0.5 mm毛细管内气-液Taylor流动换热数值研究

采用移动计算域方法研究0.5 mm毛细管内充分发展的气液Taylor流动换热特性,分析了Taylor气泡的形状、压降与换热特性。结果表明,随着入口Reynolds数Re的增大,气泡尾部的不稳定区域增大,液膜厚度逐渐增大,气泡长度变长;随着气泡体积分数ξ_g的增大,气泡形状基本不变而长度逐渐增大。阻力因子f随Re、ξ_g增大而降低,两相阻力系数高于单相的情况。平均Nusselt数Nu_tp随Re增大而增大,增大趋势逐渐降低;随ξ_g增大而线性降低。Taylor流的Nu_tp为单相的1.2～3倍,强化换热效果。     

横流环境中压电风扇耦合射流流动换热特性

利用激光多普勒测振仪分别测定攻角和横流速度对压电风扇振幅的影响。基于相应的振动测试结果利用动网格技术对横流环境中不同安装角度下压电风扇冷却加热壁面的三维非定常流动和传热特性进行了数值模拟,同时应用红外热像仪对相同横流条件工况下加热表面的局部对流传热系数分布进行了测量。研究结果显示,攻角为90°时,作用在风扇上的气动载荷最小,风扇振幅最大,而随着攻角的减小风扇振幅也逐渐减小;安装角为90°时,压电风扇振动以及横流作用所诱导形成的耦合涡结构冲击加热表面,并在下游区域具有明显的脱落、破碎过程,对于叶尖包络区对应的壁面局部对流换热有显著的强化作用,此时风扇耦合换热性能最强,高于45°和135° 2倍以上;且时均对流传热系数的实验结果与数值模拟具有良好的一致性。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

圆管平板-波纹翅片管换热器空气侧流动换热特性的数值模拟

应用软件Fluent对冷凝器常用的平片和波纹翅片管换热器空气侧流动与换热过程进行三维数值模拟.采用求解压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE)进行迭代计算求解,对平板翅片,均匀波纹翅片和前平板-后波纹翅片三种模型,对进口流速在0.5-5m/s(雷诺数范围140.5～1405)时分别进行了计算,获得所需截面上的场分布图,给出了换热量、压降、单位压降换热量和单位泵功换热量随空气流速变化关系曲线以及拟合努塞尔数、阻力系数和雷诺数之间的对数关系曲线.根据各参数等值线分布图,拟合曲线图,对三种翅片进行对比分析,得到各翅片的流动和换热规律.总之,波纹翅片的传热性能远高于平板翅片,但相应的阻力损失也较大;均匀波纹翅片努塞尔数最大,换热效果最好.     

内置螺旋弹簧换热管内流动与传热三维数值模拟

为研究内置螺旋弹簧换热管单管强化传热原理,采用Fluent软件对内置螺旋弹簧换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟,考察了弹簧的应用对管内流场、压降和换热性能的影响,并分别取螺旋弹簧节距p分别为2 mm、4 mm、5 mm初步研究了弹簧的节距对强化传热效果的影响。模拟结果显示：弹簧管内流体呈螺旋流动状态,管壁附近流体切向速度和径向速度有一定程度的提高,从而加剧了管内流体的混合及边界层的扰动,充分换热,弹簧管进出口温度差较光管有所增加,最高增加了0.9 ℃;相同雷诺数条件下,内置螺旋弹簧换热管Nu数均高于光管,而压降和阻力系数相比光管有明显增加,随着弹簧节距减小换热增强而摩擦阻力系数增加。     

振动特性对中空纤维膜组件管外传质的影响

为提高中空纤维膜组件的传质效率,减轻浓差极化,运用计算流体力学软件Fluent动网格技术,以含氧水的除氧过程为研究对象,研究了振动特性对中空纤维膜组件管外传质的影响。研究结果表明:与静止的工况相比,振动能够使流体产生二次流,使得流动从层流转化为紊流,增强流体与膜组件以及中空纤维管壁面的碰撞,极大程度地减轻浓差极化现象,进而强化传质;随着振动频率和振幅的增大,膜组件出口处氧质量浓度降低,水中氧的清除率增大,传质效果变好;一定条件下振动工况比静止工况氧的清除率最高可以提高144%,固定振幅为6 mm振动频率从2.5 Hz增加到10 Hz时清除率提高76%;固定频率为2.5 Hz振幅由2 mm增加到6 mm时清除率提高10%,增大振动频率对于强化传质的效果要好于增大振幅。研究结果可以为实际的工程应用提供理论指导。     

基于数值模拟的波纹换热管道流动分析

本文采用Fluent数值模拟软件,对水-油换热器管道的流动特性进行模拟。从速度分布、速度矢量、湍动能、温度分布、强化传热特性分析等方面分析波纹管的流动特性,并与光滑圆管进行对比。结果表明,相比于圆管,波纹管内流体的出口温度和换热量均有较大提高,波纹管的出口总热量比光滑圆管提高35%。     

湍流降膜吸收过程的数值解

在前已建立的湍流降膜吸收模型[1] 基础上 ,进一步进行数值模拟 ,并利用所得结果对各传递现象的控制参量进行讨论 ,结果发现在湍流降膜吸收过程中 ,新控制参量Pe数对吸收过程具有决定性的控制作用 ,Pe数越大 ,传热对动量和质量传递的影响越强。     

内插自振弹簧换热管流动与传热特性的数值模拟

对9种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的换热及其阻力特性进行了数值模拟。结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流的作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管比光管的强化传热综合性能Nu/ξ1/3提高了1.03～3.21倍。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能均优于光管。     

结垢对管壳式换热器流动换热影响研究

针对管壳式换热器结垢中涉及到的传热问题,建立了管壳式换热器三维的简化数理模型,采用有限体积法结合壁面函数法对管壳式换热器内流动传热过程进行数值模拟。研究结果表明,污垢量对管壳式换热器内流动传热过程影响较大,结垢量增加,结垢侧进出口压降增加,换热性能降低。     

过冷降膜的换热特性和破断条件

本文在实验观测的基础上对垂直降膜的换热情性和破断临界现象进行了简化分析.据此整理实验数据,给出正常液膜和接近破断临界时的液膜对流换热努塞尔数综合关系式以及破断准则数综合关系式.     

方形微通道内超临界CO2流动换热特性研究

采用SST k-ω湍流模型对加热条件下超临界CO₂在方形微通道内的流动换热特性进行了数值模拟。通过对比三种壁面平均传热系数、浮升力参数和二次流强度的沿程变化研究了管型、热通量、质量流量和倾斜角度对微通道内流动换热性能的影响。结果表明：水平方形微通道的整体换热性能优于相同水力直径的半圆形微通道。流体域典型截面的温度分布、速度分布和湍动能分布等信息可以很好地解释水平方向流动时上、下壁面传热差异的现象。减小热通量、增大质量流量或减小流体流动方向与重力方向之间的夹角,可提高方形微通道的整体换热水平。该模拟结果对以超临界CO₂为工质的微通道换热器的设计和优化具有一定的理论指导意义。     

印刷电路板式换热器内超临界甲烷流动换热特性模拟

印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger,PCHE）作为一种新型高效微通道换热器,将其应用在LNG浮式储存与气化装置（FSRU）上具有非常大的潜力。对超临界甲烷在PCHE通道中的流动和传热特性进行了数值模拟,结果表明：传热系数随温度先增大后减小,并在准临界温度（202～212 K）处达到峰值;压降随温度先保持不变,然后在准临界温度附近急剧上升,之后随温度增大的趋势变缓;当温度在准临界温度附近时,低质流密度下增大热通量会恶化传热;不同压力下传热系数均在准临界温度处达到峰值;温度低于准临界温度时,压力对压降的影响可以忽略,温度高于准临界温度时,压降随压力增大而显著降低;压力由6.4M Pa提高到8.5 MPa时,传热最大降低32.5%,压降最大降低28.5%;开发的换热和压降关联式平均误差分别为5.6%和4.2%。     

梅花形孔板换热器壳程流动与换热特性模拟

换热器是化工生产的重要设备之一,为了解决传统的弓形折流板换热器存在压降过大和换热效率低的问题,设计了一种新型的梅花形孔板换热器。针对使用简化模型进行模拟研究的局限性,构建了梅花形孔板换热器壳程全三维模型。采用CFX模拟比较了梅花形孔板换热器与弓形折流板换热器壳程的流动换热特性,并进一步研究了孔板间距与换热器性能的相关性,得到了换热管外表面平均对流换热系数h,以及壳程压降Δp随雷诺数Re变化的规律。研究结果表明:梅花形孔板换热器可以有效消除折流板换热器中存在的流动死区并减少壳程压降,同时孔板处流体形成射流破坏流动边界层,强化换热。在模拟雷诺数范围内,孔板换热器的综合性能参数h/Δp相比折流板换热器平均高约12%;相同雷诺数下孔板间距越大换热器综合性能越高。     

螺旋扁管换热器流动与强化换热性能数值分析

采用数值模拟方法研究了螺旋扁管换热器节能效率。通过对相同工况和相同结构的光滑直管换热器和螺旋扁管换热器进行比较,得出螺旋扁管换热器的压力、速度、温度分布情况均优于光滑直管换热器。对三种工况下冷却水流量与壳程介质进出口流体平均温差的关系进行了研究,结果表明,单位时间内,同工况下的螺旋扁管换热器比光滑直管换热器可节省约20%的冷却水。     

内插旋流片的管内流动与换热的数值模拟

通过数值模拟,详细考察了光管内间隔插有旋转角为270.°、旋流角为38.1°旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同,并对4种旋流片的场协同数进行了比较。结果表明,在同样Reynolds数下,根据场协同数的大小来排列的旋流片类型依次为270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3,且与传热性能高低排列是一致的。通过改善速度场与温度梯度场的协同程度是提高换热性能的一个有效手段,且内插旋流片能有效地改善速度场与温度梯度场的协同程度从而提高换热性能。     

相变微胶囊悬浮液圆管内换热特性模拟

相变微胶囊悬浮液在相变过程中具有较大的相变潜热,可以减小温度的变化程度,且比单相流体具有更高的对流换热系数,成为广泛关注的新型热工流体。本文针对相变微胶囊悬浮液在等热流边界条件下的管内层流,根据差示扫描量热法所得到的相变温度范围,采用矩形等效比热容模型,进行了数值模拟分析,并结合以溴代十六烷为相变材料的相变微胶囊悬浮液的实验数据,将数值模拟结果与实验结果对比并进行误差分析。又对在不同质量分数、不同热流密度条件下的对流换热进行研究,分析了不同参数对对流换热强度的影响。并通过拟合得到了相变微胶囊悬浮液圆管内对流换热关联式。然后改变管径、流速条件重新模拟验证该关联式的通用性,其结果表明模拟结果与预测公式高度吻合,该关联式的通用性较好。     

溴化锂溶液垂直降膜过程中流动与传热的数值模拟

采用流体体积(VOF)法捕捉自由界面,并应用连续表而力(CSF)模型,建立了垂直降膜波动模型,研究了溴化锂溶液垂直降膜过程中的波动过程,根据波动模型得到的界面信息,建立了以波速为动坐标系的固定界面传热模型,同时考察了波动对传热的影响,并建立了垂直降膜波动模型和固定界面传热模型.结果表明:一定入口频率的扰动发展为孤波和毛...     

颗粒外掠含不同掺混单元平板的流动换热特性

为了提高板壳式换热器的换热性能,通过离散元法研究了平面、梯形、椭圆形、梯形+椭圆形和三角形掺混单元对颗粒流动和换热的影响。研究表明：平面的掺混率几乎为零,梯形掺混单元的掺混率最高。颗粒在绕过除平面外的掺混单元时,温度边界层被破坏,并在掺混单元下游区域重新发展。在掺混单元上游区域,掺混单元对颗粒运动有阻碍作用,阻碍作用越大接触热阻越小。颗粒在梯形掺混单元下游的特征速度最大,入口平均温度最高。梯形掺混单元的掺混效率最高。在掺混单元下游区域,梯形、椭圆形、梯形+椭圆形和三角形掺混单元的传热系数显著大于平面(平均增加41.5%、31.5%、28.9%和25.3%)。相比其他掺混单元,颗粒外掠梯形掺混单元的流动换热特性最好。     

自由降膜传热传质数值模拟技术应用进展

自由降膜过程在许多工业领域，特别是在石油化工工业中有着非常广泛的应用。近年来，随着计算机技术的发展，研究人员采用理论分析、数值模拟和实验相结合的技术手段，对降膜传热传质过程进行了深入的研究，为优化降膜传热传质过程和新型设备的开发提供了理论基础。