SiC-水纳米流体在微小通道中的流动和换热特性

为了解决传统换热工质导热系数和传热性能不高的问题,以Si C-水纳米流体为工质,研究了不同体积分数(0.001%、0.005%、0.01%、0.1%、1%)的Si C-水纳米流体在多孔微通道平行流扁管中的单相流动和换热特性.该扁管矩形通道的水力直径为2.08 mm,实验Re大约为150~5 200.研究结果表明:随着体积分数的增加,纳米流体的Nu呈现先增长后下降的趋势;体积分数为0.01%的Si C-水纳米流体在Re≈5 200时,Nu增长最大,增长率达到80.8%;纳米流体起到强化换热效果的同时,伴随着阻力增加.     

纳米流体换热特性实验研究

为了研究纳米流体的换热特性,依据纳米流体换热理论,研制了纳米流体换热特性实验台,介绍了该实验台的设计方案和主要构成。对实验台的准确性进行了实验验证,并进行了纳米流体的换热特性测定的实验。绘制了实验结果的图表,进行了相关的分析,得出相应结论与理论实际相符合,证明了实验结果的正确性,可为纳米流体换热特性的研究提供可靠的依据。     

微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO₂-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究.模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2×10⁶W/m².结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降.纳米流体的传热性能强于水;随着TiO₂纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

石墨-水纳米流体对流换热特性的实验研究

使用自行设计的测量纳米流体流动与对流换热性能的实验装置,测量了含有不同体积分数纳米石墨的石墨-水纳米流体雷诺数在3 000~6 500范围内的对流换热系数。实验结果表明:石墨纳米颗粒的加入提高了水的对流换热系数;石墨纳米颗粒在水中的体积分数与对流换热系数近似呈线性关系;努塞尔数Nu随着雷诺数的增大近似线性增大;流动状态下的纳米粒子本身的无规则运动和热散射对对流换热系数的提高有显著影响。     

Fe3O4-水纳米流体对流换热特性的实验研究

建立了纳米流体传热性能的测试系统,测试了不同体积分数的Fe3O4-水纳米流体在雷诺数为3 000-10 000内的管内对流换热系数。实验结果表明,在水中添加Fe3O4纳米粒子增大了管内对流换热系数,增加了液体的传热效果;影响纳米流体对流换热系数的主要因素有纳米粒子的浓度及纳米粒子导热系数。     

家用燃气灶具冲击射流换热的实验研究

灶具强化冲击射流换热是燃气灶烟气与锅底换热的一部分。采用实验方法研究了燃气灶具中的冲击射流换热过程,主要考察了冲击射流雷诺数Re(400≤Re≤1 000)、无量纲喷嘴高度H/D(2≤H/D≤10)、无量纲喷嘴间距X_n/D(4≤X_n/D≤15)对局部以及平均对流换热系数的影响规律。结果表明:对流换热系数h随冲击射流雷诺数的增大而增大,随着无量纲喷嘴高度增大而减小,平均对流换热系数h_(avg)随着无量纲喷嘴间距X_n/D的增大而减小。拟合出圆孔阵列中心孔局部努塞尔数Nu的实验关联式Nu=f(Re,Pr,H/D,X_n/D),回归结果与实际测量值偏差在15%以内。     

流动冲击角对流体绕流管束换热的影响

运用计算流体动力学软件FLUENT,对流动冲击角分别为45°、60°、75°和90°,流体绕流6排87根错排管束下的换热进行三维数值模拟.管束的纵向和横向管间距分别为9.5 mm和11 mm.考查管束的平均换热努赛尔数和模型进出口压降,并与茹卡乌斯卡斯的实验关联式进行对比.当雷诺数为5 000~20 000时,给出4种流动冲击角下管束换热努赛尔数的拟合公式,并对管周向局部换热特点进行细观分析.结果表明:湍流边界层在周向夹角为大约105°时从管壁面分离,此时换热最差;流动冲击角越大,管束的平均换热努赛尔数和模型进出口压降越大;流动冲击角为45°时综合换热性能较好.     

内置扭带管Cu-水纳米流体的流动和传热特性

为了研究纳米流体在内置扭带管表面传热特性及流动特性,设计并建立一套纳米流体表面传热实验系统,Reynolds数(Re)在2 000-7 000的范围内,分别对质量分数为0.1%,0.3%和0.5%的Cu-水纳米流体在不同扭转比的内置扭带管中的传热特性进行实验研究。结果表明:随着Re增加,Cu-水纳米流体和去离子水的沿程阻力系数均减少;水的沿程阻力系数小于Cu-水纳米流体,内置扭带管的沿程阻力大于光管,且随着扭转比的增大而减少;Nusselt数(Nu)随Re和纳米颗粒质量分数的增大而增大;Cu-水纳米流体的Nu比水高,质量分数为0.5%的Cu-水纳米流体在Y=3.5与Y=5.5的内置扭带管的增强幅度分别为2.29与2.14;内置扭带管的Nu比光管大,且随扭转比增大而减少。     

冲击射流中圆柱尾流的流动特性与分析

本研究通过在冲击射流中设置圆柱棒作可视化观察,分析强化传热机构的流动特性;利用统计分析,探导圆柱棒直径及圆柱间距等对强化传热的影响。     

水基碳管纳米流体对流换热实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数h的实验系统,在过渡湍流状态下测量了不同碳管含量、不同入口温度以及流速对其对流换热系数的影响,分析了各影响因素的影响程度的大小及作用机理。实验结果表明:碳纳米管的加入改变了水内部的热传递过程,增大了水的管内对流换热系数;相同Re下,随着碳管质量浓度的不断增加,碳管纳米流体的对流换热系数相对基液水显著增加;随着碳管纳米流体入口温度的升高,对流换热系数逐渐增大,增幅变化跟碳管质量浓度有直接关系,例如当碳管质量浓度为0.8、1.0g·L~(-1)时,对流换热系数增幅先增大后减小,而碳管质量浓度达到1.2g·L~(-1)时,对流换热系数增幅加速增大;在碳管质量浓度一定的情况下,纳米流体的流速对h的影响程度比入口温度要大。     

纳米流体绕包裹泡沫金属圆管外流动换热的数值模拟

对纳米流体横掠包裹泡沫金属的圆管进行了二维数值模拟,研究了纳米流体与泡沫金属的双重强化换热作用。通过模拟出的流场及温度场分析泡沫金属包裹厚度、雷诺数Re和纳米流体浓度对换热和阻力系数的影响,对比纳米流体与水、泡沫金属管与光管换热的效果。模拟结果表明:包裹泡沫金属的单管换热效果比普通光管好,纳米流体使换热得到有效强化,随纳米流体体积分数增大,其换热系数比水的换热系数高出2%-15%。在研究范围内,Nu数随包裹泡沫金属厚度增加而增大1.4倍-2.2倍,由纳米流体所引起的压降变化不大,而包裹厚度的增加导致压降增幅较大。     

几种环形翅片管通道内流体流动与换热特性的对比研究

采用Fluent软件,对基管相同的圆翅片管和5种椭圆翅片管用稳态RNGκ-ε模型进行三维数值模拟,5种椭圆翅片管A_(fin),A_(min),D_e,P_(er),β分别与圆翅片(C_(ir))有相同的翅片面积、最小截面面积、翅片当量直径、翅片周长和翅化比.通过对不同雷诺数(Re)下流场及翅片表面局部努塞尔数(Nu)的分析比较,得到翅片管通道内流体流动及换热的特征,并提供了圆翅片管和5种椭圆翅片管的综合换热性能Nu/f的结果.研究表明,圆翅片C_(ir)的Nu大于椭圆翅片A_(fin),D_e,P_(er),β,但小于椭圆翅片A_(min).圆翅片的阻力系数f大于椭圆翅片A_(fin),P_(er),β的f,且小于椭圆翅片A_(min)的f.椭圆翅片D_e在Re较小(Re≤8 000)时与圆翅片C_(ir)的f的差值较小,在Re较大(Re8 000)时与圆翅片C_(ir)基本相同.椭圆翅片A_(min)的综合换热效果最好.     

单束圆形射流冲击在小尺寸加热面上的局部换热特性

实验研究了液体射流垂直冲击在加热竖直小壁面上的局部换热特性,在Re_d=4.04×10~3～1.37×10~4范围内,驻点换热可以用方程 Nu_d=1.29P_r~m·Re_d~(0.5)表示,对于湍流,势流核心长度L/d与速度无关,L/d=5,建议势流核心外驻点Nu与Z/d的关系用 Nu_d/Nu_(max)=[(L/d)/(Z/d)]~(0.5)表示,势流核心区内换热系数的径向分布用以下方程表示: 驻点区:Nu_d/Nu_(max)=(r/d)~(-0.5)tanh~(0.5)(0.88r/d) 壁面射流区:Nu_d/Nu_(max)=0.348Re_(d,u_0)~(n-0.5)·(r/d)~(-1.25)实验比较了自由射流与浸没射流的换热效果,发现驻点及径向分布结果相同,喷距的影响有差别。     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

单相流体在多孔介质中的流动和换热研究

本介绍了单相流体在多孔介质内部的传热和流动过程及其研究方法,给出单相流体大多孔介质内部传热的数理模型,对模型的有效性进行了验证。同时分析了流速、孔晾率、固体颗粒的直径大小及固体骨架和流体的导热系数之比等因素对多孔介质内部传热和流动的影响,提出了增加传热而不使流动阻力过多增加的方法．     

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.     

发动机冷却系统内纳米流体强化换热模拟

为了提高发动机的经济性、可靠性,研究了以纳米流体作为冷却系统内的新型高效换热工质时的传热效果.分别对水、TiO2纳米流体、Al2O3纳米流体和CuO纳米流体的冷却效果进行了模拟研究,得到了冷却系统的换热系数及压力分布图.研究结果表明:TiO2、Al2O3和CuO这3种纳米流体能显著提高发动机的散热性能,与水相比,三者的平均表面换热系数分别提升了10.82%、8.43%和11.24%,而泵功则分别只增加了1.06%、1.30%和1.98%.以纳米流体作为冷却介质时,能以很小的泵功损失增加量带来换热系数的大幅度提高,有利于增强冷却系统的换热.     

存在管壁换热损失的真实流体流动模型的研究

采用集总参数导热数学模型(以进口参数作为集总参数)计算流体流动过程中的对外换热量,并以此推导出存在管壁损失的真实流体流动的数学模型。通过实例计算对应于定参数的某一流量,分别在存在管壁损失的真实流体流动的数学模型及绝热状态下的真实流体流动的数学模型中的临界管长的不同,证明安全阀排汽管道进行绝热保温的必要性。     

纳米流体光热转换特性的研究

采用“两步法”制备了两种用于直接吸收式太阳能集热器的纳米流体循环工质.对这两种纳米流体及其基液进行闷晒实验,通过研究其闷晒温度随环境温度的变化情况来判断纳米流体光热转换性能的优劣.结果表明:铝纳米流体升温速率较基液和碳纳米管纳米流体快,闷晒温度高出基液近25℃,高出碳纳米管纳米流体近10℃,显示出很好的光热转换性能.