内置偏心螺旋扭带换热管层流传热的数值模拟

利用数值模拟方法对本文提出的内置偏心螺旋扭带换热管模型的层流传热特性进行计算与分析.研究结果表明:在一定的结构参数范围内,换热管的对流传热系数随着扭带偏心率的增加而增大,且雷诺数越大增幅越显著;在层流状态下,增大扭带偏心率能降低流体流动阻力系数,特别是在较低雷诺数下,阻力系数降低的程度更为明显;在雷诺数及扭带偏心率一定的情况下,换热管的对流传热系数随扭带扭率的减小而增大,但阻力系数也相应增大;换热性能评价指标在层流状态下均大于1,且随着偏心率及雷诺数的增加而变大,但当Re1 500后评价指标产生小幅波动,表明流体逐步由层流状态过渡到湍流状态.     

城市污水的层流换热特性理论

为有效利用城市污水热能,以污水源热泵系统中的流动工质——城市污水为研究对象,通过理论分析的方法,对其层流状态下的换热特性进行理论推导和实验验证.结果表明:污水作为热泵的冷热源,有良好的换热特性,推导得出的换热准则关联式h=4.53λ/D,为污水源热泵系统设计提供依据,同时为应用污水余热技术提供理论基础.     

三维内肋管内油的层流换热实验研究

介绍一种高效传热管件——三维内肋管。通过实验与光管进行换热及流阻上的比较,再通过多元回归方法得到了热阻及换热实验关联式,井分析了肋形结构尺寸和排列方式对三维内肋管内高粘性流体在层流状态下的受迫对流换流热及流阻的影响。     

不同强化换热管内流动沸腾换热特性对比

采用实验方法对比制冷剂R410A在6根强化换热管和1根光滑管内的流动沸腾换热特性. 实验测试段饱和温度为6 ℃,进出口干度分别为0.2和0.9,质量流速变化范围为80～350 kg/（m²s）.实验结果表明：三维强化管相对光滑管流动沸腾换热系数的强化倍率可达1.14～1.53,因为强化表面上的凹痕阵列能够增强两相间湍动、提高汽化核心数目并打断液膜边界层制造分离流和二次流从而强化换热. 三维强化管中,管1EHT在低质量流速范围内具有较好的换热性能,而管2EHT在相对较高的质量流速时强化性能更优;齿形参数不同的3根内螺纹管间的换热系数差距较大,其中当内螺纹管螺旋角足够大时齿高与液膜厚度之比相近的内螺纹管具有较好的换热性能.     

空气对水平管内蒸汽强制对流冷凝换热特性的影响

为了研究含空气蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热特性,通过实验分析了空气含量及气相流速对局部换热系数的影响;分析了不同空气入口质量分数下,局部换热系数与换热管上、下壁面温度沿换热管轴向的分布规律。结果表明:局部换热系数随空气质量分数的增加而减小,而气相流速的增加会削弱空气对冷凝换热的抑制效果;与纯蒸汽冷凝不同,换热管外下壁面温度会在轴向某一位置后大于上壁面,并且随着入口空气质量分数的增加,该位置逐渐向换热管入口移动;局部换热系数沿轴向变化结果在环状流和波状流条件下存在差异,当空气含量增加时,这种差异会随之减小,使得换热管内局部换热系数轴向变化规律趋于一致。     

管内流体脉动对强化换热的影响

描述了在一套管式换热系统上装有一动源使管内流体脉动地流动,从而达到了强化换热的目的,实验结果发现,不同的流动速度下,脉动频率的变化对换热系数大小的影响不同;还发现在同一流速下,脉动频率变化对传热影响的规律,存在着最佳脉动频率值。这为改进管壳式换热器提出了一咱新型高效的换热方式。本文还对脉动强化换热的机理进行了初步理论探讨。     

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.     

细小圆管内相变微胶囊悬浮液的换热特性

相变微胶囊悬浮液是集储热与强化传热功能于一体的新型工质。分别选取浓度为0.5%,0.75%,1.0%,2.0%和3.0%的相变微胶囊悬浮液,在长为650 mm、内径为2.5 mm、外径为3 mm的不锈钢圆管中进行了换热实验。结果表明：在放热过程中,壁面无量纲温度随浓度的增加而逐渐增加,局部努塞尔数随浓度的增加而逐渐减小;随着沿程的不断增大,壁面无量纲温度出现先增大后减小的趋势,局部努塞尔数呈逐渐降低的趋势。     

内置扭带管内湍流流动与传热数值模拟

为了提高内置扭带管的综合性能,开发了一种三边扭带,并对空管、普通扭带管、格栅扭带管及三边扭带管内流体流动与传热特性进行了数值模拟.以水为工质,采用RNG k-ε湍流模型,扭带扭率y=2.0,取Re=5 000~30 000,计算了扭带管内努赛尔数Nu、阻力系数f和综合性能评价因子η,与同工况下空管进行了对比.结果表明,相比于空管、普通扭带管和格栅扭带管,三边扭带管的综合性能较好,其η值比空管高出11.9%~33.2%.     

含扭带管内液压油流动与传热实验研究

针对几种常见液压油在不同扭率的含扭带管内的流动与传热特性进行了实验研究,得出了液压油在含扭带管中层流的摩擦系数及对流放热系数的准则关系式,并将实验结果与光管时的摩擦系数及对流放热系数对比,结果表明,扭带在扭率１．９２～２１．０５范围内均可强化液压油的层流对流换热过程．     

污垢对圆管内层流换热三场协同的影响

在强化换热场协同原理的基础上,分析了对流换热中三场协同关系对传热的影响;并对圆管进行数值模拟,研究了不同结垢厚度下,圆管内层流换热速度场、温度场和压力场之间协同度的变化,对数值结果进行分析,综合考虑换热和阻力特性。对不同污垢厚度圆管的综合性能做出评价。     

旋转扭带管内传热与阻力性能的数值模拟

为了研究生物质锅炉换热管内插入外源驱动旋转的扭带对传热及阻力性能的影响,建立了不同扭曲比的扭带在不同转速时管内流体流动的三维物理模型.采用RNGk-ε湍流模型对传热过程进行模拟,得出了旋转扭带管内流体的换热及阻力特性.结果表明:旋转扭带提高了管内流体的轴向速度和切向速度;转速为0～10rpm时,转速越大、扭曲比越小,表面传热系数越大,阻力损失也越大;扭曲比在2.06～5.1的扭带,综合评价因子在1.13～ 1.41之间,扭曲比为3.15的扭带综合评价因子最高.     

八边形翼攻角对翅片管空气侧流动与换热特性的影响

在传统翅片管上加装八边形翼涡发生器以强化传热。利用FLUENT软件对八边形翼翅片管模型进行了数值模拟,研究了不同雷诺数(Re)下八边形翼攻角(10°,20°,30°,40°)对翅片管空气侧流动与换热特性的影响。结果表明,八边形翼攻角对管后尾迹区换热影响显著;与平直翅片管相比,加装八边形翼的翅片管空气侧在不同攻角、Re下的平均努塞尔数(Nu)提高了13.1%~43.1%,相应的阻力系数(f)增加了6.9%~61.1%;通过对综合传热性能评价因子(PEC)的分析发现,在Re为862~3 735时,八边形翼攻角为20°的翅片管综合传热性能最佳。     

管内对流换热影响因素及其强化分析

从影响管内对流换热的因素出发,对近年来国内外学者的研究成果进行了综合分析,包括管内流体流动状态、表面形状、物性、脉动等对管内对流换热的影响.介绍了利用缩放管、金属泡沫管、纳米流体、高压电场等强化换热的方法.对中高温太阳能热利用系统中大温差管内对流换热的应用及其强化方法进行了展望.     

浮力对竖直管内热进口段空气对流换热的影响

用数值解析方法对竖直圆管内热进口段空气对流传热时,浮力引起的自然对流以对传热和流动的影响进行了研究,得到了浮力与主流同向和反向两种场合下的速度、流线、壁面剪切应力及努塞尔特数的分布,并在Pe-│Gr/Re│坐标系中给出了因浮力产生的逆向回流区域。研究结果显示：在加热即浮力在与主流同向时,壁面剪切应力和努塞尔特数随Gr/Re的增大而增大,在较高Gr/Re下和中心出现逆流,对象传热系数在出现逆流处达到局部最大值,传热得到强化;冷却即浮力与主流反向时,壁面剪切应力和努塞尔特数随│Gr/Re│的增大而减小,│Gr/Re│较高时管壁处出现逆流,传热系数则在逆流区后端出现极小值,传热减弱。     

层流管流耦合换热对流体热边界条件的影响

通过对管外壁非均匀加热/冷却条件下层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热的分析计算,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对管内流体内管壁处热边界条件均匀性的影响,并就如何选择试验管段材料和尺寸以提高实验精度给出了原则性建议. 结果表明,管壁导热与管内流体间的耦合作用对内管壁处流体的热边界条件有着重要的影响. 影响流体热边界条件均匀性的主要量纲一的量是数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度和管壁相对厚度.     

低质量流速下倾斜管内纯蒸汽冷凝换热特性研究

针对纯蒸汽在倾斜管内冷凝换热研究的不足,本文研究了质量含气率、倾角和质量流速对纯蒸汽在倾斜光滑管内冷凝过程中换热特性的影响。实验中蒸汽在内径为25 mm、长1 050 mm的倾斜管内向下流动,与水平方向呈0°～30°,压力为0.1～0.3 MPa,质量流速为10～25 kg/(m²·s)。结果表明：本实验低质量流速下,流型处于分层流,重力占主导地位,在相同流型下,局部换热系数随蒸汽质量含气率的降低而降低;质量流速的升高会减弱倾角对换热系数的影响;倾斜角度对平均换热系数的提高呈非单调性变化;同时通过对比以往的水平管内换热关系式,其中Chato的换热关系式基本偏差在±30%,并提出了基于实验数据的经验关系式,计算值与实验数据比较偏差在±20%以内。     

江河水污垢对小管径恒壁温管内对流换热影响

为有效提高江河水冷热源的利用率,应用热力学第一、第二定律和湍流流动理论,讨论和分析了污垢对恒壁温小管径管内对流换热过程热力学性能的影响。分析结果表明,有污垢存在时,污垢层导热引起的熵产在管内对流传热熵产中占主要部分,而温差传热引起的熵产则相对较小,且在雷诺数较大,管径较小的流动中,会出现粘性流动引起的熵产大于温差传热引起的熵产;随雷诺数的增大和污垢热阻的产生,熵增率都是单调增加的。因此在利用江河水发展水源热泵时,要充分考虑污垢热阻对换热器性能的影响,尤其是污垢层导热热阻的影响。     

撒料装置对预热器换热管内压力损失影响的试验研究

根据气固两相流在预热器换热管内的运动规律,设计开发了三种不同结构参数的撒料装置.对装有三种撒料装置的预热器换热管内的压力损失进行了试验研究,结果表明:随着固气比Z的增大,换热管内压力损失均不断增大.在不同风速、不同固气比条件下,装载三种撒料装置都起到了分散粉体物料,减小换热管内压力损失的作用,2#撒料箱降低换热管压力损失的效果最显著,降阻幅度最大可达到30%;3#撒料箱的降阻幅度可达到20%;1#撒料箱最低,但仍可达到15%.随着固气比的增大,三种撒料装置降低压力损失的作用越明显.