波纹倾角_对空气在波纹流道内的流阻与传热影响的数值分析

空气-水波纹板式加热器不同于传统的肋片管式加热器,它是一次表面换热器,具有结构紧凑、高效的特点,可用于气-水加热与热能回收等场合.利用Fluent对空气在波纹倾角β=30°、45°和60°流道内的流阻与传热特性进行了模拟,计算了表面摩擦系数f、努塞尔数 Nu 及传热因子与表面摩擦系数的比值j/f,表明波纹倾角是影响空气在波纹流道内的流阻与传热过程的一个重要因素,通过比较可为进一步优化设计空气一水波纹板式加热器提供一定的参考.     

强声波作用下烟气夹带单颗粒煤粉传热特性的数值研究

根据二维轴对称、非稳态、层流的质量、动量和能量守恒方程,研究了强声波作用下夹带在烟气中单颗粒煤粉的传热特性.分析了声压级为145~167dB,频率f分别为50 Hz、1 000 Hz和5 000Hz时,颗粒壁面的温度场、局部努塞尔数、表面平均努塞尔数及时间-空间平均努塞尔数的分布.结果表明:当f=50Hz时,颗粒壁面流场主要受到曲率效应的影响,努塞尔数随着振荡速度幅值的增大而增大;随着频率的增大,流动加速度的作用逐渐加强,当f=5 000Hz时,热边界层与流场之间出现了相位迟滞;不同频率时颗粒的努塞尔数相差不大,时间-空间平均努塞尔数的最大差值比为2.82%;当声压级为167dB,f=5 000Hz时,颗粒的时间-空间平均努塞尔数是无声场时的1.78倍.     

板壳式换热器板片流动与传热性能的数值模拟

针对板壳式换热器的人字形板片建立了单流道物理模型,并利用数值模拟软件分析了其重要结构参数波纹夹角的变化引起的模型流场、速度场和温度场的变化情况,以及对其传热性能的影响。结果显示:换热板片波纹夹角的变化使得流体的流动状态发生了变化,随着波纹夹角的增大,流体的流态由十字交叉流逐渐转变为曲折流。随着波纹角度的增大,流体的扰动程度加强,湍流程度提高,与此同时,努塞尔数和传热因子增大,传热性能增强。模拟结果表明波纹夹角对板壳式换热器流动和传热性能具有较大的影响,可以成为板壳式换热器优化设计的一个重要方向。     

基于Fluent的扁管外带凹坑的蛇形翅片空间内流动与传热性能数值模拟

采用Fluent数值模拟了带凹坑的蛇形翅片扁管换热器空气侧的流动与换热。研究表明:与平直翅片相比较,凹坑对空气的流动产生了很大的扰动,采用凹坑翅片可以显著增强换热效果;在雷诺数Re=520～1 400的范围内,凹坑翅片与平直翅片相比其平均努塞尔数Nu_m增加了18%～24%,同时凹坑翅片比平直翅片的阻力系数f增加17%～28%;在雷诺数Re相同的条件下,随着凹坑半径R(0.8～1.8 mm)的逐渐增大,努塞尔数Nu_m和阻力系数f也逐渐增加;在同功耗条件下,与平直翅片相比较,采用带凹坑的翅片可以获得更佳的传热效果。     

横向层流中多孔冲击射流强化传热的实验研究

为研究横向层流中多孔冲击射流对平板传热特性的影响,搭建了多孔冲击射流强化传热实验台架,研究了横向层流中不同射流速度比r(10≤r≤30)和不同射流高度(20≤L/d≤80)下多孔冲击射流对加热陶瓷平板对流换热的影响,分析了对流换热系数和相对努塞尔数的变化规律,讨论了多孔冲击射流强化传热的物理机理。结果显示,相对努塞尔数随射流速度比的增大而增大,最大的相对努塞尔数为1.98。此外,多孔冲击射流高度并非越小越好,而是存在一个最佳射流高度。当r较小时,相对努塞尔数随多孔射流高度的增加而减小;当r较大时,相对努塞尔数随多孔射流高度的增加先增大后减小。     

等节距缩放管内传热数值模拟及场协同分析

采用FLUENT软件对具有不同结构参数的等节距缩放管进行了对流传热数值模拟,研究了缩放角θ、喉径比γ及节距L对传热性能的影响,并用场协同理论进行传热强化分析。结果表明：雷诺数Re在4 138~5 977范围内,缩放角θ越大,努塞尔数Nu越大,压降Δp急剧增大;喉径比γ越小,努塞尔数Nu越大,压降Δp急剧增大;节距L在30~50 mm范围内,随雷诺数Re增大,节距L增加,努塞尔数Nu增大;在50~60 mm范围内,随雷诺数Re增大,节距L增加,努塞尔数Nu基本保持不变;等节距缩放管的缩放节能改善管内流体速度场和热流场的协同程度,提升管内对流传热水平。     

高效螺纹管强化传热机理研究

通过数值模拟的方法在雷诺数2 000～40 000范围内,对比分析了高效螺纹管与单向螺纹管在传热性能和压降性能的影响。结果显示,高效螺纹管由于交叉螺旋线使得壁面产生一定的宏观变形产生一个持续的湍流导致边界层减薄,管内螺旋线并没有使管内流体产生旋转流动,管内平均努塞尔数几乎为零,而单向螺纹管管内流体随螺旋线产生旋转流动;高效螺纹管受螺纹深度及螺旋角度影响较大,当H=0.7 mm时,努塞尔数增大1.57～1.83倍,但压降增大了3.83倍,当螺角为50°时努塞尔数增大1.76～1.89倍,但压降也增大了5.6倍,高效螺纹管深度为0.7 mm,螺旋角为50°时能够得到一个比较好的传热效果。     

高低板式换热器板片的换热特性分析及优化

为了强化船用板式换热器换热,对曲折形波纹板式换热器进行优化设计。采用数值模拟的方法,研究了曲折形波纹板不同波纹倾角、波纹高度下的流动换热特性。研究结果表明:曲折形波纹板内部流体的Nu数和阻力特性随着波纹倾角β的增大而增加,随着波纹高度a的增加而减小。通过优化得到的波纹板波纹角度为β=40°,纵向波高比a为0.4,与原曲折波纹板相比,同一流速下,新板片的换热性能提高了15.4%,阻力系数升高了16.2%,综合性能参数与原板片相比提高了22.3%。研究结果对船用换热设备的设计及优化奠定了理论基础。     

滑移流区纤维束蓄热体换热性能数值研究

随着蓄热体基础部件的尺寸细小化,玄武岩蓄热体的纤维直径微小,顺排排列后,内部形成微细流道。为探究微尺度下产生的尺度效应对玄武岩纤维束内部流道流动和传热的数值模拟的影响,建立了蓄热体的二维层流模型。通过Ansys 17.0 fluent中的UDF函数添加了滑移边界条件,以添加滑移边界条件前后的壁面努塞尔数(Nu)减小百分比为评价指标,对比分析二维纤维束微流道的数值模拟中,滑移边界条件对不同工况下流固换热的影响程度。模拟结果表明：随着温度和间距的增大,添加滑移边界条件后的Nu下降程度会增大;随着纤维排数和入口速度的增加,Nu下降程度会减小;纤维束直径d为20μm,排数小于5排,中心间距超过3 d时,添加了滑移边界条件的Nu的降幅达到了1%以上,在数值模拟中不可忽略滑移流区的影响。     

人字形波纹板传热与阻力特性的数值模拟和试验研究

对板式低温多效海水淡化技术中的人字形波纹板式换热器进行了单相流换热试验和数值模拟,试验结果表明其换热系数较高,在低Re数下就能达到3000 W/(m~2·K)以上。通过建立三维模型,运用CFD软件对人字形波纹板内部的传热及阻力特性进行数值模拟,研究了波纹倾角β、波高h和波纹间距λ对人字板传热以及流动阻力的影响,模拟结果与试验值误差都在15%以内。数值模拟结果表明,波纹倾角从30°增大到60°,传热因子j约提高60%,继续增大波纹倾角,传热因子反而降低,摩擦因子f随着波纹倾角的增大而增大;波高从3 mm增大到6 mm,传热因子j约提高5%,但摩擦因子f增大1倍;波纹间距从5 mm增大到20 mm,传热因子j约降低30%,但同时摩擦因子f降低70%。建议板式低温多效海水淡化系统的板型参数:波纹倾角60°,波高3~4 mm,波纹间距15~20 mm。     

波纹板式空气预热器内流动换热过程的数值模拟

对波纹板式空气预热器内换热与流动过程进行数值模拟,分析了波纹板片的结构特征、波纹倾角β、波纹高度H、波纹节距以及板间距对空气预热器性能的影响.结果表明:当波纹倾角和波纹高度增大时,换热性能提高但是压降增大,在β=45°、H=10mm时换热性能最优;波纹间距的改变对换热性能影响较小,但板间距的影响较为明显,综合考虑换热器的紧凑性,选用较小板间距能达到较好的换热效果.     

换热管周围声流强化对流传热的数值模拟

为研究稳态声流成分对换热管对流换热特性的影响,建立了行波场中单换热管外声流强化传热的数值计算模型.采用分离时间尺度的数值方法模拟了声流和非均匀温度场的耦合作用,分析了换热管局部努塞尔数和平均努塞尔数在不同激励频率(10～1500 Hz)和声压级(103～127 dB)作用下的变化规律.结果 表明:平均努塞尔数随着激励频...     

射流型涡发生器对角区传热影响的数值研究

研究了射流型涡发生器的使用对于角区分离泡与角涡结构及传热的影响。结果表明:涡发生器的使用使近端壁分离泡有效消除,角涡被破坏并推离角区,角区传热随之下降;涡发生器孔径的增大能够减小第一努塞尔数高区强度但也会增强马蹄涡努塞尔数高区强度;涡发生器射流速比的增加能够消除第二努塞尔数高区但也会导致马蹄涡努塞尔数高区及回流努塞尔数高区的出现。     

改进半球形腔式吸热器热性能数值模拟

基于计算流体力学理论建立的计算模型,运用Fluent软件对适用于碟式斯特林太阳能热发电系统5种弯度的改进半球形腔式吸热器的热性能进行了数值模拟对比分析。通过模型验证得出,采用定壁温考虑吸热器整体的热性能、应用S2S模型考虑辐射和用瞬态计算方法考虑密度项是可行的。在采光孔朝下时,随着弯度的增大,吸热器对流和辐射热损失、辐射和总努塞尔数均增大,而对流努塞尔数却减小,辐射热损失占总热损失的大部分。综合结果表明,改进半球形腔式吸热器的最佳弯度为0.4～0.5。     

声波强化传热的实验研究与机理分析

为探究声波作用下铜球的对流换热机理,搭建了声波强化传热实验台架,研究在不同声压级和声频率的影响下铜球的对流换热问题,并结合声流的作用机理和实验数据深入分析了声波强化传热机理.结果表明:铜球的对流传热系数和努塞尔数随着声压级的增大而非线性增大,且存在强化传热的最佳声频率;相对努塞尔数主要受声频率和声压级的综合影响,而与铜...     

工况参数对X型桁架阵列通道流动与 传热性能影响的数值研究

针对不同工况参数下桁架阵列通道冷却性能优劣的问题，采用数值方法模拟了 X型桁架阵列通道内 的流动与传热特性，分析了不同？诺数下人口湍流度和壁面热流密度对D型桁架阵列通道流动与传热性能 的影响规律。结果表明:人口湍流度从5%增大到15%时，通道摩擦系数增大了 1.69% ~3.23%，通道平均努 塞尔数提高了 2.47% ~2.57% ;壁面热流密度从3 000 W ? m-2增大到10 000 W ?m-2 时，通道摩擦系数增大 了 3.39% ~6.45%，通道平均努塞尔数降低了 11.14% ~17.44%。随着？诺数的增大，人口湍流度和壁面热 流密度对通道流动与传热性能的影响程度都有所减弱。增大人口湍流度可以较小幅度地提升通道的综合热 力性能，增大壁面热流密度则会降低通道的综合热力性能。     

截面形状对旋转扰流柱通道流动换热特性的影响

为合理设计航空发动机涡轮动叶尾缘冷却结构,采用ANSYS FLUENT软件模拟了四种扰流柱截面形状在旋转状态下的流动换热特性。对比分析了不同旋转数(Ro)和不同扰流柱截面形状时通道内部的三维流场分布、湍流动能分布、努塞尔数(Nu)分布以及阻力系数。其中扰流柱的截面形状包含圆形、菱形、矩形和椭圆形,Ro数包含0、0.2、0.4和0.6四种数值。模拟过程中通道入口雷诺数为7 000,壁面恒定热流为1 000 W/m²。结果表明,截面形状和旋转数对流动和换热状态有着显著影响,矩形扰流柱通道的换热系数和阻力系数最高;随着旋转数的增加,迎风面和背风面的换热系数差异逐渐增大;在旋转作用下,扰流柱尾缘区域出现了纵向二次流,该二次流显著破坏了壁面附近的边界层,有利于背风面换热增强。     

高封闭方腔自然对流换热特性数值模拟研究

采用ANSYS Fluent 17. 0中的标准k-ε湍流模型对高度、深度及宽度比为28. 7∶6. 8∶1,瑞利数分别为0. 86×10~6、1. 10×10~6和1. 43×10~6的高方腔内的空气自然对流传热进行分析研究,结果显示:温度场及速度场在几何上呈现出良好的中心对称结构;随着瑞利数增大,自然对流增强,努塞尔数增大;在冷、热壁面附近区域,温度梯度大,热量传递以导热为主,越靠近中心区域,对流传热占总的传热比例增加;方腔顶部区域,冷板侧的传热相对更强,而在贴近底板区域,热板侧的传热相对更强。分析结果经过与实验结果对比,具有很好的一致性,模拟结果和方法可作为该类问题模拟分析的参考。     

非圆形微通道热沉的流动换热特性数值模拟

建立了非圆形硅微通道内单相流动和换热过程的三维模型,并分别对三角形、矩形和梯形微通道中流动换热进行了数值模拟.研究发现,截面平均努塞尔数在通道入口处数值最大,然后沿流体流动方向急剧减小,直至流动充分发展时趋于恒定.固体和流体温度沿流动方向近似线性升高.换热面壁温仅沿流动方向升高,在垂直于流动方向,温度则基本保持均衡;雷诺数对微通道的流动与换热特性存在着较大的影响,雷诺数越大,其对应的努塞尔数也越大.对3种微通道的热经济性分析比较发现,三角形通道的热有效性最高.     

通道中簧片流固耦合振荡的强化传热

采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法,研究低雷诺数下内置倒转簧片通道的流动与传热,模拟不同抗弯刚性系数下倒转簧片的振动现象、流场特性及其对通道传热的影响。结果表明:随抗弯刚性系数的增大,倒转簧片在均匀来流中存在偏转模式、大幅度拍打模式、小幅度拍打模式和稳定模式4种运动模式;与普通通道相比,大幅度拍打模式下,通道壁温降低,平均努塞尔数显著提高;小幅度拍打模式下,通道壁温有较小程度的降低,平均努塞尔数有一定提高;稳定模式下,簧片对流场扰动极小,通道壁温与普通通道几乎相同,平均努塞尔数基本不变;偏转模式下,由于簧片始终偏向通道下侧,阻塞了通道下侧的流动,通道壁温显著升高,平均努塞尔数显著降低;在实际工程应用中,应避免使倒转簧片处于偏转模式和稳定模式下,尽量使其处于大幅度拍打模式下,才能有效强化通道内传热。