Cu-水纳米流体对流换热特性研究

建立了测量纳米流体流动与对流换热性能的实验系统,探讨了不同pH值、分散剂浓度和纳米粒子质量分数对Cu-水纳米流体对流换热性能的影响。结果表明:pH值对Cu-水纳米流体对流换热系数的影响较小,这个现象启发了我们将纳米流体应用到未来工业中,可以不考虑pH值对纳米流体对流换热性能的影响。分散剂加入量是影响Cu-水纳米流体对流换热系数的重要因素,从分散稳定、导热系数和对流换热系数提高三个方面来考虑,在0.1%Cu-H2O纳米流体中,0.07%十二烷基苯磺酸钠被选为最优化浓度。另外,Cu-水纳米流体的对流换热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,但其对流换热系数的增加明显低于导热系数的增加。     

纳米流体强化对流换热的实验研究

建立了纳米流体对流换热系数的实验测试系统,利用实验系统测量YCu-H2O纳米流体的对流换热系数,探讨了纳米颗粒质最分数、Re数和轴向比对Cu-水纳米流体对流换热性能的影响.结果表明:Cu-水纳米流体的对流换热系数随纳米粒子质量分数的增人而增人,但其对流换热系数的增加明显低于导热系数的增加.随着雷诺数的增人,纳米流体的对流换热系数基本呈线性提高.纳米流体在实验管进口段的对流换热系数提岛值明显高于流体在充分发展段的提高值.纳米流体的导热系数、粘度和纳米颗粒迁移是影响纳米流体对流换热系数的主要因素.     

封闭腔内纳米流体自然对流换热的数值模拟

采用数值模拟方式研究充满了纳米流体的封闭腔内的稳态自然对流。重点分析了纳米颗粒的体积分数,Ra数以及不同类型纳米颗粒对自然对流换热特性的影响。数值模拟结果表明:在纯水中加入纳米颗粒可以显著提高基液的自然对流换热特性;对于给定的Ra数下,随着纳米流体的体积分数增大,纳米流体换热效果显著增强;对于给定的体积分数下,随着Ra数增大,纳米流体的换热强度也随之增大,并且换热机理由热传导为主变为热对流为主;通过Ag,Cu,CuO和Al2O3四种纳米颗粒的对流换热效果比较分析得出,金属Ag和Cu纳米颗粒比金属氧化物CuO和Al2O3的纳米颗粒制备的纳米流体的对流换热效果更好。     

多壁碳纳米管水基纳米流体的对流换热特性

实验研究了纳米粉体浓度、雷诺数Re和热流密度对多壁碳纳米管水基纳米流体(MWNTs/H2O)对流换热性能的影响。纳米粉体浓度分别为0.05 g/L、0.1 g/L、0.2 g/L和0.4 g/L,雷诺数Re为500~900,热流密度为10~20 k W/m2。结果表明:1)纳米流体对流换热系数随着纳米粉体浓度、Re、热流密度的增加而增加。如在Re为631且纳米粉体浓度为0.4 g/L时,纳米流体对流换热系数比基液增大了17.6%;2)纳米流体对流换热系数的提高率明显大于对应的导热系数提高率,当纳米粉体浓度为0.05g/L时,其对流换热系数和导热系数的提高率分别为7.4%和0.15%;3)在Eubank-Proctor方程的基础上,建立了适合于低Re条件下的混和对流换热的实验关联式。     

多孔泡沫材料强化传热特性及场协同分析

实际生产生活中使用到的多孔泡沫材料通常都是非均质的,文章建立了多孔泡沫材料均质与非均质模型,结合场协同理论,从速度与温度梯度矢量的协同关系出发,分析了多孔泡沫材料内部单相流体对流强化换热的物理机制,研究了孔隙率、孔密度以及空气流速对流体顺流方向协同性能的影响。研究表明:场协同原理适用于分析多孔泡沫材料的强化传热机制;多孔泡沫材料孔隙中心与骨架后缘处的协同程度最好,骨架侧缘协同程度最差(协同角接近90°);非均质多孔泡沫材料孔壁附近协同程度较差,相同条件下全场平均场协同角比均质泡沫大;多孔泡沫材料越均匀全场协同情况越好,在相同流速、孔隙率和孔密度下,均质泡沫材料全场平均协同角余弦值可达非均质泡沫的1.2倍。计算结果表明,空气流速为3m/s时,孔隙率为0.8、0.85和0.9的多孔泡沫材料强化传热强度分别是普通平直翅片的3.3倍、1.9倍和1.2倍。该研究对新型散热器设计具有指导意义。     

多孔铝对流换热系数的反演分析

建立了多孔铝的一维瞬态对流换热模型,采用反演分析方法求得了多孔铝的体积对流换热系数.给出了多孔铝对流换热的无量纲准则关联式,并在较宽的孔结构范围内(孔隙率为60.0%～95.0%、孔径为2.5～6.0 mm)研究了孔结构对多孔铝换热系数的影响.结果表明:多孔铝的换热系数随着风速的增加而提高.在风速相同的条件下,换热系数随着孔径和孔隙率的减小而提高.在风机功率相同的条件下,换热系数随着孔隙率的增大而提高,在孔隙率约为85%时达到峰值.     

水平管外沸腾强化换热的数值模拟与场协同分析

应用FLUENT软件对制冷剂R134a在光管和横纹槽管水平管外沸腾传热进行三维数值模拟,得到其饱和泡状沸腾过程中体积含气率的分布规律,并比较它们的换热系数。结果表明横纹槽管外侧能够很好地强化沸腾传热。此外,还通过改变边界条件分析质量流量、热流密度的变化对横纹槽管管外沸腾换热系数的影响。最后应用场协同理论,从局部换热角度分析其强化机制。研究表明,横纹槽管水平管外沸腾换热得到强化的原因是其凹槽前后的速度场与温度梯度场之间夹角较小,协同程度更好。     

场协同原理在强化换热器传热中的应用与分析

以提高翅片管式换热器的换热性能为研究对象,根据场协同原理（在相同的速度和温度边界条件下,对流换热的性能取决于流体速度场与热流场协同的程度）,将换热器的基管由圆管改为椭圆管来提高换热器的换热性能。计算结果表明,其换热系数提高15％,阻力系数降低18％,对强化换热器的热力性能有一定的参考价值。     

壁温周期振荡条件下方腔内纳米流体自然对流换热研究

对充满Cu-水纳米流体方腔内的非稳态自然对流换热进行了数值研究。综合研究了不同振荡波形下,纳米颗粒的体积份额和振荡波幅A对自然对流换热的影响。结果表明:在水中添加Cu纳米颗粒可以强化水的自然对流换热;体积份额和振荡波幅A的增大都加强纳米流体自然对流换热,但是不同振荡波形,加强程度不同并提出振荡面积S的概念,即振荡波形与其平均值围成的面积,曲线拟合显示时均努塞尔特数Nu随S增大呈指数曲线上升。     

封闭三角形通道内热管的自然对流换热研究

论述和分析了封闭腔内自然对流换热的研究进展,运用Fluent软件对封闭三角形通道内的热管与壁面的二维散热问题进行了数值模拟,模拟了封闭腔内空气自然对流换热的温度场和速度场。     

除湿空调器传质性能的场协同理论研究

利用场协同理论分析了除湿空调器传质性能的提高问题，主要是从调整速度场与浓度场之间的夹角，以强化除湿空调器传质性能；引用一种螺旋型蜂窝填料结构的除湿空调器和带倾角的螺旋折流板式除湿空调器，验证并总结其强化传质的性能，阐明其在工程中的推广应用价值。     

TIG焊接熔池表面变形对流场与热场的影响

利用流体力学理论和变分法原理,根据熔池本身重力、电弧压力和表面张力之间的动态平衡,推导出了 TIG 焊接熔池表面变形的计算公式。建立了熔池表面存在变形的流场与热场的数学模型。采用 SIMPLER 方法对不锈钢试件焊接熔池内的流场与热场进行了数值分析。焊接工艺试验表明,该模型计算的熔池成形与实验值吻合良好。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。     

平行流冷凝器应用于食品冷藏柜的实验研究

新型单、双排平行流冷凝器应用于冷柜制冷系统中,并与原管片式冷凝器冷柜制冷系统进行对比实验分析。结果表明,应用单、双排平行流和管片式冷凝器的冷柜制冷系统分别在充灌量为550g、650g和800g时,周期内压缩机平均功耗最小,其中双排平行流冷凝器周期内压缩机平均功耗最小,单排平行流和管片式冷凝器相当。平行流冷凝器的空气侧换热性能明显优于管片式冷凝器。实验所用单、双排平行流冷凝器仅为管片式冷凝器换热体积的四分之一和二分之一,将平行流冷凝器应用于冷柜系统中将有利于解决冷柜冷凝器在恶劣环境下运行换热量不足的问题和降低成本费用。     

相变微胶囊悬浮液的对流换热特性研究进展

相变微胶囊悬浮液是既具有流动性又兼具蓄热能力的功能性流体。相变微胶囊悬浮液在工作过程中涉及复杂的流体流动与传热以及储热过程,近年来成为国内外学者研究的热点。对相变微胶囊悬浮液在圆管、小(微)通道内的对流换热特性进行了综述,重点阐述了国内外学者对于相变微胶囊悬浮液是否能强化对流换热存在的分歧,并提出了自己的分析与看法。分析了圆管与小(微)通道对流换热机理的区别,最后概述了强化相变微胶囊悬浮液对流换热的方法。     

固定电弧脉冲TIG焊接熔池流体流动与传热模型

在浮力、电磁力和表面张力梯度共同作用下对固定电弧脉冲ＴＩＧ焊接熔池中的流体流动与传热的动态过程建立了数学模型。在控制方程组强烈耦合的情况下，将处理导热问题边界条件的附加源项法应用于处理动量边界条件，同时采用交替方向隐式迭代法及双块修正技术，使求解非稳态控制方程组的迭代收敛速度大为提高。计算结果展示了脉冲ＴＩＧ焊接过程中，随着焊接电流的周期性变化，熔池流场与热场的周期性变化规律以及熔池形成的动态发展过程。根据该模型得出的计算结果与试验测定结果吻合程度良好。     

R290和R22在水平细圆管内流动凝结换热的实验研究

实验研究了R290、R22在细圆管中的流动凝结换热特性。实验管内径为1.085 mm,R22的质量流率为200~1200 kg/(m2·s),R290的质量流率为200~650 kg/(m2·s),饱和温度分别为40℃与50℃。实验结果表明,高质量流率时R22在较高干度下换热系数随干度增加缓慢或略有下降,低质量流率时,R290在较小干度下出现换热系数下降。两种制冷剂蒸气相比,相同条件下R290的凝结换热系数高于R22的。本文的实验结果还与现有典型关联式的计算结果作了对比,其中,Wang et al.(2002)关联式对R290的实验数据预测偏差在17.5%之内,Kim et al.(2013)关联式对R22的实验数据预测偏差在18.4%之内。     

不等温壁竖平板层流自然对流换热问题探讨

本文采用摄动法求解不等温竖平板层流自然对流的换热问题。通过正则摄动将很难处理的偏微分方程组转化为常微分方程组,并对边界条件进行相应变换。采用四阶龙格——库塔方法进行数值计算。计算中采用 Nachtseim——Swigert及 Marquardt 方法进行选代以确保渐近边界条件的满足及其数值计算的收敛性。由此得到竖平板自然对流为层流流动时在任意壁面处的近似换热量,可把它应用于相应的工程换热问题的计算中。     

直冷冰箱冷藏室门封传热特性研究

冰箱门封是连接门体和箱体的重要结构,门封的传热量是冰箱热负荷的重要组成部分。通过实验和三维CFD模拟相结合的方法,研究了冷藏室门封及周边结构的传热特性,重点分析了门封的传热途径及各传热途径热负荷的占比,为冰箱门封的优化设计提供依据。结果表明:门封总负荷为2.2 W,约占冰箱负荷的5.5%;门封传入箱体的热负荷、门封传入冷藏室间室的热负荷分别占门封总传热负荷的41.56%,45.07%。门封磁条是影响门封热负荷的重要因素,磁条宽度从9.6 mm下降为8.4 mm时,门封与箱体传热负荷降低51.7%,从而导致门封总传热负荷降低21.1%。