管内换热元件基于数值模拟与实验对比的研究

利用流体计算软件Fluent 6.0分析自转式转子与螺旋扭带两种换热元件在强化传热方面的优劣,并按模拟条件进行实验对比。结果表明,相对于螺旋扭带径向扰流较弱的劣势,自转式转子扰动能力强,提高换热系数,为实际应用提供有力的指导。     

Cu-H_2O纳米流体流动与强化换热的数值模拟研究

模拟纳米流体在三维管道中的流动和强化传热过程,运用数值计算方法研究纳米流体的流动特性和传热机理,探究不同纳米颗粒体积分数和不同纳米颗粒大小在不同雷诺数(Re)下对纳米流体的流动和传热特性的影响。基于DPM模型对纳米流体在圆管中的对流换热进行了数值模拟研究,研究结果表明,在一定范围内,每增加0.5%的体积分数,纳米流体的传热性能平均增强7.82%。随着纳米颗粒的减小,纳米流体的传热系数不断增加。     

换热管内旋向自交叉转子强化传热性能研究

利用综合传热性能实验台,研究对比旋向自交叉转子、同向转子的换热器和光管的传热性能。结果发现:通过Webb性能比较方法,在同样面积和同等泵功率情况下,同向转子比光管换热器的换热量最大可提高为6.99%,而旋向自交叉转子比光管的换热量最大可提高8.11%,并计算推导了旋向自交叉转子与同向转子、光管之间的准则关联式;同时研究了换热量与转子外径的关系,结果发现换热量随转子外径变大而增多。     

强化管内沸腾换热实验研究

主要研究在低过热度下微槽对流动沸腾换热特性的影响,分别以单工质甲醇和甲醇与甲苯的混合物为工质对不同流量情况下光管、直槽管和螺旋槽管的流动沸腾换热特性进行了实验研究。研究结果表明：对单工质甲醇来说,螺旋槽管可以明显起到强化传热作用,而且流量越低,强化传热效果越明显。对混合工质来说,当流量较低时,螺旋槽管强化传热效果不明显,而在流量较高时,强化传热效果比较明显。无论是单工质还是混合工质,直槽管在实验所能达到的壁面温度条件下不能起到明显的强化传热效果。还给出了螺旋槽管强化传热的定性解释。     

不同管径组合的冷凝器换热数值研究

基于对传统空调用铜管翅片式冷凝器的研究分析，提出了一种新型的冷凝器形式，其迎风侧和背风侧采用不同直径的铜管和不同宽度的翅片，通过对两种形式的冷凝器的流动和换热进行的数值分析，新设计的冷凝器具有比传统冷凝器高的换热能力和低的空气流动阻力，适合于空调器的使用，而且该设计思路可以推广到空调用蒸发器的优化设计中。     

管内插入网状肋强化换热的数值研究

采用三维数值模拟方法研究了网状肋用于圆形通道的流动换热特征,分析了雷诺数Re、肋的形状、肋的网格间距、肋的直径以及流体与固体的导热系数比kf/ks对通道平均阻力系数和换热性能的影响,并引入换热性能评价指标PEC对2种网状肋进行了比较.结果表明:管内插入网状肋对流动阻力系数和换热性能有很大影响;方形肋的换热效果比圆形肋好,但其阻力较大;随着Re的减小,2种肋的降温效果均增强;肋的网格间距越小,则换热效果越好但阻力越大;随着肋直径的增大和流体与固体导热系数比kf/ks的减小,换热效果增强.     

新型横纹螺旋盘管强化传热的数值模拟

为了增强螺旋盘管的传热性能,对现有的普通螺旋盘管进行优化设计,提出一种管壁向内凸起形成环肋的异型管,称为横纹螺旋盘管。通过数值模拟方法对横纹螺旋盘管和普通盘管内部流动和传热过程进行模拟。应用场协同原理对其速度场和温度场的协同作用进行分析。实验数据与仿真结果的误差在5%以内,验证了数值模拟方法的正确性。在不同Re(雷诺数)条件下,计算两种盘管的Nu(努塞尔数),进而与Gnielinski(格尼林斯基)修正公式计算结果进行比较,误差在10%以内。结果表明:环肋结构通过工质旋转流动破坏边界层厚度,改善了管内速度场与温度场的协同程度,从而实现了强化传热。在较高的Re范围内,横纹螺旋盘管的Nu为普通盘管的1.29~1.43倍。因此,横纹螺旋盘管具有更好的传热性能,为异型螺旋盘管的研究及工程应用提供一定的理论依据。     

基于Fluent螺旋槽管的传热特性数值模拟

根据螺旋槽管的结构特点及传热特性,建立了三种不同槽口形状的螺旋槽管与光滑管换热器的三维模型。以水为工质,运用 Fluent流体分析软件,采用k-ε湍流模型,研究了三种不同槽口形状的螺旋槽管与光滑管换热器在换热过程中的速度场和温度场,得到了不同槽口形状和光滑管的壁面Nusselt数。结果表明。在相同壳程和雷诺数的情况下,螺旋槽管比光滑管的换热能力提高了6．7％-37．6%,其中三角彤槽和矩形槽螺旋槽管的换热能力提高最大,从而强化了传热。为谊产品的理论进一步研究和实验研究奠定了基础,为谊产品的设计和推广应用提供了依据。     

管内填充多孔介质强化换热的数值研究

管内填充多孔介质强化换热的基本原理是构造热边界层,增大壁面附近流体的温度梯度,并且流动阻力增幅不大。本文运用数值模拟的方法,模拟填充多孔介质管内的流场和温度场,探讨填充比例φ、渗透率Da以及空隙率ε对管内对流换热的影响规律。研究表明,提高填充比例φ和减小渗透率Da都能明显提高换热效果,但也增加了管内流动阻力。空隙率ε对强化换热作用不大,但高空隙率可以明显降低管内流动阻力,在实际中应选用空隙率较大的多孔介质。     

丁胞型强化换热管内突起结构对流传热及阻力的数值模拟

采用SIMPLE算法求解RNG k-ε方程,分析丁胞强化换热管管内流动传热情况,研究管内侧突起结构对于单相气体流动过程的强化传热性能和压力损失,并和文献中的实验值进行对比.结果表明,丁胞管管内突起虽会使突起左右两侧局部换热系数减小,但总体上是增强了换热性能,且随着Re的增加强化换热效果更明显.同时也因形阻力增大了流动阻力.     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

散热管内插入扰流丝强化传热的数值模拟

本文利用CFD软件Fluent对某种通过插入扰流丝强化传热的散热器进行了数值模拟。分别以水和P-32透平油为研究对象,计算得出了不同流速时无扰流丝和含扰流丝两种情况下散热管的传热效果。通过分析得出,此扰流丝能够通过打破速度边界层,形成湍流,增强换热。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。     

“球囊夹紧法”取出锁骨下动脉支架推送杆断裂残端一例

针对水平光滑管和微肋管,基于FLUENT平台对制冷剂管内沸腾传热特性进行了数值模拟,研究质量流量、热流密度及干度等因素对制冷剂R245fa沸腾换热系数的影响。模拟结果表明:沸腾换热系数随着制冷剂质量流速与热流密度的增加而提高;随着干度的增加,换热系数先增加再降低,并在x=0.7时达到极大值;相比光滑管,微肋管内制冷剂的沸腾传热系数能提高10%~25%。     

板壳式换热器流固耦合换热的数值模拟

以型号为IPS24的波纹板壳式换热器为研究对象,应用CFD软件ANSYS FLUENT16.0进行流体流动及耦合换热的数值模拟。结果表明:人字形波纹板结构对板壳式换热器传热性能有显著的增强,且能够有效地防止结垢;随着入口流速的增加,总对流传热系数增加,但也会导致压力损失增加,在流速为1.0 m/s时总传热系数达到1 519 W/(m~2·K),冷、热流体进出口压降也分别高达81.2和83.1 kPa。     

有扰流片的矩形通道内空气流动和传热过程的数值模拟

以高温透叶片尾部区内部冷却为应用背景，对带顺排、错排扰流片肋的通道内空气流动和传热过程进行了数值模拟。计算结果表明，在相同雷诺数下，错排扰流片的阻力系数比针肋和顺排绕流片的阻力因子均增大约2%，而冷却能力分别增大约50%和9%。     

线-板结构离子风发生器强化通道内对流换热的数值研究

离子风发生器是利用电晕放电引起空气流动的一种装置。利用COMSOL Multiphysics软件建立了基于线-板电极结构离子风发生器的计算模型,对离子风发生器强化通道内对流换热的能力开展了数值模拟研究。针对入口风速、发射极电压、初速度方向以及电极水平间距这4个关键因素进行研究,分析了4种因素对强化换热效果的影响。模拟结果表明:在入口风速较小时,离子风对换热的强化效果更好;当发射极电压较高,离子风射流和主流方向相反时,离子风的扰动作用更剧烈,对换热过程有更加显著的增强作用。而电极水平间距则存在最优值,可以使换热效果达到最优。     

新型轴对称内翅管换热过程的数值模拟

采用数值模拟的方法,对新型整体式轴对称不等高内展翅片换热管的管内流动、换热及阻力特性进行了研究,并将模拟结果分别与实验测量值和光管经验公式计算值进行了比较,结果表明:数值模拟结果与实验测量结果和经验公式计算结果符合得较好;新型内翅片管的强化换热效果最好,其换热系数约为光管的1.67~2.27倍,为中心对称翅片管的1.17~1.35倍;内翅片管的阻力系数是光管的1.44~2.20倍,中心对称和新型内翅片管具有基本相同的阻力系数;8翅和10翅新型内翅片管的综合性能参数较优.     

圆管螺旋流的流动与传热数值模拟

针对工程中常见的圆管流,采用切向引入装置使流体产生旋转流动,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG-模型对管内流场进行了数值模拟,获得螺旋流的速度场以及强化传热特性。研究入口不同速度对强化传热性能的影响,为旋流强化传热装置的应用提供了必要的依据。