不同加热方式对传热效率的影响

为解决传热系统效率低、沙层垂直温度分布不均匀问题,对具有不同加热方式的传热系统温度场进行实验与数值模拟,得出有效的能使沙体层垂直温度分布均匀的方式。设计了多种实验平台优化方案;采取多孔介质导热方程、DO辐射模型及标准k-ε湍流模型,创建3维热物理模型,将传热系统中的气固耦合问题通过有限体积方法进行了计算,对系统的温度场分布情况在不一样的边界条件基础下进行数值模拟,同时也对实验结果进行比较。通过研究得知了自然对流-多向加热明显的提高了系统的传热效率,使沙体层垂直温度分布均匀化,以及强迫对流对多向加热的系统温度变化没有明显影响。     

缩放管强化传热机理分析

应用数值模拟方法对光滑圆管与缩放管内的空气湍流对流传热在相同条件下进行了计算，对缩放管与光滑圆管内的对流传热系数、速度模量分布、径向速度分布、湍流强度的对比表明：缩放管内空气对流传热系数的提高，是近壁区域流体扰动增强产生了较大的流动径向速度与湍流强度的结果。表面传热系数、近壁区径向速度、近壁区湍流强度三者沿流向周期性变化的规律一致。缩放管强化传热的机理分析指出，强化气体传热的粗糙高度应位于流动过渡区。     

超临界二氧化碳管内湍流流动和传热的数值模拟

应用标准的k-ε模型对超临界CO2在竖直微通道管内的湍流流动和传热进行了数值模拟。采用SIMPLE算法,得到了各种条件下不同管径的速度、温度剖面分布规律以及对流换热系数h和Nu数。分析了相关参数对超临界CO2管内湍流流动和传热的影响,并将模拟结果与相关的理论和实验成果进行了比较,验证了模拟结果的正确性。     

传动装置密封环传热性能的建模研究

根据传动装置密封环的工作特点,确定密封环传热规律。以密封环、油膜和密封介质组成的传热系统为计算模型,以摩擦热为热源,研究密封环的传热特性,得到密封环导热计算的热边界条件及其计算方法,推导密封环温度分布的计算公式,通过解析建模与求解计算得到密封环的温度分布规律,研究诸因素对密封环传热性能的影响。结果表明,工作压力和转速的增加,密封环温度都呈线性增长,而内外径的温度增量却不相同。     

双电层效应对压力驱动微流体流动及传热的影响

在非对称壁面zeta电势及热通量边界条件下,研究双电层效应对平行微流道内压力驱动微流体流动及传热特性的影响.建立微流道内压力驱动流体的数学模型,双电层电势分布、流体流动及传热特性分别由Poisson-Boltzmann方程,修正的N-S方程,能量方程进行描述,对三个方程进行求解并得到微流道内电势,速度及温度分布的解析解.详细讨论动电参数、壁面zeta电势、上下壁面zeta电势比及热通量比等因素对电势场、流场、温度场及微流体传热性能的影响.结果表明,壁面zeta电势会影响微流道内电势分布,流动电势的改变会影响速度分布,进而影响微流道的温度分布与传热性能.在微尺度下,双电层效应对压力驱动流的影响很明显,与传统的无双电层效应的泊肃叶流相比,其流动及传热特性均有显著差异.     

高速电主轴水冷系统三维仿真与试验分析

以耦合传热数值计算理论为基础,应用ANSYSCFX对高速电主轴水冷系统进行了仿真与试验分析。通过改变水冷系统有限元模型的边界条件,对不同冷却水流量、工况、环境温度条件下电主轴的温升进行了对比分析。研究表明:当处于旺盛湍流阶段时,使用k-ε控制方程求解耦合传热方程是一种有效的方法;冷却水流量越大,电主轴温升越小,当冷却水流量增大到一定值时,仅依靠增大流量已不能控制温升;环境温度不是影响电主轴温升的主要因素。     

残余应力与边界条件耦合作用对H型钢柱构件承载能力的影响

H型钢构件在生产过程中将不可避免的产生残余应力,而残余应力的存在将极大地影响构件的承载能力。采用盲孔法测试了大H型钢构件的残余应力分布,根据对大型H型钢构件的残余应力测试结果在有限元模型中引入不同残余应力分布和边界条件,讨论了残余应力与边界条件耦合作用对构件承载能力的影响。结果表明对于不同的边界条件和残余应力分布,H型钢柱构件的承载能力表现出不同的敏感性,该结果对H型钢结构设计具有一定的指导作用。     

一种新型仿生翅片及其对流体流动与传热影响

研究板翅换热器翅片结构对流体流动以及传热影响,结合鲨鱼鳃型结构,提出一种鲨鳃型强化传热翅片。该翅片的主要作用在于增大流体流动过程中的湍流效应,改变同层翅片不同流道内流体的流动方向,促进不同流道内流体穿梭流动,降低换热器同层翅片相同截面流体温差,提升换热器的传热效果。通过改变鲨鳃型翅片开口上翘角度α、开口大小s,分别研究12种工况下换热器内部温度场、速度场、压力场以及湍流场的变化特性,得出新型翅片结构下板翅换热器内流体速度、温度、压力以及湍流强度分布。从分析结果中可看出,s=1 mm换热器内流体速度变化最大达到47.38%,温度变化达0.7℃/m,换热器流道内湍流强度达0.816%。α=10°流体湍流强度达到3.162%,温度差值最大达到1℃/m。分析结果表明翅片开口大小s对流体流场的影响要强于上翘角度α,对温度场变化的影响则要弱于翅片上翘角度α,翅片开口角度对换热器内速度与压强影响不大。     

基于无网格法的正交各向异性结构传热分析

利用无网格伽辽金法(EFG)建立了正交各向异性结构的传热计算模型,采用罚函数法处理Dirichlet边界条件,通过正交各向异性方板验证了该传热计算模型和MATLAB程序的正确性,并讨论了正交各向异性结构温度场的对称性及在不同各向异性因子传热问题中权函数对EFG法温度场计算精度的影响。结果表明,在正交各向异性结构中,当几何形状、热源分布及边界条件均为中心对称时,温度场关于中心点旋转对称但可旋转角少于各向同性结构,而且EFG法的温度计算精度高于同节点分布下的有限元解;各种权函数中,正交各向异性因子越小,计算误差越大,三次样条、抛物线及四次样条权函数均有较高的计算精度且稳定性好,建议优先选择。     

基于单元流道模型的三叶孔板换热器热力性能研究

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。建立了三叶孔板换热器壳单元流道模型,利用商用软件FLUENT 14.0及三种湍流模型对换热器壳程流体流动及传热性能进行数值模拟,通过与试验对比优选了湍流模型。分析了其壳程流体流场和温度场的分布情况及支撑板间距、三叶孔孔高等结构参数对三叶孔板换热器传热和阻力性能的影响。在此基础上,进一步与整体模型的计算结果进行了比较。结果表明:采用可实现k-ε湍流模型的计算结果更为准确;壳程努赛尔数和阻力因子随支撑板间距和开孔高度的增大而减小;综合考虑相关因素,单元流道模型是研究纵流壳程换热器传热与阻力性能的一种可行且高效的模型和方法。     

A naphthalene sublimation study on heat/mass transfer for flow over a flat plate

It is important to completely understand heat/mass transfer from a flat plate because it is a basic element of heat/mass transfer. In the present study, local heat/mass transfer coefficient is obtained for two flow conditions to investigate the effect of boundary layer using the naphthalene sublimation technique. Obtained local heat/mass transfer coefficient is converted to dimensionless parameters such as Sherwood number, Stanton number and Colburnj-factor. These also are compared with correlations of laminar and turbulent heat/mass transfer from a flat plate. According to experimental results, local Sherwood number and local Stanton number are in much better agreement with the correlation of turbulent region rather than laminar region, which means analogy between heat/mass transfer and momentum transfer is more suitable for turbulent boundary layer. But average Sherwood number and average Colburnj-factor representing analogy between heat/mass transfer and momentum transfer are consistent with the correlation of laminar boundary layer as well as turbulent boundary layer.     

一种低流阻表面的流动与传热特性

采用数值模拟方法对流体在有圆孔表面的流动及传热特性进行研究。研究中分别对四种不同的工况进行数值模拟。数值模拟结果所得换热面努塞尔数Nu与采用迪图斯—波尔特(Dittus-Boelter)公式计算所得Nu数进行比较,计算误差均小于5%。研究结果表明,在四种工况下,圆孔表面由于圆孔的存在改变其表面附近流动边界层的流动结构,使得边界层内垂直于壁面的法向速度梯度变小,进而使得边界层厚度增加,且由于圆孔表面下方流体可吸收部分来自边界层以外的动量传递,降低壁面附近的湍流扰动,从而减少损耗,达到明显的减阻效果。计算结果显示:四种工况下圆孔表面的存在使得流动均有不同程度的减阻效果,四种工况中减阻效果最大可达14%;但是随着流动减阻效果的改善,圆孔表面的换热性能均有所降低。     

热态轴类含空洞锻件内部温度场分布

热态轴类锻件内部温度场分布特征对锻件内部空洞检测起着重大作用。针对该问题,在传热学理论的基础上建立了热态轴类含空洞锻件的二维非稳态传热模型。首先利用集总参数法获得该模型的内部边界条件。然后通过红外热像仪采集得到该模型的初始温度条件,结合分离变量法求解该模型,从而获得含空洞锻件的内部温度场分布。最后通过实验分析了不同空洞尺寸条件下锻件内部温度场的分布特征。     

钢管控制冷却物理模拟平台的建立及传热边界条件的确定

目前关于钢管控制冷却的研究没有专门针对其关键问题传热边界条件进行深入分析。为此基于钢管热机械控制工艺实际,建立钢管控制冷却全尺寸物理模拟平台,测定28CrMoVNiRE油井管在水量11.4 L/min、气压0.2 MPa,水量11.4 L/min、气压0.3 MPa和水量18.0 L/min、气压0.3 MPa三种不同气雾控制冷却条件下的冷却曲线,通过反传热法计算钢管表面的热流密度和换热系数,分析钢管在气雾控制冷却条件下的传热边界条件。结果表明,影响钢管气雾控制冷却传热的关键因素是气水混合比,其最佳值为6～7;换热系数随温差ΔT的下降依次经历高温慢速增加阶段、中温稳定阶段和低温快速增加阶段。采用有限元正算法,验证了反传热计算结果的可靠性。钢管控制冷却后细化的微观组织验证了气雾控制冷却物理模拟技术的可行性。钢管控制冷却传热边界条件的确定对于实现钢管在线气雾控制冷却工艺具有重要的指导意义。     

内置扭带换热管三维流动与传热数值模拟

对自转扭带换热管内流体的运动进行了分析,根据流体在自转扭带管内的切向运动特点,提出将自转扭带等效虚拟于静止扭带的思路。建立内置螺旋扭带换热管流体流动的三维物理模型,采用大型CFD软件FLUENT6.0中的RNG k-ε模型对内置扭带换热管内的流动与传热进行了数值模拟,得到了内置扭带换热管流体流动的速度、压力、湍流强度场分布规律及传热特性。比较了静止、旋转及旋转等效虚拟静止扭带换热管的传热和阻力降特性,分析了不同螺距对强化传热和阻力降的影响。速度场的模拟值与激光测速仪试验值进行了比较,二者吻合较好。     

微型风扇出口速度分布及其对散热的影响

对两种不同型号微型风扇出口速度进行了测量,并对这两种型号风扇出口速度分布进行了比较。在此基础上,对散热器散热量进行了计算,得到了散热器出口的空气温度分布,并比较了采用两种微型风扇时散热器的散热量,以及相同空气流量、不同空气入口速度分布条件下散热器的散热量。计算结果表明,在相同空气流量条件下,均匀的速度分布有助于提高散热器的散热量。     

车用小通道平行流换热器传热流动试验与分析

小通道平行流换热器是燃料电池汽车的主要散热部件。吸收了电堆废热的冷却液(50%乙二醇溶液),流过小通道换热管,由换热器外侧空气冷却。在进液温度、进风温度、冷却液流量以及风速变化的试验工况下,测试了换热器的传热流动性能。引入量纲一参数k,评估了各工况参数对换热量、阻力影响的强弱。接着,分析液侧努谢尔数Nu和摩阻系数f随雷诺数Re的变化趋势,结果显示:在小通道内(当量直径D=2.685 mm),冷却液从层流到湍流的转浪点Re_c=1 750,介于微尺度与常规尺度的临界值之间。在此基础上,通过多元回归法,拟合得到层流和湍流的液侧换热系数,摩阻系数的关联式,以及空气侧阻力f_a公式。Nu和f的计算值与试验值误差分别在[-7.06%,5.93%]和[-3.95%,4.11%]内,f_a的误差在[-2.22%,3.62%]内。基于这些关联式,建立数学模型,可在广泛多变的运行条件下,对换热器的运行性能进行理论预测和评估。     

An experimental study on heat transfer characteristics with turbulent swirling flow using uniform heat flux in a cylindrical annuli

An experimental study was performed to investigate heat transfer characteristics of turbulent swirling flow in an axisymmetric annuli. The static pressure, the local flow temperature, and the wall temperature with decaying swirl were measured by using tangential inlet conditions and the friction factor and the local Nusselt number were calculated for Re=30000-70000. The local Nusselt number was compared with that obtained from the Dittus-Boelter equation with swirl and without swirl. The results showed that the swirl enhances the heat transfer at the inlet and the outlet of the test tube.     

The effect of cooling conditions on convective heat transfer and flow in a steam-cooled ribbed duct

This work presents a numerical and experimental investigation on the heat transfer and turbulent flow of cooling steam in a rectangular duct with 90° ribs and studies the effect of cooling conditions on the heat transfer augmentation of steam. In the calculation, the variation range of Reynolds is from 10,000 to 190,000, the inlet temperature varies from 300°C to 500°C and the outlet pressure is from 0.5MPa to 6MPa. The aforementioned wide ranges of flow parameters cover the actual operating condition of coolant used in the gas turbine blades. The computations are carried with four turbulence models (the standard k-?, the renormalized group (RNG) k-?, the Launder-Reece-Rodi (LRR) and the Speziale-Sarkar-Gatski (SSG) turbulence models). The comparison of numerical and experimental results reveals that the SSG turbulence model is suitable for steam flow in the ribbed duct. Therefore, adopting the conjugate calculation technique, further study on the steam heat transfer and flow characteristics is performed with SSG turbulence model. The results show that the variation of cooling condition strongly impacts the forced convection heat transfer of steam in the ribbed duct. The cooling supply condition of a relative low temperature and medium pressure could bring a considerable advantage on steam thermal enhancement. In addition, comparing the heat transfer level between steam flow and air flow, the performance advantage of using steam is also influenced by the cooling supply condition. Changing Reynolds number has little effect on the performance superiority of steam cooling. Increasing pressure would strengthen the advantage, but increasing temperature gives an opposite result.