斜截半椭圆柱面涡流发生器强化换热和压降特性的试验研究

在矩形通道内布置一对斜截半椭圆柱面涡流发生器(高宽比h/b=1/2),通过改变斜边倾角α、来流攻角β、前沿间距S、布置方式以及顺列、错列两排涡流发生器研究不同工况下的换热和压降特性.试验雷诺数范围为Re=700～26 800.结果表明,在试验条件下α=12°时的换热效果要好于α=20°,Re=1 300时两者的最高局部对流换热系数分别比平直通道高19.7%和10.7%,Re=26 800时分别为23.2%和18.33%.斜截半椭圆柱面涡流发生器(α=12°)的最优攻角为β=60°,最优前沿间距为S= 20 mm.当Re=26 800,β=60°,S=20 mm时的最高局部对流换热系数约比平直通道高23.2%,压力损失约比平直通道高33.7%.雷诺数较小时,由于回流滞止区的影响,布置两排涡流发生器后,换热效果反而弱于单排.随着雷诺数增大到4 000,双排涡流发生器的换热效果要明显优于单排,Re=26 800时,最高局部对流换热系数约比单排涡流发生器高14.4%,比平直通道高33.4%.通过试验得出斜截半椭圆柱面涡流发生器在β=60°,α=12°时的涡旋作用距离大约在250～300 mm.     

斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热的大涡模拟

对流体在放置斜截椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟,得出流场中速度、温度与压力参数的瞬态变化特性,再现温度场、压力场及诱导旋涡的变化过程,并对流动结构及涡流发生器强化传热的机理进行分析。为验证大涡模拟计算结果的准确性,在相同条件下对未布置涡流发生器的空槽道分别采用湍流模型和大涡模拟进行对比计算,两者的计算结果符合较好。计算结果表明：流场中布置的涡流发生器可以诱导漩涡,而由其所诱导的流向涡对强化传热起主要作用。与相同条件下未布置涡流发生器的情况相比,局部对流换热系数可提高64%～105%,平均对流换热系数则可提高17%～36%;涡流发生器附近位置的对流换热系数提高幅度最大,传热面附近流体的流动状况及流动结构与传热密切相关。     

卧式半圆柱型涡流发生器的传热与阻力特性及场协同理论分析

为研究卧式半圆柱型涡流发生器的特性,通过数值模拟方法对安装有卧式半圆柱型涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。结果表明:在相同雷诺数Re下,安装有卧式半圆柱型涡流发生器的矩形通道的换热效果明显优于矩形光滑通道,但阻力系数也均大于矩形光滑通道。对比综合性能指标表明,6/8H楞长处的综合特性PEC值最大。通过对场协同理论分析得出,矩形光滑通道和四种不同楞长的卧式半圆柱型涡流发生器的协同数Fc均随着雷诺数Re的增大而减小,而且其变化趋势也越来越平缓,最终逐渐趋近于定值。相同雷诺数Re下,楞长为6/8H时的协同数Fc最大。     

涡流发生器涡激振动抑制研究

通过风洞实验对涡流发生器的涡激振动抑制效果进行了分析研究,确定了涡流发生器的最佳几何参数,并探讨了涡流发生器涡激振动抑制机理.结果表明:从阻力系数的角度,涡流发生器比螺旋条纹圆管有更大的涡激振动抑制优势.热线风速仪的测量结果表明:光滑圆管及涡流发生器圆管尾流展向尾流速度相关系数不受雷诺数及涡流发生器的影响.涡流发生器主要是通过影响边界层的分离进而影响涡街脱落点来抑制涡激振动,对涡街脱落的沿展向三维扩展没有影响.     

组合涡发生器在螺旋板式换热器上的强化传热研究

在螺旋板式换热器螺旋通道内设置三角翼和椭圆柱组合涡发生器,利用流体计算软件Fluent进行三维数值模拟。研究了Re为4000～7000内组合涡发生器对通道平均Nu和平均阻力系数f的影响,并应用场协同原理进行了分析。与只加装椭圆柱涡发生器的螺旋板式换热器进行对比,结果表明,纵向涡发生器产生的二次流能改善螺旋通道内的速度场与温度场的协同性,起到强化换热作用。在正三角形排列方式下,组合涡发生器通道的平均Nu比椭圆柱涡发生器的平均Nu增大8.7%,阻力因子f减小23.7%,强化换热的效果较好。     

低沸点工质在水平蒸发换热强化管内换热特性研究

本文通过分析作者和国内外文献有关低沸点工质在水平螺旋翅片管内蒸发换热特性实验数据，讨论了热流密度，质量干度和质量流速对局部换热系数的影响，并将实验数据与现有的螺旋翅片管换热关系式的计算值进行比较，结果表明，ｋａｎｄｌｉｋａｒ的关系式具有是确的流动沸腾换热机制及一定的精度。为提高其通用性和精度，本文提出了进下不改进Ｋａｎｄｌｉｋａｒ关系式的具体设计想，从而为优化设计螺旋翅片管，研制高效蒸发强化管提代     

涡流发生器在流体机械流动控制中应用研究进展

从实验测量和数值计算两个方面对涡流发生器流动控制的基础研究和应用研究进行评述,介绍了涡流发生器在流体机械流动控制中的应用及其取得的主要研究成果,最后指出了涡流发生器发展存在的问题和发展方向.     

接触式机械密封外圆周织构强化换热机理研究

冲洗是强化机械密封换热的主要措施之一，但在一些特殊场合下冲洗量的大小往往是给定的，因此，需要采取一些强制换热措施来改善机械密封的运行环境。通过在密封环的外周面开设织构，针对冲洗量一定的情况，基于SST k-ω湍流模型，采用Ω方法分析了不同转速下织构深径比对端面温度、外周面局部努塞尔数Nu和织构区域流场的影响，对比研究了动环织构和静环织构的换热机理。研究结果表明：在相同工况、冲洗量和织构几何参数条件下，若动静环外周面单独开设织构，则动环的换热效果更佳。在相同转速下，动环外周面开设织构时，减小深径比会使织构内部换热效果差的区域增大，换热效果减弱，但对于静环织构，减小深径比会使织构流体流动下游侧换热效果差的区域减小，换热效果增强；随着转速的增大，较小深径比动环织构内部出现了新的差换热效果区域，单位面积换热强度显著下降。因此，为获取较优的换热效果，在低转速下宜选取小深径比织构，而在高转速下应选取大深径比织构。     

半球阵列式涡流发生器湍流尾迹流动特性研究

利用DDES延迟分离涡模拟研究了半球状的涡流发生器尾迹区域的流动特性，包括了速度场以及涡量场，研究发现尾迹区域的速度场，涡量场呈现出不同的发展趋势，速度场在初始角度尾流开始分离，随着角度的增加，由流动分离再趋向于整体，尾迹区域的宽度与长度的变化经历了加速下降区，相对缓慢加速区，以及平缓过渡区三区域，涡量场整体趋向于分离状态，随着角度增加脱落的漩涡越来越大，涡量保持区的长度变长。涡量场与速度场在总体上呈现出不同的流体动力特征。     

液轮机强化管内换热的研究

管壳式换热设备强化传热的方法之一是管内插入物。插入物的形式很多,但大多为单一的强化传热技术,不能防垢除垢。而污垢的存在却大大降低了换热设备的传热系数,增加了能量消耗。换热管内液轮机则实现了换热设备在线自动防垢除垢并强化传热。对液轮机强化管内换热进行了理论及试验研究,提供了传热和阻力的试验数据和方法,分析并得到了膜传热系数关联式。结果表明,液轮机使管内阻力损失仅有少量增加,却较为显著地强化了管内换热。即使与无垢光管对比,液轮机也有效地强化了传热。     

内置旋转扭带换热管的传热强化机理

针对换热设备的低效率和污垢沉积问题,研究开发具有强化传热和污垢在线清洗双重功效的旋转清洗扭带技术.提出旋转扭带强化传热的机理包括:①换热管当量直径减少效应强化.②近管壁区域流速加大效应强化.③螺旋线流动流速加大效应强化.④二次流流速增大效应强化.对旋转扭带的这些强化传热机理进行理论分析,建立湍流工况下强化传热的努塞尔数预测关联式.研究结果表明:当扭率大于等于10时,当量直径减小效应和近管壁区域流速加大效应是传热强化的主要控制机理;当扭率小于10时,螺旋线流动流速加大效应是强化传热主要控制机理.二次流流速加大效应对强化传热的贡献与其他三种机理相比相对较弱,只有在扭率小于等于1时,对强化传热的贡献份额才比较大.对内置旋转扭带换热管的努塞尔数预测值与试验值进行了比较,两者吻合较好.     

非圆截面小通道内R113的流动沸腾换热特性

针对非圆截面小通道流动沸腾换热研究报道较少的现状,以R113为工质,对4种不同水力直径的正方形、三角形截面小通道内的流动沸腾换热特性进行试验研究,试验参数范围：入口干度,过冷～1.0;质量流速400～ 3 300 kg/(m2?s);热流密度20～150 kW/m2,并将试验结果与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验结果进行了对比分析。试验结果表明：非圆小通道内饱和流动沸腾局部壁面温度与质量流速密切相关,并受热负荷与流动沸腾换热状况的影响;质量流速和壁面热负荷是非圆小通道内流动沸腾换热特性的主要影响因素;与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验数据对比显示,非圆截面小通道具有明显的强化传热作用。     

换热器中的场协同原则及其应用

叙述了对流换热中的场协同强化原则,对流换热中速度场与温度场的协同能够提高换热系数,换热器中冷、热流体温度场间的协同能够提高换热器的效率。此外,还从换热系数和换热器两个层次上讨论了场协同强化原则在提高换热器性能方面的应用。     

颗粒填充平行平板间流动与换热的边壁效应试验研究

考察了平行平板间流动与换热的边壁效应影响,测量了颗粒填充通道壁面温度分布,从而明确了板面开槽对流动和传热的作用机制。相同雷诺数的槽板平均表面换热系数是平板的2~3倍,同时减小了流动阻力。试验结果说明,开槽宽度与颗粒直径之间存在最佳组合。这为开发新型高效填充结构换热器提供了基础性的试验数据。     

不同传热规律时不可逆吸收式热变换器循环性能

建立了考虑泵热空间到环境的热漏、工质循环的内部不可逆性以及工质和热源之间传热遵守Qoc△(Tn)传热规律时的不可逆四温位吸收式热变换器循环模型,导出了循环泵热率和泵热系数的一般关系:并导出了线性唯象传热定律时循环泵热率和泵热系数的基本优化关系、性能极值、循环中工质的最佳工作温度和换热器传热面积的最佳分配关系;通过数值算例分析了传热规律、热漏和内不可逆性对循环性能的影响规律,比较了传热面积最优分配前后循环的最优性能。     

蜂窝式除湿转轮的传热传质数学模型及其试验验证

针对蜂窝式除湿转轮的结构特点以及波纹形通道的传热传质特性,建立了转轮除湿过程中的传热传质数学模型,用试验数据验证了其合理性。分析和讨论了传热传质过程中空气温湿度和干燥剂温度及其含水量的分布情况和特征。数值计算发现:在波纹形通道内沿再生空气方向存在一条空气含湿量峰值线,该峰值线向出口方向的迁移时间和峰值的大小决定了再生速度和再生效率。为了提高再生效率,应该尽可能加快再生空气含湿峰值向出口处的移动过程,提高其迁移速度,降低迁移时间。最后还对运行参数对再生空气出口含湿峰值的大小及其迁移时间的影响进行了讨论。     

穿孔型双面电弧焊的传热与小孔形成

建立了穿孔型双面电弧焊小孔形态和传热的数学模型,考虑了作用于熔池上的各种力学因素,并采用帖体曲线坐标系处理复杂的熔池表面和小孔与熔池的边界。计算结果表明,熔透是穿孔的必要条件,熔透之后穿孔的速度远远大于熔透之前的。随着板厚的增加,熔透和穿孔所需的时间增加,并且熔透到穿孔的时间间隔也增大,但熔池的最小跨距变化不大,熔池的最小跨距可作为小孔建立的评价指标。小孔的形成使得焊接能量更加集中于电弧中心线附近,从而可以采用较小的焊接热输入,不开坡口一次焊透焊件。     

非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性

利用正交函数法对定热流密度加热、壁面温度在周向可任意变化条件下,气体在微矩形槽道内的热充分发展滑移流动的换热特性进行理论分析,获得相应条件下的Nu数计算方法及换热特性,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及不同加热条件对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响。结果表明,在任何加热条件下,微矩形槽道内的平均Nu数均低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nu数,且随Kn数的增加而减小。高宽比越小,平均Nu数下降越大。在相同的高宽比和Kn数下,单边加热条件下的换热性能相比相同加热条件的常规大槽道内的换热性能下降最小。