规则间隙内置扭带管的强化传热特性研究

圆管内置扭带能大大强化管内传热,利用周期边界对规则间隙扭带的6种结构形式采用CFD方法进行了研究,比较了各结构下管内传热能力Nu、阻力因子f、流动传热增强因子(f/f0、Nu/Nu0)和综合性能η。结果表明:扭带提高了管内流速,使高速区向壁面靠近,形成径向旋流冲刷管壁减薄边界层;规则间隙扭带加速了流体的扰动,使之形成间歇式的混合与分离;内置扭带结构的Nu/Nu0随Re增大成指数规律减小,最小值大于2.5;交替排列正反旋向扭带提升了Nu,但也使f/f0大幅升高,不同结构的f/f0变化规律各异,综合性能表明s=1的内置扭带总体性能最优。根据数值模拟结果拟合出了各结构流动传热关联式。     

一次表面回热器通道流动阻力与传热增强因子的确定

基于一次表面回热器(PSR)通道的独特构型,提出可以引入增强因子fξ和fk的概念来直观描述PSR通道的复杂流动和传热特点.对典型50 kW微型燃机20:1 PSR缩比实验件的流动和传热特性进行了测定.根据这种先进热交换器固有的结构和流动特点--冷、热通道的湿边周长lc=lh,冷、热通道的质量流量Gc≈Gh以及流动Reh≈Rec,获得层流下PSR的fξ和fk随流动Re变化的经验计算式.联立增强因子fξ和fk以及已有的小当量直径de≈1 mm通道层流阻力和换热关系式,可以方便地计算PSR的流动和对流换热规律,进而获得PSR的传热系数k,最后快捷完成新型间壁式PSR的热设计分析工作.     

空冷凝汽器椭圆翅片椭圆管束外空气的流动与传热特性

研究空冷凝汽器椭圆翅片椭圆管管束外空气的流动与传热特性,对火电站空冷岛的设计与运行具有重要意义.通过CFD模拟,获得了椭圆翅片椭圆管管束外冷却空气的流场和温度场,计算得到了空冷凝汽器冷却空气对流换热平均Nu和摩擦系数f随Re的变化规律,并采用最小二乘法拟合得到了相应的关联式.结果表明:随冷却空气流动Re的增大,Nu增大,f减小.     

圆管内置涡流发生器强化传热数值模拟

恒壁温条件下,采用RNG k-ε湍流模型的增强壁面处理(EWT),对圆管内置一种新涡流发生器雷诺数(Re)在25953～51906范围内的流体流动及传热特性进行数值模拟。通过计算努塞尔数(Nu)、摩擦阻力系数(f)与综合性能评价指标(PEC),分析涡流发生器的强化传热性能;得到横截面速度场、温度场及流线图分析强化传热形成原因。结果表明:同一Re,涡流发生器数量越多Nu越大、偏心安装Nu大于中心安装、顺置安装Nu大于倒置安装,同时考虑压力损失,发现偏心安装具有最优的强化传热性能;在涡流发生器附近,流体流速变大,同时涡流发生器产生2层旋流和涡流对壁面形成冲刷作用,破坏传热边界层,并使壁面不易结垢,达到强化传热和自清洁的双重效果。     

螺旋管内水和蒸汽局部传热特性研究

以高温气冷堆蒸发器为背景,采用FLUENT软件模拟了单相水和蒸汽在不同尺寸螺旋管内部的流动和传热过程,研究了壁面局部传热特性。计算结果表明,远离螺旋中心线一侧局部传热较强而靠近螺旋中心线一侧传热较弱,壁面Nu周向分布非常不均匀。管径与螺旋直径之比是主要影响因素,当其值增大时截面温度极值点向螺旋中心线外侧移动,加剧了温度分布和Nu分布的不均匀性。在层流向湍流过渡区内,Re的增大使截面各点温度梯度均有所增加,同时也增大了Nu周向分布的不均匀程度,但在旺盛湍流区内Re对Nu分布无明显影响。壁面热边界条件形式对局部Nu周向分布没有显著影响。给出了局部Nu的估算式。     

等温热源微通道单相液体层流换热特性

对Dh=0.82mm的矩形微通道阵列内等温热源作用下层流传热特性进行了实验和数值模拟。实验中使用常温自来水提供等温热源。微通道流体流动雷诺数Re=100～900,传热温差50K,将所得数据与常规尺度均匀壁温加热下N-S方程的数值解法结果进行对比。结果表明,在Re300时,Nu数随着Re数的增加而增加;而在Re350时,实验所得Nu数近似为常数。将发展入口条件的数值模拟结果与实验结果比较,前者比后者高7.2%。     

叉排板束换热器传热特性数值研究

为提高换热器的传热性能,设计了叉排板束换热器,利用Fluent软件中的RNG k-ε模型数值研究了叉排板束的传热特性。分析了叉排板束排数对于整体Nu的影响以及板束的局部传热特性,比较了不同横纵比对整体Nu的影响,并给出不同Re下叉排板束的Nu经验公式。实验结果表明：叉排板束整体传热性能随板排数的增多而增强,当达到一定排数后传热性能趋于稳定,不同Re下趋于稳定的排数不同,当Re=4.3×105时进入稳定阶段需13排,当Re=4.3×103时进入稳定阶段仅需7排;叉排板束局部传热性能在各板排中先增大后减小,在第2~4排局部Nu达到峰值,板的局部传热性能在两个直角处以及撞击点位置大大增强;板束在横纵比为5时传热性能最佳,横纵比大于或小于5时,传热性能均会减弱;给出Re在1~500,500~1 000,1 000~200 000范围内板束整体Nu拟合公式,当Re>30 000时,与叉排圆管束相比,叉排板束传热性能提高25%     

扰流肋柱在流动方向排列密度对矩形通道表面传热影响的数值研究

运用数值计算的方法将流动方向扰流圆柱排列密度对涡轮叶片尾缘冷却通道中流动传热的影响进行了三维数值研究。研究了流动雷诺数、流动方向圆柱排列密度对肋柱扰流矩形通道表面传热影响的规律。计算结果表明:在研究范围内,肋柱表面的平均Nu均随着Re的增大而增大。在Re相同的情况下,随X/D取值的增大,肋柱表面平均Nu有所减小。Nu在通道进口附近逐渐增加,然后达到充分发展值。传热在迎向流动方向的圆柱侧较强,在流动向背侧表面传热较弱。沿圆柱高度方向在中部传热较强。     

管内插入扭带及螺旋线圈的传热与阻力特性实验研究

实验研究了以空气为工质的管内插入扭带与螺旋线圈的传热与阻力特性,在3000相似文献   

管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响

为了获得管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响规律,对5种不同翅片管换热器进行了数值模拟研究,并进行了模化试验验证。结果表明:开缝翅片管束的传热和阻力特性与翅片侧气体的Re数有关,随着Re数增大,翅片侧Nu数增大,摩擦因子f逐渐减小;纵向间距S2对开缝翅片管换热器的综合流动传热性能的影响较大。数值模拟与试验结果偏差较小,采用数值模拟方法能够比较准确地分析开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。     

锥形内肋管传热与流阻性能的数值模拟

根据纵向涡强化传热技术提出了新型的强化换热管——锥形内肋管,运用数值模拟方法,研究了新型强化换热管结构参数锥底宽度a、导程P、肋深e和Re数对Nu、沿程阻力系数f及传热综合因子η的影响。结果表明：换热管内壁面边缘处产生了较多的微小涡流,有效破坏了流动边界层,强化了传热。在充分湍流的条件下,流体Re越小、e越小,其综合传热性能越强。当Re<15 000时,a对η的影响要大于P;在过渡点后, P对η影响较大。通过综合传热性能分析,给出了适合不同Re区间的锥形内肋优化参数。     

高度与节距对波纹板性能影响的数值研究

利用Fluent软件,在波纹板基本尺寸给定的情况下,对高度与节距比值不同的波纹板流动与换热进行数值研究,分析高度与节距比值h/s和雷诺数(Re)对板外空气侧换热和流动的影响。结果表明:在计算的Re数范围内,随着Re数的增加,努谢尔特数(Nu)逐渐增加,阻力系数(f)先增后减;就波纹板效率而言,h/s=0.5时波纹板的效率最高。     

平直翅片换热器空气侧换热与阻力特性研究

以平直翅片管式换热器为研究对象,利用计算流体力学(CFD)软件进行流动与传热模拟计算。采用正交试验方法确定模型工况,对换热负荷15 kW,设计气温30℃,入口风速为1～5 m/s,管壁温度为40～60℃,翅片间距为1～5mm、翅片厚度0.5～4 mm、管纵向间距为0.5～2.5倍外管径,管排数为1～5排的计算工况进行努塞尔数、阻力因子的计算分析。参数敏感性分析结果表明:在1 mm≤翅片间距δ≤5 mm,444≤雷诺数Re≤3 405时,翅片间距δ是对努塞尔数Nu及阻力因子f影响最大的结构参数。在该范围内提出了由翅片间距与特征长度比值组成的无量纲参数对努塞尔数Nu与阻力因子f的计算关联式。该关联式参数图表明:翅片间距δ越小、雷诺数Re越大,对提高平直翅片努塞尔数、降低阻力因子越有利。     

CC型通道波纹相对节距对流动与换热特性的影响

在三维空间上对CC(Crosscorrugated)型原表面换热器通道内流体的流动与换热特性进行了数值模拟。通道表面为正弦型曲面,上、下波纹板交错角固定为60°,节距与高度的比P/H取值范围为1.5~4.0。结果表明:当雷诺数Re约大于100后,各通道在中平面处产生的旋涡所形成的螺旋型自由剪切层开始变得不稳定,加强了流体间的混合;Re在约100~500的范围内,随P/H的增大,阻力系数f和平均努谢尔特数Nu增加,当Re继续增加(约大于2000)时,以P/H=2.2为界,P/H对f及Nu的影响呈相反的趋势变化;在适中的Re范围内,不同表面均可获得较好的表面性能,且随P/H的增大,获得最佳表面性能的Re减小。图12参8     

矩形翅片椭圆管气侧流动与换热规律的数值研究

利用Fluent软件,在矩形翅片椭圆管尺寸给定的情况下,对椭圆基管偏移位置不同的椭圆矩形翅片管外空气侧层流流动与换热进行数值研究,分析偏置距离与椭圆管短轴半径之比Δx/b和雷诺数(Re)对翅片管空气侧换热和流动的影响。结果表明:在计算的Re数范围内,随着Re数的增加,努谢尔特数(Nu)逐渐增加,阻力系数(f)变化不明显;Δx/b=0.5的翅片管(Nu)数比Δx/b=-0.5的翅片管增大约4.83%~8.7%,Δx/b=0.5的翅片管外空气侧阻力系数比Δx/b=-0.5的翅片管增加约4.3%。就翅片效率而言,Δx/b=-0.5时翅片的效率最高。     

高粘度流体横掠麻面管的传热与流动特性研究

采用三维数值模拟方法,研究不同Re(381、572、763、954、1144)下凹坑直径d(1.8、2.0和2.2 mm)、深度h(0.9、1.0和1.1 mm)、轴向距离p(10、12和14 mm)、周向距离l(5.236、6.283和7.854 mm)与布置型式(叉排、顺排)对高粘度润滑油横掠麻面管流动与传热的影响。结果表明:外壁周期性凹坑的存在使得麻面管油侧换热增强,同时减阻效果明显;相比于光管,当Re=381～1 144时,麻面管油侧Nu增加了28.6%～55.4%,阻力系数f减小了0.59%～26.9%,综合换热性能指标η为1.05～1.59。     

空气外掠波纹管束强化传热规律数值计算

采用低雷诺数湍流数值模型,对空气外掠8排波纹管束及光管管束的流动与传热性能进行了数值模拟,通过比较分析探讨了波纹管束强化传热机理.研究表明,波纹管束由于波纹凸起的存在,导致流场横截面内产生了二次纵向涡流.增强了流体的扰动及其湍动能,从而起到了传热强化作用.通过数值计算分析了波纹管束的几何参数对其流动与传热性能的影响规律,计算表明:存在一个临界雷诺数Recr =8000,当Re Recr时,传热因子η随着参数ξ的降低而增加;在所研究的雷诺数范围内,适当降低参数ξ取值及提高参数ψ取值有利于改善波纹管束的综合传热性能.     

脉动流场对波壁管内流体的传热及阻力的影响

为了解决换热器、发动机等设备热质传递效率低的问题,采用数值模拟和实验相结合的方法,入口速度设为具有正弦脉动特点的非定常边界、流体温度设为348 K;出口速度设为自由出口、壁面温度设为298 K、忽略管壁传热热阻;对Re=600时波壁管内流体的传热和阻力特性进行研究,分析了不同时刻管内流体的速度场和温度场,以及努塞尔数Nu和摩擦系数的变化规律,将定常和脉动流场下流体的传热及流动特性进行了对比。结果表明:脉动流场下波壁管内流体的换热效果较定常流场差异明显,在振动分率P=1.5,斯德鲁哈尔数St=2.8时,脉动流场较定常流场的Nu增幅达34%,而在P=0.5,Re=400时,脉动流场较定常流场的Nu增幅达55%;脉动流动下,摩擦系数呈现正弦规律;在瞬时雷诺数Re时,脉动流场下的平均摩擦系数与定常流场相比差别不大,但瞬时摩擦系数差异显著。     

除湿条件下波纹通道内对流传热传质的数值研究

通过数值计算对紧凑换热器一种波纹翅片通道内除湿条件下周期性充分发展的对流传热传质情况进行数值研究。计算采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法,湿空气流动Re数的范围为100～1100,Pr数为0.71,Sc数为0.61。讨论了不同波纹高度、波纹间距对阻力与换热的影响,给出了不同Re数下的浓度场,并对动量、传热及传质进行了定量比较分析。计算结果表明,整体Nu数及fRe数随着波纹高度的增加或波纹间距的减小而增加;浓度随着Re数的增加沿着流动方向迅速降低;计算能较好的满足Chilton-Colburn相似,表明传热特性均可类推到传质特性中去。     

热流对考虑自然对流吸热管内熔盐对流传热影响

以熔盐为传热工质,对考虑自然对流条件下吸热管内熔盐的流动与传热进行了数值研究。结果表明:均匀热流下自然对流促进管内下侧和熔盐向管中心流动,弱化管内上侧熔盐向管中心流动;吸热管内下侧Nu数大于上侧Nu数,管内最大Nu数出现在底部,最小Nu数出现在顶部,吸热管内下侧Nu数与上侧Nu数的差值随着Re数增大而减小,但其平均Nu数变化较小,且其平均Nu数与不考虑自然对流影响的管内平均Nu数基本相等。非均匀热流下吸热管加热的上下位置对吸热管内单侧Nu数影响较大,但对平均Nu数无影响。同一Re数,吸热管上侧Nu数随着热流增高而最小。