同心管束式空气型相变蓄热器换热影响因素分析

研究了多种影响因素下的同心管束式空气型相变蓄热器蓄热性能,优化同心管束式空气型相变蓄热器的设计参数。以CFD软件为平台,从4个方面模拟了12组同心管束式空气型相变蓄热器的蓄热情况。结果表明:换热管管径为70 mm的蓄热器蓄热时间比65 mm的减少了3.2%,比60 mm的减少了31.8%;增大蓄热器入口空气流速会提高蓄热速率,但同时蓄热器的效率也会受到影响;换热管的间距和布置方式对蓄热器换热速率影响较大;相变材料的导热系数提高0.1 W/(m·K),蓄热器节省约15%的蓄热时间。     

针翅管式相变蓄能设备蓄热放热性能的数值模拟

针对针翅管式相变蓄热装置的特点,建立三维针翅管相变传热过程的物理模型和数学模型,采用有限容积法,并结合"焓-多孔度"技术,数值模拟了相变材料在三维针翅管结构中融化和凝固的瞬态传热过程.揭示了相变材料固化过程界面移动规律,并与光管传热性能进行对比,研究表明:针翅管的换热性能远强于光管,且随着针翅高度、宽度、厚度以及每圈针翅数目的增加随着针翅高度、宽度、厚度以及每圈针翅数目的增加蓄热介质完成相变过程所需要的时间均有不同程度的减少,且翅高对强化换热影响最大,翅厚影响最小.模拟与Sparrow试验吻合很好.为优化蓄热器设计参数提高换热效率提供一定的理论依据.     

肋板式相变蓄热器蓄热性能的试验研究

采用萘作为蓄热材料,对其在新型铝制肋板式相变蓄热器中的储、放热过程即内部萘的熔化和凝固过程进行了试验研究,改变了供、取热流体参数,测定了储、放热过程的时间,分析了热流体的入口温度与流量对蓄热器储、放热过程的影响.结果表明,新型肋板式相变蓄热器极好地发挥了换热元件的作用,热流体的入口温度与流量对储、放热速率有重要的影响.     

太阳能热发电系统蓄热装置的模拟研究

利用FLUENT软件中的凝固/熔化模型,对太阳能热发电高温相变蓄热器的蓄、放热过程进行了数值模拟,主要研究了傅立叶数、斯蒂芬数、雷诺数对相变过程的影响,并对结果进行了分析,同时通过最小二乘法原理对换热准则式进行了拟合,掌握了太阳能热发电高温相变蓄热器相变过程的规律,为太阳能热发电系统蓄热装置的优化设计提供了重要参考价值和理论依据。     

翅片缩放管相变蓄热体热工特性数值模拟

蓄热式换热器是高温有机化合物废气氧化器的核心部件之一。提出了一种带有赤藓糖醇相变材料的翅片缩放管式蓄热体,并用数值模拟的方法对蓄热体蓄放热过程的热工特性进行研究,分析了翅片厚度对蓄热体传热性能的影响。模拟结果表明：翅片缩放管（翅片厚2 mm ）在蓄/放热阶段的传热速率分别比光管缩放管高13％和9％,一定条件下适度增加翅片厚度有助于提高蓄热体的蓄放热性能。所得结论为今后翅片缩放管相变蓄热体的优化设计提供了理论依据。     

自然对流环境下烘道式收缩包装机的传热性能

控制自然对流环境下的烘道温度,关系到烘道式热收缩包装机的包装效果和使用成本.采用仿真与传热试验的手段,研究圆筒形电热烘道内置翅片和辅助通道对烘腔传热影响,得到了在自然对流环境下较为合适的温度控制方案.对比发现纵向肋板型翅片在自然对流环境中温差最小,翅片表面平均温度最高,其散热量相对横向肋板型翅片和针叶型翅片更高,传热效...     

基于烟囱效应的电子设备自然散热设计

采用自然冷却的电子设备的换热性能与其散热结构有着密切的联系。为研究自然散热结构形式对换热性能的影响,采用FloEFD 软件进行了数值计算和对比研究。为强化自然散热效果、降低热源温度,在不增加翅片重量的前提下,基于烟囱效应设计了一种曲面散热翅片结构。仿真结果表明,相比于竖直翅片,曲面翅片结构可有效利用入口效应增强自然对流换热,翅片与盖板结合形成的烟囱结构可有效提高自然对流流速,从而达到强化换热的目的。对直翅和曲面翅结构实验件进行了自然散热实测对比。结果表明,在相同发热条件下,优化后实验件的热源温度相比原结构降低3 ℃ 以上,可为电子设备的高效自然散热设计提供参考。     

多排管式相变蓄热器熔化过程热性能数值模拟研究

建立了多排管相变蓄热器的物理模型和数学模型,利用计算流体力学软件FLUENT对多排管蓄热器内填充石蜡和石蜡/膨胀石墨复合材料时的熔化过程进行了数值模拟,分析了多排管蓄热器内填充两种相变材料时蓄放热过程中温度场的分布情况、相界面移动规律等。模拟结果证明膨胀石墨的添加和多排管结构不仅缩短了蓄热器的蓄放热时间,而且使温度场的分布更加均匀合理,对蓄热装置的设计及实验研究提供了重要的参考价值。     

填充泡沫铜对石蜡相变蓄热性能的试验研究

以石蜡作为相变蓄热材料,泡沫铜作为填充材料加工制作了相变蓄热装置,并搭建了蓄热器热性能实验台,对填充泡沫铜和未填充泡沫铜的蓄热容器分别进行了相变蓄热试验,测量相变材料的温度并通过数据采集仪进行采集,整理绘制了在不同条件下的温度时间曲线并进行了分析讨论。结果表明泡沫铜的添加不仅使蓄热器内温度分布均匀,而且大大缩短了蓄热所需时间。     

管翅式热泵相变储能器的数值模拟

为了研究铝翅片管对相变储能材料(PCM)传热性质的影响,通过建立模型数值模拟的方法对有翅片和无翅片的储能单元的传热性能进行了对比。研究了翅片间距(w)、铝片厚度(2v)、相变材料导热系数(kpcm)等参数对总放热时间的影响。在有翅片的情况下,储热单元凝固的时间比无翅片时减少了90%,而翅片间距和总放热时间近似呈线性关系。得出铝翅片可以大大加强相变过程传热、特别是对导热系数小于0.5W/(m.K)的PCM强化效果非常明显。     

新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

Numerical analysis of the flow and heat transfer characteristics for forced convection-radiation in entrance region of an internally finned tubes

The flow and heat transfer characteristics of combined forced convection and radiation in the entrance region of internally finned tubes are investigated numerically in this paper. The uniform flow is considered for an inlet flow condition. A three dimensional parabolic problem is solved by a marching-type procedure envolving a series of two dimensional elliptic problems in the cross-stream plane. The SIMPLER-algorithm and Raithby's pressure-velocity coupling method are employed to analyze the flow and heat transfer characteristics. For the calculation of radiative heat transfer, the P₁-approximation and the weighted sum of gray gases method (WSGGM) are used. The effects of fin height, number of fins, optical thickness, reference temperature, and Planck number on the flow and heat transfer characteristics are examined. It was found that the effect of fin-height on the heat transfer characteristic is more dominant than that of number of fins. The present results show that the optimal non-dimensional fin height and number of fins are 0.4 and 16, respectively.     

CPU散热器结构设计与热分析

CPU散热器是将CPU核心热量迅速导出的关键,已成为获得新一代电子芯片的主要问题之一。采用数值模拟方法对放射状太阳花CPU散热器进行三维流场及温度场分析,探讨放射状散热器在不同的肋片形状、肋片数N和肋片厚度等各种不同的参数作用下,对于整体散热器散热和流动性能的变化与影响,同时分析了太阳花散热器自然对流和瞬时动态特性。     

水冷盘式制动器散热结构优化

为提高水冷盘式制动器散热性能,基于强化对流传热原理,通过添加扰流柱对制动器散热结构进行优化,设计了4种扰流柱散热结构,运用CFD方法模拟制动盘流固耦合传热过程,采用Fluent软件进行热流固耦合仿真计算,获得制动盘温度特性和换热特性以及流动阻力特性,并使用综合性能评价因子对不同扰流柱散热结构进行评价。结果表明:通过在安装盘水槽内添加扰流柱可以有效地提高水冷盘式制动器的散热效果;在相同的工作条件下,正三角形扰流柱散热结构的盘面温度最低,平均努塞尔数与流动阻力最高,其综合散热性能较圆形、椭圆形以及水滴形扰流柱散热结构分别提高了3.4%,2.4%和4.4%,较无扰流柱散热结构提高了6.7%,正三角形扰流柱散热结构具有更好的综合散热性能。研究结果为水冷盘式制动器散热结构的优化设计提供了参考。     

Optimization of a rectangular profile annular fin based on fixed fin height

The optimum performance and fin length of a rectangular profile annular fin are presented using a variations separation method. For fixed fin height, the optimum fin length and efficiency are arbitrarily defined as those for which the heat loss is in the range between 90% and 99% of the maximum heat loss. The maximum heat loss, the maximum effectiveness, the minimum fin resistance, the optimum fin length and the optimum efficiency are presented as a function of the inside fluid convection characteristic number, fin base thickness, fin height and ambient convection characteristic number. One of the results shows that the optimum fin length decreases almost linearly with the increase of the fin base thickness.     

Experimental study on natural convection heat transfer from horizontal cylinders with longitudinal plate fins

The purpose of this study was to investigate the effect of various fin numbers, fin heights, and base temperatures on natural convection from horizontal cylinders with longitudinal plate fins experimentally. Experimental results were used to establish a correlation for estimating the Nusselt number under the following conditions: Rayleigh number, 300000–1000000; fin-height-to-cylinder-diameter ratio, 1/6–1/2; and fin number, 9–72. In addition, a contour map was developed to describe the thermal resistance as a function of the fin number and fin thickness.     

铜翅片管热水器的特性研究

以铜翅片管换热器为研究对象,通过合理的简化模型,以相邻2片换热片(取半片)及其之间的烟气通道作为计算区域,利用流体力学软件CFX对烟气通道的流动状况和换热情况进行了数值模拟。研究了管径、翅片厚度和翅片间距对排烟温度的影响,结果表明随着管径和翅片间距的增大排烟温度升高,随着翅片厚度增大排烟温度降低,排烟温度的升高或降低将影响排烟损失的大小,从而影响热效率。该数值模拟结果对改进翅片结构以提高热效率有一定指导意义。     

平直翅片热管散热器的正交数值模拟优化

文中以平直翅片热管散热器为研究对象,研究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度、翅片宽度和热管直径 5 个结构参数对翅片换热性能和阻力特性的影响,采用正交实验设计的方法设计了上述结构参数的 15 个组合方案,利用 CFD 数值模拟的方法对每个组合方案下翅片的流动换热性能进行了模拟。以努塞尔数 Nu 、阻力系数f、传热性能综合评价指标(Performance Evaluation Criteria, PEC)作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析挑选出性能最优的组合方案。 该方法能快速获得散热器结构的优化方案,并分析出主要影响因素,对工程应用有一定的指导意义。 结果表明:影响 Nu 和 f 的最主要因素是热管直径,影响 PEC 的最主要因素是翅片厚度。 对于本文研究的散热器,其最优参数组合方案为:翅片厚度为 0. 6 mm,翅片间距为 2. 2 mm,热管直径为 6 mm,翅片高度为 65 mm,翅片宽度为 28 mm。     

Constructal design of finned tubes used in air-cooled heat exchangers

The present study documents the constructal design and optimization of finned tubes used in air-cooled heat exchangers. The considered tubes are equipped with annular fins. The aim is to minimize the overall thermal resistance by morphing the geometry. The geometrical and thermo-physical parameters considered are the number of fins, ratio of fin height to tube diameter, Stanton number, ratio of fin conductivity to air conductivity, ratio of in-tube fluid conductivity to air conductivity and dimensionless pressure drop. Two constraints are applied in the optimization process: fixed overall volume of heat exchanger and fixed volume fraction of fin material. It is found that there exist optimal values for the number and the height of fins. Moreover, the optimal heat transfer has an extremum in a special volume fraction of fin material.     

一种高压真空气淬炉中节能型鳍片换热器

在生产实践过程中,高压气淬炉一直以来存在着换热效率低下的问题。根据传热学基本原理,异形结构换热管可以提高换热效率。因此,为了进一步提高换热效率,对换热器设计工作包括3个部分:把换热光管改进为鳍片管,折流板由弓形改为螺旋型,并且把钢质换热材料替换为铜质以进一步提高换热效率。实践证明,与传统的换热设备相比,改进后的结构达到了强化传热的效果,有效地提高了换热设备的传热能力。