圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

光管内湍流脉动传热影响因素的实验研究

通过湍流条件下光管内流体脉动传热的实验研究,分析了流体脉动参数对强化换热的影响规律。用无量纲参数A0和Womersley数描述脉动振幅和脉动频率,并利用最小二乘法拟合得到了实验范围内脉动振幅与Nu数之间的关系。结果表明:在实验范围内(16≤v≤40m/s,0≤f≤100Hz),雷诺数、脉动振幅和脉动频率对流体脉动强化换热都有显著的影响,随着雷诺数和脉动振幅的增加,换热效果将增强;而当脉动频率在0~20Hz以下和80~100Hz两个频率区间内脉动传热存在最优值;在实验条件下,利用A0和W数可以较好的表征脉动振幅和脉动频率特性。     

波壁管中脉动流动的数值模拟

利用数值模拟的方法,文中对脉动流动下波壁管内流体的流动和换热特性进行研究,分析了脉动参数雷诺数Re、斯德鲁哈尔数St以及振动分率P对波壁管中流体的传热和阻力特性的影响.结果表明:Re、St与P对流体的换热特性均有影响,在脉动流场下,波壁管内流体的传热强化幅度随雷诺数Re的增大而先增大后减小;与斯德鲁哈尔数St以及振动分率P均成正比关系.随着St的增加,摩擦阻力系数在较低St时几乎不发生变化,而在较大St时明显发生变化,但随着St的增加,平均摩擦系数f_(m)几乎不发生变化;平均摩擦系数f_(m)随振动分率P的增加而逐渐增大,随雷诺数Re的增大而逐渐减小.     

脉动流强化翅片散热器数值模拟研究

采用数值模拟的方法,研究脉动流作用下翅片散热器的散热效果,分析脉动振幅和脉动频率对散热性能的影响。结果表明:脉动流能增强翅片散热器的散热效果;随着脉动振幅增大,瞬时换热性能和瞬时阻力性能波动越来越强,平均换热性能和平均阻力性能增加;存在最佳振幅使综合换热性能最高;随着脉动频率增大,瞬时换热性能变化不大,平均换热性能逐渐减小;瞬时阻力性能波动剧烈且波动幅值增大,平均阻力性能减小;存在最佳频率使综合换热性能最高。     

螺旋管内幂律流体流动换热数值模拟

研究幂律流体在螺旋管内的流动换热特性可为石油开采工程中驱油剂的应用提供理论支持.文章通过建立流体流动换热模型,分析了幂律流体在螺旋管内的流动换热特性.结果表明:螺旋管沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值增加而增大.层流工况下,随着雷诺数的增大,沿程阻力系数减小,努塞尔数增大;湍流工况下,在雷诺数一定时,沿程阻力系数和努塞尔...     

三角形通道内对称三角翼的脉动传热特性

该文研究了三角形管道内加入对称三角翼扰流元件在脉动流作用下的对流换热特性,工质是体积分数为1%的Water-SiO₂纳米流体,雷诺数为500~1 600,利用CFD软件进行数值仿真。结果表明,当雷诺数和振幅定常时,即当雷诺数为1 500,振幅为0.75时,脉动流作用下存在强化与弱化换热的临界频率约为1 Hz。当临界频率大于1 Hz时,强化换热,反之则会弱化换热。当频率为10 Hz时,换热最大增强了3%;当频率为0.001 Hz时,换热最大弱化了5%。同时利用场协同原理研究了传热机理,结果表明场协同角越小,换热效果越好,并且距离三角翼片下游越近,场协同角越小。当振幅为0.75,频率为10 Hz,雷诺数为1 500时在一个周期内的平均场协同角最小,换热效果最好。     

定热流下振荡流动对对流换热的影响

对定热流下平行板间振荡层流的对流换热过程进行了解析分析。流动的振荡过程是通过压力梯度上的振荡分量来完成的。对流动过程作了一些简化假设，并着重讨论振荡频率、雷诺数、振幅等参数对对流换热的影响。结果表明，振荡使对流换热系数增加。     

变截面微通道散热器流动和传热特性

为了解决电子芯片散热问题,通过数值模拟的方法,研究了去离子水流经微通道散热器时的流动和传热特性.微通道散热器由无氧铜层叠焊接而成,散热器内微通道当量直径为0.23 mm,去离子水流经散热器时平均雷诺数为252~1 060,加热面热流密度为2×106W/m2.结果表明:不同雷诺数时,三角凹穴周期性变截面微通道散热器的传热性能明显优于矩形等截面直通道散热器;前者加热面平均温度和最高温度均比后者低2~3℃,且两者压降相差不大;随着去离子水流量的增加,散热器加热面平均温度降低,但当流量增加到一定程度后,加热面温度变化不明显,说明不能单靠增大泵功来强化传热.     

微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO2-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究. 模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2 × 106 W/m2 . 结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降. 纳米流体的传热性能强于水;随着TiO2纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

层流脉动流动对流换热数值分析

为了改进换热器设计方法及提高设备换热效率,通过建立恒定热流密度加热的圆管内层流脉动流动数学模型,对流量脉动条件下的流动与传热特性进行了数值分析.研究结果表明,脉动流动时速度与压降发生同周期的变化,但两者之间存在相位差,随着脉动频率增加,相位差逐步趋近于π/2;脉动速度的径向分布在一定频率范围内出现环状效应,频率越大速度脉动幅值越小,但环状效应越明显;温度脉动幅度随脉动频率、普朗特数增加而减小,随速度脉动幅度增加而增加.     

横纹管脉冲流流动与换热数值分析

通过数值模拟计算,研究低振动雷诺数下横纹管内脉冲流流动和换热.数值计算结果表明:脉冲流动引起出口压力正(余)弦波动,波动幅度随脉冲流振幅、频率的增大而增大;脉冲流动能够使流体在低速和低振动雷诺数下产生漩涡,并周期性生成、迁移和脱落;由于漩涡的作用,增强了流体的径向扰动和相对扰动,增大了横纹管内壁切应力,引起壁面切应力的周期性变化,减薄边界层,增强流体质量、能量输运;随着脉冲流振幅的增加,强化传热系数最高可以达到1.97.     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

三角形小翼纵向涡发生器的流动换热

探究了加装三角形小翼纵向涡发生器的H形翅片换热流动特性.模拟结果显示,随着来流速度的增加,回流区里的气流温度逐渐升高;随着雷诺数的增加,压力损失、努谢尔数增大,进出口温差、欧拉数、换热因子和综合性能都减小.随着攻角的增大,加装纵向涡发生器的单H形翅片的进出口温差、压力损失、努谢尔数、欧拉数和换热因子都增大,而综合性能先增大后减小.     

空气流动换热数值计算模型适用性分析

为了提高空气流动换热数值计算结果精度,本文针对可压缩空气开展模型、数据处理方法的适用性研究.本文基于开式反应堆内通道,采用计算流体力学方法,在雷诺数1万～40万、温度450～1200 K的范围内,针对可压缩性、定性温度及粘性加热效应等空气流动换热的关键问题,得到不同湍流模型下加热空气管流的平均换热系数;结合经典传热关系式,确定了数据处理方法并讨论了粘性加热效应的影响特点.计算结果表明:Realizable k-ε模型更适宜高温高速可压空气流动;采用进出口平均温度作为定性温度,得到的传热关系式与经典关系式误差在10％以内,满足计算要求;计算中应考虑粘性加热效应,该效应仅会使高雷诺数工况的努塞尔数Nu减小.本文可为精确计算空气流动换热特性提供依据.     

不同形状微针肋通道流动与换热性能影响研究

采用CFD模拟软件,结合实验研究,针对圆形、三角形和方形截面微针肋通道流动与换热进行了三维数值模拟分析.分别模拟了不同雷诺数Re下,三种形状肋片的绕流流场和肋阵温度场分布,并计算摩擦阻力系数f、努谢尔特数Nu等参数评价针肋微通道流动换热性能.结果表明,f随Re的增大而减小,且低Re下,三角形针肋的f最小.Nu随Re的增加而增大.三种形状中,圆形针肋的Nu数最大,换热效果最好.综合流动和换热特性评估,认为圆形针肋比方形和三角形针肋更优.通过实验对比发现,微尺度效应对模拟结果的影响有一定的误差,但是整体趋势与模拟结果一致.     

脉动流诱导振动的双向热流固耦合强化传热机制

脉动流诱导振动换热管强化传热技术是实现过程换热设备节能降耗的一种有效途径。基于热流固双向耦合理论,研究了脉动流诱导振动换热管的边界变形运动与近壁脉动流动的双向耦合作用对流固共轭耦合传热特性的影响。结果表明:脉动流诱导振动边界变形运动与近壁脉动流动的热流固双向耦合作用能有效强化近壁壳程流体的传热,且其热流固双向耦合作用和强化传热强度随脉动流的脉动频率加快而增加。研究发现热流固双向耦合作用是通过传热驱动力温差的增大和近壁壳程流体产生的内涡流所诱发的微对流来强化壳程流体的传热,当脉动流频率为50 Hz时,可使换热管的壳程传热系数增加24.3%,强化传热效果明显。     

螺距对星形螺旋燃料棒束通道内流动与传热特性的影响

采用SST k-ω湍流模型对不同螺距的星形螺旋燃料棒束通道内流动换热特性进行数值模拟研究。分析了燃料棒螺距对棒束通道内冷却剂的速度、压力、温度分布、搅混特性及换热特性的影响。结果表明,冷却剂在星形螺旋结构的诱导下产生横向流动,增强了搅浑作用。随着螺距的减小,冷却剂横向流动速度增大,压力降增大,流体换热Nu数增大,流体换热性能提高。     

热声系统振荡流换热器的特性

利用波动理论建立双向时滞模型,以研究圆孔结构和平板结构换热器微通道中温度波的振荡特性.结果表明,温度波的振幅随着无因次时间准数ωτ值的增大而减小;在流道中心,其振幅随着δrαh的增大均有一个先增大后减小的过程,并且平板结构换热器的性能要优于圆孔结构换热器;为了提高换热器的换热性能,圆孔结构一般设计1相似文献   

微凸台阵列型重整微反应器的传热传质特性

针对带微凸台阵列结构的重整制氢微反应器的流体传热传质问题,建立微通道传热传质理论模型.采用计算流体力学软件Fluent对不同微凸台阵列结构和排布方式微通道的流体传热传质进行数值模拟,并研究在低雷诺数条件下不同微通道结构对微通道摩擦系数和努塞尔数的影响.结果表明,随着气体入口速度增大,通道摩擦系数减小,努塞尔数增加;当气体入口速度相对较小时,反应器微凸台阵列高度及横向中心间距的差异对努塞尔数影响不大;当气体入口速度相对较大时,随着微凸台阵列纵向和横向中心间距的增加,摩擦系数减小,随着微凸台高度的增加（除1.3 mm以外）,摩擦系数和努塞尔数均先增后降.研究成果为带微凸台阵列结构重整制氢微通道反应器的设计和制造提供理论依据.     

基于横断扰流结构微通道的数值仿真优化

横断扰流结构微通道热沉是新型微通道结构的一种,其具体构型是在割断的直通道横断区布置扰流元,通过其对横断区流体的扰流冲击作用强化整个微通道的对流换热,扰流元与直通道段的长度、宽度及位置关系对微通道内流体流动与换热有重要影响.针对横断扰流结构微通道单相液体流动与传热特性,通过CFD计算流体力学模拟与分析软件进行全通道三维数值模拟.模型采用有限容积法、SIMPLE算法进行层流计算.计算及分析结果显示,当微通道进出口段均为5 mm、换热段为10 mm时,横断扰流结构微通道的最优换热尺寸为:L1/L2=4.187 5且L2=0.4 mm,W1=W2=0.35 mm,0.5H2/H11.