内环肋管道中湍流流动与换热的数值模拟

摘要：采用K-ε模型和壁面函数法对内环肋管道的湍流流动和换热进行了数值模拟．全面分析了流动特性对换热的影响，包括阻力因子和换热系数随雷诺数、肋高比和肋距比的变化关系．结果表明，努谢尔特数随雷诺数的增大近似线性增大，在肋高与管径之比为0.04～0.12，Re=20000～70000内，肋间距与管径之比为8时，阻力系数与努谢尔特数将达到最大．从而得到确定内环肋管道换热规律的重要依据．     

恒热流下湍流振荡流动与换热的数值模拟

为解决管内流体流动换热效率低及污垢沉积等问题,本文采用FLUENT6.3软件中的标准k-ε模型,对恒热流条件下圆管湍流振荡流动与换热进行了数值模拟,给出了管内流体流动的特点及区域边界条件,并对振荡流对表面传热系数和壁面切应力的影响进行对比分析。分析结果表明,当流体为非清洁水时,换热表面会有杂质沉积而形成污垢热阻,严重降低换热效率,而振荡流可以大幅增加最大壁面切应力,壁面切应力不仅会阻碍换热过程中非清洁水中杂质在换热表面的沉积,使换热设备一直保持在高效换热状态,而且还会冲击已沉积在换热表面的污垢层,使其脱落而减小污垢热阻,提高换热效率,所以振荡流在非清洁水换热过程中可以起到防除污垢的作用,提高换热过程中的换热效率,使换热设备一直保持在高效换热状态下。该研究为解决非清洁水换热过程中的污垢沉积问题提供了理论参考。     

组合式微针肋的强化换热特性

对一种组合式针肋热沉(圆形针肋阵列穿叉布置等腰直角三角形小肋热沉)的换热特性进行数值模拟研究.考察了三角小肋以不同冲角布置对微针肋通道整体换热特性的影响.计算结果表明,三角小肋布置存在一个最优化角度,即以冲角30°布置的三角小肋的组合式针肋的强化换热效果最佳,远远高于单一圆针肋热沉,但强化换热效果随雷诺数的增大而降低.     

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,笔者运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟.分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能.数值计算结果表明:光管套管换热器的总传热系数K的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好;与光管相比,在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120%,但随着Re增大,其影响逐渐减小.     

内环肋管道强化换热的场协同分析

通过对内环肋管道的湍流流动和等壁温条件下的换热进行数值模拟,以场协同理论为指导,在所研究的几何结构和计算雷诺数范围内(肋高比H／D=0．04～0．12,肋距比P／日=5～30．Re=20000～70000),分析速度场与温度场的协同性,讨论其强化换热机制,说明了对于湍流流动,场协同原理也是适用的．     

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热"死区"。     

肋片强化矩形截面螺旋通道换热特性研究

应用CFD软件研究肋片对矩形截面螺旋通道湍流换热的强化作用,基于正交螺旋坐标系分析通道内流场和温度场分布.结果表明:对于单一矩形截面螺旋通道,换热壁面中心线附近受二次流影响较弱,换热效果较差.在此处安装扰流肋片后,矩形截面中心处产生了附加的二次流.研究范围内,加装肋片后的对流换热系数α是未加装肋片的1.03~1.2倍,流动阻力系数f是未加装肋片的1.003~1.033倍;强化传热因子j在0.911~1.067之间.低雷诺数下的低高度肋片综合强化换热效果较好.     

三维湍流轿车外流场数值模拟

采用椭圆型方程生成空间网格,运用有限容积法和Ｋ ε模型计算了三维湍流轿车外流场。相应的模型试验表明,两者结果基本一致。     

三维湍流轿车外流场数值模拟

采用椭圆型方程生成空间网格,运用有限容积法和Ｋ－ε模型计算了三维湍流轿车外流场。相应的模型试验表明,两者结果基本一致。     

矩形通道内强化表面的传热研究

使用三种强化器，在矩形通道内进行受迫对流实验。整个实验是在ＲｅＤ＝２．２×１０３～６．２５×１０３范围内进行的。根据每种强化器的实验数据，关联出相应的经验公式ＮｕＤ＝ｃＲｅＦｍ，对各种强化器的强化特性进行了研究；并利用强化比ＮｕＤ／ＮｕＤ。对三种强化器的强化效果进行比较，实验结果表明：深齿强化器优于浅齿，浅齿优于孔板强化器。     

扰流柱形状对流动换热特性影响的数值研究

运用FLUENT—CFD商用软件对装有圆形、准水滴形、椭圆形和水滴形4种扰流柱叉排阵列矩形通道内的流动和换热进行了三维数值模拟,获得了通道内流场、压力场以及局部对流换热系数分布的基本特征,并对扰流柱通道的换热特性和压力损失特性进行了对比分析．计算结果表明：装有水滴形扰流柱阵列矩形通道的压力损失系数分别为前3者的44．1％、70．5％和79．8％,而恒热流壁面的平均对流换热系数相对于前3者而言分别降低了18．5％、12．4％和3．8％,压力损失降低的幅度明显高于强化换热的减弱．水滴形扰流柱是一种具有综合性能、替代常规圆形扰流柱的理想结构．     

间隔扇形凹穴型微通道流动与传热的数值模拟

用FLUENT软件模拟了三维间隔扇形凹穴型微通道流体层流流动与传热的情况,与等直径矩形微通道进行对比.结果表明:间隔扇形凹穴型微通道由于间隔段的存在降低了通道的整体压降,摩擦系数比f/f₀<1;间隔段的长度明显影响微通道的传热性能,长度越长,传热恶化效果越明显.引入强化传热因子(Nu/Nu₀)/(f/f₀)^{0.290 9},当Re>200时通道1、2的(Nu/Nu₀)/(f/f₀)^{0.290 9}均大于1,说明其综合传热性能优于矩形微通道.     

长肋散热的计算

本文结合工程实际情况,考虑到换热系数与温度的函数关系,给出了用以计算长肋散热量的公式。可供电子设备热设计时使用.     

微通道内湍流流动与换热模型的建立

根据湍流模型的理论基础及适用范围,分析在微尺度条件下,加入湍流黏性耗散的作用。利用连续性方程、动量方程和能量方程,建立雷诺时均化湍流流动模型;依据Prandtl混合长度理论,建立脉动项与时均项的微分方程;确定对流换热Nu数与比热、流体温度、摩擦系数之间的关系,推导其计算公式。     

反应堆堆芯强化通道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,对堆芯强化通道的研究较少.针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋布置和等距短肋布置的3种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;3种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.     

套管式换热器注气强化传热数值模拟

为研究注气技术强化换热的效果,采用混合模型建立了立式套管式换热器的数学模型,对不同流动状态下的注气强化换热过程进行数值模拟,基于努塞尔数对强化换热性能进行评价,比较了不同流动状态下注气速度对换热器的速度场、温度场和压降的影响。结果表明,注入气泡能够促进流场产生垂直于壁面方向的运动,提高努塞尔数并降低压降,改善了换热器的换热性能;层流时强化换热效果最好,努塞尔数最大提升102%;过渡流和湍流状态下,气泡流速大小对努塞尔数和压降变化无明显影响。     

管内插入扭带的强化传热数值模拟

为了定量研究管内插入扭带的强化传热方式,建立了以空气为传热介质的管内插入扭带强化传热的套管式换热器模型,进行了数值模拟研究,与实验结果相比较,在高Re的紊流流动状态下,得出了非常一致的结果.研究表明,扭转比越小,传热效果越好,同时摩擦阻力系数越大;流体温度越高,辐射传热的效果越明显,传热效果越好;压力对传热效果的影响包含在Re和Pr中.