区,CO₂核态沸腾机理占主导地位.     

以水为工质的铜基微通道热沉的流态可视化与传热特性

设计了微通道流态观测系统,在低雷诺数(34～191)条件下,对以水为工质的一种铜基微通道热沉的流态、温差、压降与其传热特性的关系进行研究。通过可视化观察发现,此微通道的主要流态形式为环状流并随着热流密度的进一步增大呈现周期性震荡。在微通道出现干涸现象时,流体流量迅速下降至零。低入口雷诺数下,首次发现了微通道热沉底部轴向温度呈现中间低两边高的现象。这可能由于流态为充分沸腾的环状流时,与壁面的换热效率最高导致的。微通道热沉的压降损失随着雷诺数和热流密度的增加而增大。分析结果表明,流体流态是影响铜-水微通道热沉换热特性的决定性因素。     

考虑热效应流体绕流柱体的流动分析

对水横掠热柱体时旋涡脱落时的流动试验进行了分析.研究表明,考虑热效应后的旋涡脱落发生明显变化,表现在旋涡脱落信号傅里叶变换峰宽的改变.在一般换热器设计中往往忽略了壁面热效应,应引起有关部门注意.     

圆管分层层流的流动规律

从流体力学中N－S方程出发，建立了圆管两相分层层流流动的数学模型，通过两相分层层流的相互作用的流体力学分析，提出了两相流动界面的耦合条件，从而得到了一组完整描述两相圆管分层流的数学方程，再通过数值求解分层流的数学方程，得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律，应用圆管两相分层层流的流动规律，可以实现高粘流体的高效率输送，其节能效果十分明显。     

水流流速与阻力的脉动规律

利用 LDA-10型二维激光流速仪,作者实测了室内水槽中水流的脉动结构和时均结构、着重分析论证了流速的概率密度分布;同时,用统计数学方法考察了与流速成平方关系的阻力的概率密度分布.结果表明:1.在整个水深范围内,水流流速样本系列服从正态布分.在近壁区也是如此:2.在相对水深y/H=0以上区域阻力样本服从正态分布、在 y/H=0.05以下区域则具有偏态性.     

水平管中气液两相流的流动特性研究

本文对水平管中气液两相流的流型分类，摩阻压降梯度在自制的实验台上作了系统的测定和研究，对气液两相流中这一经典课题得出的自己的见解和研究结果。     

建筑开口流量系数及其对火灾烟流的影响

在高层建筑火灾试验塔上测试了典型门、窗不同开度时的流量系数。该系数可用于火灾烟气流动预测计算,也可用于压送风量及一般建筑通风换气计算。同时,运用建筑物火灾烟气流动性状预测计算软件,分析了门窗开度及流量的系数对火灾烟流的影响。     

孔板流量计流场的数值模拟

基于对不可压缩流体流过孔板基本代数方程组的分析,自主开发了孔板流量计流场的数值模拟软件.详细分析软件收敛的条件,并给出了在层流和湍流条件下流出系数的计算结果.不仅将在湍流条件下的数值模拟结果与国际标准化组织(ISO)数据进行对比,同时,还将在层流条件下的数值模拟结果与试验数据进行对比.对比结果表明:在层流条件下,计算结果误差可控制在3％以内;而在湍流条件下,计算结果的误差可控制在2％以内.     

植物条件下明渠紊流拟序结构的可视化研究

运用数字图像处理及流动显示技术,对植物条件下明渠紊流拟序结构进行了初步研究。实验结果表明,植物改变了明渠的紊流结构,与无植物条件存在明显差异。根据拟序结构特性,流动可以划分为三个区域：植物内层区,弱猝发现象与类卡门涡街综合作用,尾流涡结构受植物直径及排列方式影响大;植物顶部附近区,紊流结构复杂、结构变化快,同时存在壁面边界层中的猝发现象及自由混合层中大涡配对现象,猝发周期与流速负相关,涡平均渗透深度与流速和淹没度正相关;植物外层区,与明渠外区类似,表现为涡体拉伸及紊流的间歇性。各区紊流拟序结构各不相同,但却相互作用、相互影响。     

对转式轴流风机内流的数值模拟

采用压力修正法（SIMPLE法）和混合H－D格式,结合K－e湍流模型,求解加权平均N－S方程,数值模拟了对转式轴流通风机内的流场,设计性能良好的对转风机有较好的流场,说明通过求解N－S方程是定性分析对转式风机性能的一种有效方法。     

轴流泵端壁区域流动三维粘性数值计算

本文作者采用通用流场分析软件FLUENT,基于N-S方程,选用RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵叶轮内部(及端壁间隙)流动进行了三维粘性数值计算.通过实验验证,表明数值计算结果和实测数据吻合较好.详细分析了叶顶附近流场形态以及叶轮出口轴向、周向速度分布,进行了性能预估.并给出了实验装置图.     

环柱形狭缝通道内气液两相流流动特性

在水平放置的环柱形狭缝通道中, 对空气 水两相混合物的流动特性进行了研究, 首次得出了相应的流型图, 并提出了预测压降的关联式, 为环柱形狭缝通道中空气 水两相混合物的传热特性研究奠定了基础。