内环肋管道中湍流流动与换热的数值模拟

摘要：采用K-ε模型和壁面函数法对内环肋管道的湍流流动和换热进行了数值模拟．全面分析了流动特性对换热的影响，包括阻力因子和换热系数随雷诺数、肋高比和肋距比的变化关系．结果表明，努谢尔特数随雷诺数的增大近似线性增大，在肋高与管径之比为0.04～0.12，Re=20000～70000内，肋间距与管径之比为8时，阻力系数与努谢尔特数将达到最大．从而得到确定内环肋管道换热规律的重要依据．     

基于对流传热反问题的矩形通道内扰流横肋的形状优化

在通道内布置扰流横肋是一种常见的对流换热强化手段,而扰流横肋的形状对换热及阻力特性有很大影响。本文以综合换热性能最佳为目标,采用共轭梯度法对矩形通道内扰流横肋的最佳形状进行了反演优化,着重对比分析了采用3种不同对流换热综合评价指标作为优化目标时的最优形状,同时讨论了通道内横肋排布方式和数目对优化结果的影响。研究结果表明：在横肋的肋基面积给定的情况下,随着优化目标中阻力特性权重的增大,最优横肋形状的尖角逐渐平缓甚至消失;底部顺列布置的综合换热性能优于叉排布置;在通道内布置3个横肋能够取得最佳的强化换热效果。     

肋片强化矩形截面螺旋通道换热特性研究

应用CFD软件研究肋片对矩形截面螺旋通道湍流换热的强化作用,基于正交螺旋坐标系分析通道内流场和温度场分布.结果表明:对于单一矩形截面螺旋通道,换热壁面中心线附近受二次流影响较弱,换热效果较差.在此处安装扰流肋片后,矩形截面中心处产生了附加的二次流.研究范围内,加装肋片后的对流换热系数α是未加装肋片的1.03~1.2倍,流动阻力系数f是未加装肋片的1.003~1.033倍;强化传热因子j在0.911~1.067之间.低雷诺数下的低高度肋片综合强化换热效果较好.     

肋对套管内导热和对流耦合换热的影响

数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热，研究了肋高及肋数对摩擦阻力系数和平均Nusselt数（Nu）的影响．结果表明，肋高和肋数的变化对摩擦阻力系数和平均Nu都有显著影响，平均Nu随着肋数的增加有最大值；入口段Nu随肋高的增大而增大，充分发展段的Nu也随着肋高的增大而增大．     

内螺纹肋管几何参数对流动与传热的影响

以空气(Pr=0.744)为介质,在Re=2 000时,对17根内螺纹肋管进行了数值模拟,研究内螺纹肋管的流动与传热特性.在梯形肋几何参数肋高H =0.02～0.06,肋数N=35～50条,螺旋角γ=35°～45°时,分析肋高、肋数、螺旋角的变化对Nu和f的影响,得出Nu和f随N、H增大而增大,随γ增大,Nu和f先增大再减小,Nu在γ=41°达到最大值,f在γ=39°达到最大值.研究表明,最佳肋参数为0.50/40/41.     

组合式微针肋的强化换热特性

对一种组合式针肋热沉(圆形针肋阵列穿叉布置等腰直角三角形小肋热沉)的换热特性进行数值模拟研究.考察了三角小肋以不同冲角布置对微针肋通道整体换热特性的影响.计算结果表明,三角小肋布置存在一个最优化角度,即以冲角30°布置的三角小肋的组合式针肋的强化换热效果最佳,远远高于单一圆针肋热沉,但强化换热效果随雷诺数的增大而降低.     

强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下：丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6 。对比分析实验结果表明：螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。     

高Pr数流体在三维内肋管中临界雷诺数研究

采用正交试验设计方法,以未使用过的润滑油为工质,对高Pr数流体在肋叉排列三维内肋管中的流动特性进行了试验研究.结果表明:采用肋叉排列的三维内肋管可使高Pr数流体在较低的雷诺数下实现从层流向湍流的转变,其临界雷诺数Recr范围为100～200.在工程应用中,采用三维内肋管进行高黏度流体换热,容易使流动处于换热系数较高的湍流区获得明显的强化换热效果.用最小二乘法对试验数据进行多元线性回归,得到了肋叉排列的三维内肋管肋形结构对流态转变的临界雷诺数的准则方程式,为后续的分区强化传热提供参考.     

螺旋槽管管内传热与流动性能的数值模拟研究

采用数值模拟方法对以空气为介质的7根螺旋槽管的传热及流阻性能进行了计算,并与圆形光滑管进行了比较.分析了螺旋槽管强化传热机理,发现其场协同程度得到改善是其传热得到强化的主要原因.同时还分析了管内Re数、槽深e、节距p以及滚球半径r对螺旋槽管换热与流阻性能的影响,结果表明:在相同流量下,节距一定时,槽深越深,换热效果越好,同时阻力也越大;槽深一定时,节距越小,流体边界层分离作用越明显,管内换热越强,流动阻力也随之增大;滚球半径对传热影响比较小,但是对流动阻力的影响却比较大.     

仿生肋条减阻技术在输气管道中的应用

近年来,随着天然气需求量的不断增加,输气管道输送效率问题越来越受到重视。由于输气管道的主要损失为摩擦阻力损失,因此降低摩擦阻力成为研究输气管道的重点。为探究V形肋条在输气管道减阻中的应用,采用FLUENT软件对两种不同几何尺寸的V形肋条进行数值模拟,把大管径管道仿生肋条的减阻研究近似转换为平板输气管道的数值模拟。研究结果表明,V形肋条输气管道与光滑输气管道在对数层的速度位置轮廓线不同|在相同天然气进口速度下,V形肋条肋顶的切应力大于肋底的切应力,且肋底的近壁局部湍动能较小|肋高h、肋宽s均为0.90 mm的V形肋条输气管道的减阻效果好于肋高h、肋宽s均为0.51 mm的V形肋条输气管道。