横向波纹通道内定型层流流动的研究

对平行放置的横向波纹平板形成的通道内的定型层流流动,以壁面波纹的波幅为小量进行了摄动展开,提出了一级近似模型.得到了速度分布的近似表达式,考察了流速和流量与壁面波纹的波幅、波数及上下波纹板的排布相位之间的关系.研究表明,对于波纹通道几何参数的不同组合,流量可能增大,也可能减小.     

窄通道内小传热面的混合与受迫对流换热研究

通过实验研究了垂直矩形窄通道内小尺寸加热元件在助流和反流条件下对流体的热传过程,详细探讨了混合对流的换热特性,并给出一系列实验关联式,用以计算混合对流条件下的换热率。当Re_L>2500时,无论助流或反流均不受Ra_L~*的影响;当Re_L<350时,对于助流,其换热率与Ra_L~(*0.065)成正比;在350相似文献   

双层热源双层通道内流体流动与传热特性

为了应对集成电路中日益严峻的热问题,数值模拟了双层热源双层微通道结构内流体的流动及传热特性,将其与单层热源单层微通道进行对比分析,发现上下通道层之间的相互影响使得上层通道加热面温度降低2℃左右,下层通道热阻减小10%左右.而后以减小对流热阻的角度出发,对整体结构的传热性能进行优化,在原有矩形通道基础上布置圆形针肋以及扇形凹穴,发现此种新型通道使得下层加热面温度降低11℃左右,热阻减小,系统性能提高.     

摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究

摇摆运动作为一种典型的海洋条件,会对管内的气液两相流动过程产生较大影响.通过摇摆条件下空气-水在窄矩形通道内流动阻力特性的实验,研究摇摆运动对两相流动过程的影响.实验在常温常压条件下进行,通道尺寸为40 mm×1.6 mm,摇摆角度分别为10°、15°和30°,摇摆周期分别选为8、12、16 s.实验结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大;摩擦压降波动幅度随着含气率的增加而增加,随着流速的增加而减小.     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

航电设备内冷通道扩展表面的传热与流动特性研究

在某航空电子冷却机箱中,综合考虑其使用环境,采用了CNC加工的叉排直肋作为其内冷肋化通道。为找出影响该类扩展表面的传热与流动特性的主要因素,采用正交实验设计的方法,对不同结构参数的25种肋片应用Fluent进行了数值模拟,通过极差分析研究了对传热流动特性影响最大的结构参数,同时获得了流动参数范围内用于工程计算的j、f计算关联式。     

微通道内气-液两相流动特性研究

考察了400μm光滑通道内氮气-乙醇、氮气-CMC(共5组,不同表面张力)的两相流动特性,并给出了更为普遍化的流型图,同时也研究了液体性质(密度、粘度等)对微通道内两相流体流动的影响。结果表明,不同流体的摩擦压降都会随着表观气速和表观液速的增加而呈现上升的趋势,随着粘度的增长,总体压降也会出现上升趋势,并且粘度越大越容易出现环型流。     

带有共轭导热柱的矩形窄缝通道内气体的流动传热模拟

以带有共轭导热柱的矩形窄缝管道内气体的流动传热为例,介绍了一种CFD的数值仿真技术．先利用Pro／e5．0建立了传热模型,再导入ICEM CFD中划分网格,最后在AN-SYS-CFX中进行求解计算．通过整个传热过程的模拟得出了矩形窄缝管道不同截面的温度、速度和压强分布云图,对不同高宽比情况下矩形窄缝管道内的气体流动与传热进行了对比分析,得出了大宽高比的矩形管道角部靠近上下面区域有热流集中现象,而且随着矩形窄缝管道高宽比越大,出口气流温度越高,传热效果越好,但阻力也越大,压降增加．     

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.     

电场作用下锥形孔穴表面微细通道内流动沸腾传热特性

为了探究电场作用下锥形孔穴表面微细通道内R141b制冷剂的流动沸腾传热特性,研制不同孔穴直径、孔穴密度的锥形孔穴表面微细通道板.在设计系统压力142 kPa、入口温度34.5℃、热流密度7.72～25.11 kW/m²条件下进行流动沸腾试验,对比分析不同孔穴直径、孔穴密度的微细通道电场强化传热效果.对比锥形孔穴表面微细通道和光滑表面微细通道的沿程传热特性,以进一步分析锥形孔穴对电场强化传热效果的影响.为了研究电场对受限气泡的影响,采用COMSOL软件对微细通道内电场分布进行数值模拟,并结合可视化结果分析电场对受限气泡长径比的影响.研究结果表明：在有效热流密度区间内,孔穴密度相同、孔穴直径大的微细通道电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了10.1%;孔穴直径相同、孔穴密度大的微细通道,电场强化传热效果更明显,并且平均饱和沸腾传热系数最大提升了19.3%.锥形孔穴表面微细通道的电场强化传热效果优于光滑表面微细通道,电场作用下的微细通道内受限气泡的长径比与无电场时相比更小.     

管外及窄环隙流道池沸腾换热对比实验分析

在常压下以水为工质，对管外及窄环隙流道池沸腾换热进行了实验与观察，研究热负荷和加热面方位对核态沸腾换热性能的影响．结果发现：竖直加热面位置对沸腾换热有显著影响，其中对于管外沸腾主要在低负荷区产生影响，而对于环隙流道则在达到临界热负荷之前一直有明显的影响，倾斜使光管沸腾换热减弱，但对环隙流道没有显著的影响．不同的数据处理方法有时会使实验结果产生差异.     

Mechanism and numerical analysis of heat transfer enhancement in the core flow along a tube

The present study introduces the principles of enhanced heat transfer in the core flow to form an equivalent thermal boundary layer in the fully developed laminar tube flow, which consequently enlarges the temperature gradient of the fluid near the tube wall, and thereby enhances the heat transfer between the fluid and the tube wall. At the same time, the increase of flow resistance in the tube is not so obvious. Mechanism analysis and numerical calculation based on air and water have been carried out to verify the principle and method presented in this paper, which may bring positive effects to the design of heat exchanger with high heat transfer efficiency and low flow resistance. Supported by the National Key Basic Research Development Program of China (Grant No. 2007CB206903)     

翼片诱导纵向涡强化层流对流传热数值模拟

利用三维数值模拟,分析了圆管内添加翼片后流体的流动结构和对流传热特性。模拟中,翼片与壁面呈45°倾斜放置,选取包含1个翼片的1／6通道进行研究。结果表明,翼片可在下游诱导产生2个旋转方向相反的纵向涡,形成对称的涡偶,涡偶外侧为背壁流,内侧为向壁流。纵向涡结构提高了流体在径向上的速度波动,在翼片下游靠近管壁处,最大速度可达到主流平均速度的80％,增强了对速度边界层的扰动。流场的改善使通道内的温度场分布更加均匀,与光滑通道相比,壁面附近的温度梯度可提高接近1个数量级。流体对壁面的冲刷作用使对流传热得到强化,相对于光滑通道,壁面局部Nu数可提高近50倍。纵向涡对通道内流体的强化传热作用随Re的增加而显著提高。     

Comparative study on flow and heat transfer characteristics of sinusoidal and zigzag channel printed circuit heat exchangers

Printed circuit heat exchangers(PCHEs) are promising candidates for recuperators in supercritical CO_2 Brayton cycles. A comparative study is given in this paper on the flow and heat transfer characteristics of PCHEs with sinusoidal and zigzag channels. With mass flow rates of 0.6–1.8 kg/h and the bend angles of 15°–30°, the thermal-hydraulic performance of the PCHEs is discussed. Results show that the sinusoidal channel is superior to the zigzag channel in its comprehensive performance. Larger bend angles result in greater reductions in pressure drop if sinusoidal channels are used instead of zigzag channels and a maximum of 48.4% reduction can be obtained in the considered working conditions. Meanwhile, the inlet sections should be carefully optimized since these sections account for up to 31% and 17% of the total pressure drop in the sinusoidal and zigzag channels, respectively. The corner shape of the zigzag channel can be specially designed to further reduce the pressure drop. The nonuniform density and heat flux distributions in both channels are found to be related to the periodic changes of flow directions and the centrifugal forces should not be ignored when optimizing the sinusoidal and zigzag channels.     

竖直窄矩形通道内弹状流特性的实验研究

针对窄矩形通道内弹状流的气弹行为和阻力特性问题,以空气和水为工质,应用高速摄影仪,对3.25 mm×43mm的竖直矩形通道进行了弹状流的可视化研究。实验共获得111组数据,气、液相雷诺数范围分别为55~2 042和1115~22 016。实验结果表明,气弹上升速度随两相折算速度线性增加;气弹长度随液相折算速度的增加而减小,随气相折算速度的增加近似线性增大;气弹区(1≤L*b<2),气弹宽度随气相流量的增大而显著增大,到达加长气弹区(L*b≥2),气弹宽度基本稳定。基于两相折算速度的雷诺数对实验数据进行拟合,拟合关系式的误差为14.7%。     

矩形通道弹状流液膜特性

为了深入探究矩形通道内弹状流机理,利用高速摄像系统,对矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,泰勒气泡长度LT随分气相雷诺数ReG近似线性增长,但随着分液相雷诺数ReL增加,LT的增长速率减小。液膜脱离泰勒气泡时厚度δf随ReG增加而减小并趋于稳定,随ReL增加而增大。δf主要由ReG、ReL和LT决定;LT≥150 mm时,δf趋于稳定。液膜脱离泰勒气泡时速度Vf随ReL增加而增大。在低ReL时,Vf方向向下并随ReG增加而减小;当ReL≥9 102时,液膜始终向上运动,Vf随ReG变化较小,主要受ReL影响。通过数据回归分别得到了LT、δf和液膜相对脱离速度Vfr计算关联式,其与实验数据符合相对较好。     

圆管层流入口段耦合换热的数值模拟研究

采用控制容积法与蒙特卡罗法对圆管层流入口段参与性介质的辐射一对流耦合换热进行了数值模拟研究．在对流一扩散项的离散中,分别采用了一阶差分的指数格式与二阶差分的QUICK格式．通过模拟计算,比较分析了两种差分格式的结果差别,考察了入口段耦合换热的温度场、径向导热热流场以及对流换热壁面热流与努谢尔数的分布特征．研究表明,入口段速度边界层发展对势流区的排挤效应对耦合换热有明显影响,采用QUICK格式能够模拟这一现象,而一阶差分格式不能,后者过高地估计了对流换热强度;辐射换热在抑制对流换热作用的同时,使两种差分格式的模拟结果呈现偏差的区域由入口附近向出口方向扩展．     

严寒地区地埋管换热器周围土壤冻结区域分布特征实验研究

建立了模拟严寒地区土壤热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置,实验研究了地埋管周围土壤冻结区域的分布特征,给出了冻结相变锋面的平均移动速度。结果表明,土壤冻结区域呈不对称性分布,流体进口温度为-15℃时,埋深为350、700、1 050 mm,热响应区在40~60 mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为5、5、6.67 mm/h,热响应区在60~80 mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为1.54、1.82、1.82 mm/h;土壤冻结在一定程度上有利于地埋管与周围土壤之间的换热,在严寒地区地源热泵的设计中应考虑土壤冻结现象。