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.     

水平管内自然对流对热进口段空气强制对流传热的影响

本文研究了水平管内空气层流强制对流传热时,自然对流对热进口段传热和流动的影响。数值计算结果显示：速度和温度分布因自然对流影响变形为非对称,速度最大值和温度最小值向管下部偏移。对流传热系数在圆周上的最小和最大值分别出现在管顶部和底部,二者之差最大可达5倍,其平均努塞尔特数明显高于无自然对流影响的强制对流。     

竖直细管中超临界二氧化碳传热数值研究

采用Realizable k-ε湍流模型对冷却条件下超临界二氧化碳竖直向上流过内径为0.4 mm的细圆管的对流换热进行了数值研究,分析了二氧化碳进口温度、质量流量、压力以及冷却水量等对二氧化碳对流换热的影响.研究表明,二氧化碳进口温度和冷却水量对于其换热过程的影响比较小;二氧化碳质量流量和压力的影响较为显著,质量流量越高,传热系数提高就越明显;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剧烈,峰值越大.     

光热转换系统中强化结构对纳米流体自然对流换热的影响

为了改善光热转换系统中换热介质的自然对流,文中研究了两种微凸起结构(三角形和矩形)、两种温差(ΔT=1 K,ΔT=10 K)、两种纳米流体(CuO/Cu-H2 O纳米流体和CuO-H2 O纳米流体)和不同纳米流体体积分数(φ=0.01、0.03和0.05)对光热转换系统中工质自然对流换热特性的影响.研究发现,CuO-H...     

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.     

矩形并联微通道中流量分配与流动沸腾传热特性实验研究

文中通过可视化实验的研究方法,对主通道尺寸为1 mm×0.5 mm,三根支通道尺寸为0.5 mm×0.5 mm的矩形微通道进行了沸腾换热与流动特性的实验研究.采集到了温度信号、压力信号及各支通道流出的流体流量,绘制出了不同工况下的流型图和液体采出率.同时捕捉到了回流现象发生时气泡的破裂与生长,并结合气泡破裂时受力分析研究流量分配机理及回流发生的原因.最后为了更深入的研究通道内传热系数的影响机理,对局部传热系数和平均传热系数进行了对比分析.研究发现,在热流密度较低且质量流量较高的范围内,液体处于全液相状态;气泡受力对流量分配和回流有显著影响;流体温度随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而升高;质量流量越小在沸腾换热时单相强制对流换热系数越高;当干度一定时,换热系数随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而增加.     

基于孔隙尺度下丝网多孔介质通道流阻特性

基于丝网多孔介质孔隙通道数值分析,研究不同几何参数的丝网多孔介质通道内的流阻特性ΔP、黏性阻力Au与惯性阻力Bu²等变化特性。通过CFD软件建立三维稳态修正k-ω湍流模型保证计算精度,并选择5种不同丝径和孔径的4单元孔隙模型,开展低入口流速范围内的流阻特性研究。根据数值分析结果,得到不同构型下孔隙级通道的流阻特性,显示出构型对丝网通道内非线性流动阻力特性产生的显著影响。结果表明,丝网构型角度越小(θ=45°~90°),通道内流动阻力越大,而分压占比规律一致;流速越大(v=0.2~1.0 m/s),则非线性作用越大,惯性阻力占比越多。     

生物膜法同步硝化反硝化影响因素的分析

研究了生物膜法同步硝化反硝化系统中曝气时间、溶解氧和进水COD负荷对COD及脱氮效率的影响 .研究结果表明 :在溶解氧浓度为 1.0～ 3.0mg/L范围内 ,随着反应器内溶解氧浓度的降低 ,总脱氮去除率提高 ,保持较好脱氮率的溶解氧浓度为 2 .0mg/L左右 ;在进水COD负荷为 0 .864～ 1.44 0kg/ (m3·d)范围内 ,保持较好脱氮率的最佳有机负荷为 1.15 2kg/ (m3·d) ,降低或提高有机负荷时总脱氮率均下降     

响应面法优化沙棘黄酮的提取和抗氧化活性的研究

为了研究沙棘黄酮的提取工艺及其抗氧化活性,以自培育17 a命名为中华长白山27号新品种的沙棘果实为研究对象,在单因素试验的基础上,分别对料液比、提取次数、乙醇体积分数和温度4个因素进行研究,通过响应面优化沙棘黄酮的提取工艺得到最佳提取条件:乙醇体积分数90%,提取3次,料液比(g/m L)1∶60,提取温度80℃,在该条件下黄酮提取率为2.665 0%。体外抗氧化能力主要是通过对DPPH自由基的清除、羟基自由基的清除、还原能力的测定等方法进行评价,用最佳工艺条件下提取的沙棘黄酮进行抗氧化试验,质量浓度在0.001~0.005 mg/m L之间的沙棘黄酮清除羟基自由基IC50=0.001 5 mg/m L,Vc的IC50=0.005 6 mg/m L,该条件下沙棘黄酮清除羟基自由基的能力强于Vc。同时沙棘黄酮的总还原力IC50=0.197 0 mg/m L,Vc的IC50=0.083 9mg/m L;沙棘黄酮DPPH清除力的IC50=0.089 7 mg/m L,Vc的IC50=0.031 3 mg/m L;沙棘黄酮的总还原力和DPPH自由基清除力小于Vc,随着质量浓度的增大,抗氧化活性均呈上升趋势。证实沙棘黄酮具有一定抗氧化作用,为新品种沙棘综合开发利用和相关基础研究提供理论依据。     

新会柑胎仔和青皮、陈皮提取物的多酚含量及抗氧化活性比较研究

为给新会柑产业的发展方向提供理论指导,研究并比较了新会柑胎仔、1年青皮、5年陈皮及10年陈皮4种新会柑产品的功能成分及生理功效的差异。以没食子酸为标准品,采用福林酚比色法测定4种样品中的多酚总含量;以Vc为阳性对照品,采用分光光度计法评估4种样品清除DPPH和ABTS自由基的能力。4种乙醇提取物的多酚含量从高到低依次是柑胎仔(164μg/mg)、10年陈皮(98μg/mg)、1年青皮(66μg/mg)、5年陈皮(58μg/mg);4种样品清除DPPH自由基的能力从强到弱依次是柑胎仔(IC50=91μg/m L)、10年陈皮(IC50=234μg/m L)、5年陈皮(IC50=384μg/m L)、1年青皮(IC50=473μg/m L);清除ABTS自由基的能力从强到弱依次是柑胎仔(IC50=18μg/m L)、1年青皮(IC50=53μg/m L)、10年陈皮(IC50=56μg/m L)、5年陈皮(IC50=90μg/m L)。新会柑胎仔的多酚含量与体外抗氧化活性均远远高于其他3种样品,抗氧化活性结果与多酚含量呈正相关。新会柑胎仔在功能食品的研究和开发中具有较大的应用潜力。     

煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法对煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质特性进行了三维数值计算,水冷壁上的灰渣沉积过程采用熔渣沉积反弹模型描述。结果表明:灰渣沉积主要发生在辐射废锅的中下部,射流区流速和温度在距离底部5.5 m处迅速衰减,灰渣厚度和导热热阻在此处迅速增加,对流辐射复合换热系数和传热系数在此处迅速下降;随着入口温度的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐升高,对流辐射复合换热系数和传热系数由于温差的影响也逐渐升高;随着操作压力的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐下降,对流辐射复合换热系数和传热系数逐渐升高。     

双层热源双层通道内流体流动与传热特性

为了应对集成电路中日益严峻的热问题,数值模拟了双层热源双层微通道结构内流体的流动及传热特性,将其与单层热源单层微通道进行对比分析,发现上下通道层之间的相互影响使得上层通道加热面温度降低2℃左右,下层通道热阻减小10%左右.而后以减小对流热阻的角度出发,对整体结构的传热性能进行优化,在原有矩形通道基础上布置圆形针肋以及扇形凹穴,发现此种新型通道使得下层加热面温度降低11℃左右,热阻减小,系统性能提高.     

等温竖窄条自然对流换热的模拟研究

应用三维边界层的概念及方程组,数值模拟了等温竖窄条自然对流换热。以条宽为特征量,得出了竖窄条自然对流换热关系式。     

内置式PV-Trombe墙自然通风的数值研究

提出了一种新的内置式PV-Trombe墙模型,并通过CFD方法对自然通风进行了数值模拟。分析了太阳辐射和流道宽度对气流模式和通风量的影响。结果表明,太阳辐射、流道宽度和高度对通风量的影响非常明显。通风量随太阳辐射强度和高度的增加而增大。当流道宽度从0.1m增加到0.4m时,通风量呈单调递增趋势,然而当宽度增加到0.5m时,流道顶部区域的空气出现回流并且通风量开始减小。对于3m高的模型,最大通风量出现在流道宽度等于0.4m时。流道宽度是影响流道内空气自然对流的流动形态的主要因素,当流道宽度尺寸在0.1~0.4m之间时,流道内的空气为层流热分层流动。当宽度超过0.5m后,流道上部区域出现的回流使得热分层流动消失,空气从层流向湍流转变。     

矩肋强化换热通道中三维湍流流动与换热特性的数值模拟

对沿流向间断性布置矩肋的新型强化换热通道在Ｒｅ＝５×１０３～５×１０４的湍流范围内采用Ｋ－ε湍流模型进行了数值计算,并与实验结果进行了比较．计算结果表明,在相同质量流量下此种强化换热通道的换热系数可以达到光滑通道换热系数的４～９倍．减小通道截面高宽比使得强化换热效果增强．     

新型管状相变材料热管理系统的数值仿真与实验研究

设计了一种新型的管状复合相变材料(tubular Composite PCM,t-CPCM)结构,用以替代传统的块状复合相变材料(block-shaped Composite PCM,b-CPCM)结构,将其耦合强制对流换热后应用于电池热管理。仿真结果表明,相比于b-CPCM电池仿真模型,t-CPCM电池仿真模型不仅流道分布更加均匀,而且对流换热面积更大,理论计算得出的对流换热热阻仅为0.8 K·W⁻¹,是b-CPCM电池仿真模型的1/20。实验结果表明,t-CPCM电池模组优异的散热性能可以有效地控制电池温度,t-CPCM电池模组的最高温度仅为46.9 ℃,温差为0.8 ℃;而b-CPCM电池模组的最高温度高达51 ℃,温差均为5 ℃。所设计的管状复合相变材料在电池热管理方面具有良好的应用价值。     

两竖直平板间自然对流换热的解析解

给出了两竖直平板间层流自然对流换热的解析解；提出了槽道换热有效度概念，为分析此类问题提供了一条新途径；此外，给出了解析解的近似处理结果，并与实验数据和其它半经验公式进行了比较。     

微槽冷却热沉结构尺寸的优化设计

以热阻和压降作为2个目标函数建立了微槽冷却热沉的多目标优化模型,采用序列二次规划(SQP)方法对微槽的结构尺寸进行了优化设计。优化结果表明:微槽冷却热沉的结构形状对传热性能有很大的影响,与三角形和梯形结构相比,矩形微槽结构的传热效率更高。给出了2种加权系数情况下的优化尺寸,相应的微槽宽度分别为130μm和120μm,槽栅的宽度分别为176μm和350μm,微槽的高度分别为640μm和1000μm,相应的热阻分别为0.4857K/W和0.5094 K/W。对以上得到的优化结构的微槽冷却热沉的流体流动和传热进行了数值模拟,得到芯片的最高温度分别为358.34 K和361.52 K,完全可以满足工作芯片对温度的要求。     

Thermo-fluidic characteristics of natural convection in honeycombs:The role of chimney enhancement

The natural convective heat transfer performance and thermo-fluidic characteristics of honeycombs with/without chimney extensions are numerically investigated.The present numerical simulations are validated by the purposely-designed experimental measurements on honeycombs with/without chimney.Good agreement between numerical simulation and experimental measurement is obtained.The influences of inclination angle and geometric parameters such as cell shape,streamwise and spanwise length are also numerically quantified.With the increment in inclination angle,the overall heat transfer rate decreases for the honeycombs with/without chimney.For honeycombs with the same void volume fraction but different cell shapes,there is little difference on the overall heat transfer rate.To enhance the natural convective heat transfer of honeycombs,these techniques including increasing the length of honeycomb in the streamwise/spanwise direction,increasing the thermal conductivity of hon-eycomb structure or adding a chimney extension may be helpful.     

微槽群表面喷雾冷却换热特性

在闭式循环喷雾冷却系统中,以蒸馏水为工质,喷雾体积通量从0.938 L/(m2·s)增至12.73 L/(m2·s)的情况下,实验研究了微槽群表面的槽道尺寸对喷雾冷却换热性能的影响.结果表明:微槽群表面可明显提升换热效果,提升程度取决于槽道尺寸和喷雾流量.小流量(1.146~1.604 L/(m2·s))时,最佳槽面结构槽深、宽、间距分别为0.5、0.4、0.6 mm;大流量(12.73 L/(m2·s))时,最佳槽面槽深、宽、间距分别为0.5、0.2、0.4 mm,在表面温度为80℃时,其热流密度达202.5 W/cm2.从光面喷雾与微通道流动换热相结合的角度,给出了微槽群表面喷雾冷却强化换热机理;推导了反映蒸发换热特性和槽道尺寸对换热影响的微槽群表面量纲一换热准则方程,可方便用于工程设计.