印刷电路板换热器中S-CO2换热特性数值分析

为了探究超临界二氧化碳(S-CO2)在直通道印刷电路板换热器(PCHE)中换热特性,本文采用数值模拟方法对此问题进行了研究.计算分析了S-CO2在印刷电路板换热器中的换热特性,并对比了在单独改变一侧通道入口温度、工作压力及工质流量时对流换热系数和壁面努塞尔数的变化趋势.研究结果表明:由于工作压力不同,超临界二氧化碳工质存在从类液区向类气区过渡的情况,导致印刷电路板换热器换热通道入口温度或流量变化相同时对流换热系数和壁面努塞尔数呈现出不同的变化趋势.保持超临界二氧化碳工作压力和流量一定时改变冷侧入口温度比改变热侧入口温度对印刷电路板换热器热功率的影响更大;改变热通道的压力或流量要比改变冷通道的压力或流量对PCHE热功率的影响更大.     

煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法对煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质特性进行了三维数值计算,水冷壁上的灰渣沉积过程采用熔渣沉积反弹模型描述。结果表明:灰渣沉积主要发生在辐射废锅的中下部,射流区流速和温度在距离底部5.5 m处迅速衰减,灰渣厚度和导热热阻在此处迅速增加,对流辐射复合换热系数和传热系数在此处迅速下降;随着入口温度的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐升高,对流辐射复合换热系数和传热系数由于温差的影响也逐渐升高;随着操作压力的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐下降,对流辐射复合换热系数和传热系数逐渐升高。     

不同体系对流传热膜系数测定的实验研究

选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、乙醇水溶液蒸汽—空气传热系统,分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。普通管换热器对流传热膜系数的关联式:Nu=0.01473Re0.61Pr0.4;强化管换热器对流传热膜系数的关联式:Nu=0.0251Re0.821Pr0.4;其计算值与实验结果符合良好。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。     

嵌入式微通道传热特性及局部热点尺度效应

通过实验测试结合理论分析,研究嵌入式微通道冷却系统的传热特性及局部热点的尺度效应. 测试芯片加工采用MEMS工艺,微通道层与顶层之间的连接采用硅硅直接键合,芯片与电路板（PCB）之间的连接采用倒装焊接. 研究结果表明,采用嵌入式微通道设计极大地缩短了微芯片到微通道的导热距离,可以显著地减小微芯片到环境的热阻. 根据测试结果可知,在100 W/cm²均匀热流密度的条件下,使用6.84 mW/cm²的泵功,可以将模拟IC热源的温升控制到小于40 K,能效比超过14 000. 在非均匀热流密度的条件下,局部热点的存在会增大导热热阻在总热阻中的占比,局部热点尺度越小,热点附近的侧向热传导越严重,导热热阻越大,这减小了对流换热热阻在热点区域总热阻中的占比,使得增大对流换热系数带来的总热阻降低效果减弱.     

地源热泵U型埋管换热器动态传热特性的数值分析

针对垂直U型换热器埋管及其周围回填材料和土壤传热过程,建立了将U型管壁的边界换热取为第三类对流换热条件的二维非稳态传热模型,并对处于土壤恒温区某一深度的动态传热特性,尤其是热流规律进行了数值模拟研究.分析结果表明,各处瞬时热流随时间推移存在不规则情况阶段、正常情况阶段以及准稳态阶段.各处进入准稳态阶段的时间主要取决于回填材料和土壤的热扩散系数,而准稳态阶段热流变化规律仅与导热系数有关,这对土壤导热系数现场测试具有重要的理论指导意义.     

矩形并联微通道中流量分配与流动沸腾传热特性实验研究

文中通过可视化实验的研究方法,对主通道尺寸为1 mm×0.5 mm,三根支通道尺寸为0.5 mm×0.5 mm的矩形微通道进行了沸腾换热与流动特性的实验研究.采集到了温度信号、压力信号及各支通道流出的流体流量,绘制出了不同工况下的流型图和液体采出率.同时捕捉到了回流现象发生时气泡的破裂与生长,并结合气泡破裂时受力分析研究流量分配机理及回流发生的原因.最后为了更深入的研究通道内传热系数的影响机理,对局部传热系数和平均传热系数进行了对比分析.研究发现,在热流密度较低且质量流量较高的范围内,液体处于全液相状态;气泡受力对流量分配和回流有显著影响;流体温度随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而升高;质量流量越小在沸腾换热时单相强制对流换热系数越高;当干度一定时,换热系数随质量流量的增加而降低,随热流密度的增加而增加.     

回填材料对埋地换热器传热性能的影响研究

在天津地区开展了3种不同回填材料的埋地换热器换热特性实验研究,获得了地下换热量随管内流体平均温度的实测变化曲线,并对该3种回填材料下的实验结果进行了比较分析.实验结果表明,地下换热量与流体平均温度之间呈线性变化规律.随着回填材料导热系数的增加,可以显著减小钻孔内的导热热阻,这有利于改善粘土质土壤与埋管换热器之间的传热性能,提高地源热泵系统运行的稳定性.     

采用热-流耦合方法对气冷涡轮叶片换热的计算

以往在计算气冷涡轮叶片温度场时需要预先求出叶片和燃气交界面以及叶片和内冷气体交界面的对流换热系数,但是带有复杂内冷通道的叶片求解对流换热系数较困难,针对这一问题,采用了一种无需预先求出叶片表面对流换热系数的方法——热-流耦合方法,即只需给定主流流场的进出口边界条件和内冷通道边界条件以及叶片几何,就可求出叶片温度场的方法。文中采用热-流耦合方法首先对流体扰流前缘为钝形平板的二维层流流动进行了计算,计算结果与分析解进行对比,两者符合良好,证明了方法的可靠性,在此基础上对Mark涡轮叶片的换热问题进行了计算,计算结果与实验值吻合较好。说明热-流耦合方法在计算涡轮叶片换热问题时是有效可行的,具有很高的工程应用价值。     

内翅片换热管内相变材料融化的数值模拟

将蓄冷空调常用的蓄冷装置——蓄冷球,用内翅片管来替代,将内翅片管中装入自行研制的相变材料,利用二维稳态导热方程,对相变材料的实际融化过程进行理论研究,探讨装有相变材料的内翅片换热管在不同时刻、所有节点的释冷情况．结果表明,内翅片换热管外的载冷剂温度不同、对流换热系数不同以及内翅片管的半径不同对翅片管内蓄冷材料的释冷特性有较大影响．     

水火弯板数值模拟中的水冷换热边界条件研究

在水火弯板过程数值模拟中,对流换热边界条件尤其是水冷对流换热边界条件对数值模拟的结果影响很大,其水冷对流换热系数的求解一直是水火弯板数值模拟中的一大难题.这里采用流动沸腾换热理论对水火弯板数值模拟中的水冷对流换热边界条件进行了研究,通过求得过冷水流动泡态沸腾起始点(ONB)和过冷水流动泡态沸腾临界点(CHF)的壁面过热度,比较水火弯板过程中钢板表面各处的温度和这2个壁面温度以确定冷却水的状态,根据冷却水的状态分别求其对应的过冷水单相流动对流换热系数和过冷水流动泡态沸腾换热系数.采用沸腾曲线对流换热边界条件和流动沸腾换热边界条件的数值模拟结果进行比较,结果表明流动沸腾换热边界条件的数值模拟结果精度明显提高,具有较高的研究价值.     

氦氙混合比例对堆内通道流动换热特性影响

为了研究氦氙混合比例对不同堆内通道的流动换热特性影响,本文通过对堆芯冷却剂通道进行几何、物理建模,利用STAR-CCM+对氦氙混合气体作冷却剂时的流动换热过程进行数值模拟,计算不同比例下的氦氙混合气体与燃料棒间流动换热的对流换热系数。结果表明:氦氙混合气体的物性会影响对流换热系数的变化趋势,在氦氙混合气体摩尔质量为15～20 g/mol时换热性能最好;在相同的流通面积下,冷却剂通道当量直径越大,对流换热系数越小。相关研究结果可为空间堆的设计提供有益参考。     

超临界二氧化碳细管内流动与换热特性分析研究

对超临界压力下二氧化碳在水平管内的对流换热进行了模拟研究,分析了热流密度、壁面温度、质量流量以及压力等对二氧化碳对流换热的影响.结果表明:热流密度和壁面温度对换热系数的影响相对较小,质量流量和压力的影响较为显著,质量流量升高,传热系数有明显提高,压力越接近二氧化碳的临界压力,传热系数在临界点附近的变化越明显,峰值越高.     

中深层地热井换热性能模拟研究

结合北方邯郸地区,通过Fluent软件建立中深层地热能井下同轴套管式换热器换热模型,模拟研究了岩土导热系数、内管导热系数、循环流体流量、循环流体入口温度变化对井下同轴套管式换热器换热性能的影响。结果表明：岩土的导热系数从1W/（m·K）增加到9W/（m·K）,换热器换热量增长约324.53%;内管导热系数从0.5W/（m·K）增加到4.5W/（m·K）,换热器换热量减少约40.37%;循环流体流量从10m³/h增加到50m³/h,换热器换热量增长约103.92%;循环流体入口温度从5℃增加到15℃,换热器换热量减少约23.14%。所以在实际工程中,应在岩土导热系数相对较大的地域开发中深层地热能,选择导热系数较小的内管以及循环流量较大的井下换热器,并保持外管循环流体入口温度较低。     

风冷散热器仿真中对流换热系数的计算方法

对风冷散热器进行温度场仿真,需要计算对流换热系数的值。根据导热理论,建立功率半导体器件及其散热器风冷的物理模型,给出对流换热系数的计算公式,以及干空气不同温度条件下计算公式中各参数的取值表,提出仿真时对流换热系数的调整流程。通过仿真和实验,验证了对流换热系数计算方法和调整方法的正确性。     

打印电路板式换热器流动与传热数值模拟研究

印刷板式换热器是一种新型高效紧凑式微型通道热交换器,具有紧凑、耐高温、高压的优点,在太阳能、液化天然气和核能等清洁能源领域受到广泛地关注与重视。针对印刷板式换热器应用于LNG行业的汽化器,采用超临界氮气作为工作流体。利用数值模拟和理论分析的方法研究PCHE不同流道弯曲角度、不同直径下进口截面温度变化对内部流动与传热效率的影响。结果表明,弯曲角度增大时,所对应的对流换热系数的数值也随着增大,压降也随之升高;流道直径的加大不仅使对流换热系数增强,压降也随之减小,有较好的传热效果。     

蜂螺型伞板换热器流体阻力和传热性能的试验研究

蜂螺型伞板换热器是伞板换热器中的一种,是我国自行设计的新型换热设备。本文以试验数据为依据,建立了该型换热器的换热准则方程式,并对流体阻力、传热系数和流体流速之间的关系进行了分析。本文最后以传热系数与流体阻力的比值(即K/ΔP)为指标,将该型换热器与板式换热器作了比较。     

螺旋折流板换热器的开发与研究(Ⅱ)——低粘度流体的中试研究

以新型的螺旋折流板换热器同普通的垂直折流板换热器,在水系统下进行了对比实验研究,并对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流板换热器壳程对流传热系数的近似模型。实验结果表明,对水这样的低粘度流体,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板约为普通折流板的２．４倍,显示螺旋折流板换热器是一种结构更加合理的新型换热设备,其优良的结构特点决定了其优良的传热性能,具有广阔的开发应用前景。     

自激振荡脉冲对流换热的实验研究

将Helmhotz共振腔应用于换热器来增强换热是一种新的强化换热方法。本文作者通过实验研究了Helmhotz共振腔对换热器的换热强化效果,分析了各种参数对换热效果的影响,得到了对流换热系数及换热强化比随流速的变化规律,结果对工程设计及进一步的研究具有重要的指导意义。     

螺旋折流板换热器的开发与研究（II）：低粘度流体的中试研究

以新型的螺旋折流板换热器同普通的垂直折流板换热器,在水系统下进行了对比实验研究,产对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流板换热器壳程对流传热系数的近拟模型,实验结果表明,对水这样的低粘度流体,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板的为普通折流板的２．４倍,显示螺旋折流板换热器是一种晚加合理的新型换热设备,其优良的结构特点决定了其优良的传热性能,具有广阔的开发应用前景。     

对流换热可控温差场分布原则

应用火积概念导出了对流换热过程的火积耗散表达式,进一步基于火积耗散极值原理讨论了换热器N股冷、热流在不同情况下参与换热的优化。研究表明,若参与换热的任何冷、热流之间的温差可以独立调控,在总换热量一定寻求火积耗散最小或在总火积耗散一定的条件下寻求换热量最大,则整个换热系统冷、热流之间的温差分布均匀时换热最优;若参与换热的任何冷、热流体之间的换热量或火积损耗可独立确定,则换热冷热流之间的温差分别保持各自的均匀温差分布时换热最优;若在任何冷、热流之间存在可能换热的情况下,无论是总换热量一定时寻求火积耗散最小,还是总火积耗散一定时寻求换热量最大,整个换热系统不同的冷热流换热的优化温差并不是同一个常数。