几何结构对圆内开缝圆自然对流的影响

采用SIMPLE算法,对不同几何结构圆内开缝圆自然对流换热进行数值模拟,研究了开缝度、半径比改变对流动换热的影响。结果表明,在相同条件下计算数值结果与已有的实验结果吻合良好;把内圆开缝可以强化换热,但并非开缝度越大换热越好;半径比对换热效果产生影响,表现为半径比越小,环形空间越窄,换热效果越差。随着半径比的增大,Keq显著增加,当半径比超过2.0时,Keq基本保持不变。     

翅片结构对双向开缝翅片管换热器性能的影响

为了获得翅片结构对双向开缝翅片管换热器传热与阻力性能的影响规律,对不同翅片间距P_f和开缝高度S_h的双向开缝翅片管换热器进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了模化试验验证。结果表明：当R_e<7200时,增大P_f会提高双向开缝翅片管换热器的传热与阻力性能;当R_e>7200时,减小P_f会提高其传热性能,降低其阻力性能;随着S_h的增加,双向开缝翅片管换热器的传热性能先降低后提高,阻力性能先提高后降低;对于不同翅片结构的5种双向开缝翅片管换热器,P_f越大,综合流动传热性能越高,但实际换热面积会减小,需综合考虑;在R_e=2734~6712范围内数值模拟与试验结果吻合较好,数值模拟能较准确地反映双向开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。研究成果可为双向开缝翅片管换热器的结构与性能优化提供依据。     

开缝翅片换热器三维流动传热特性数值研究

建立了开缝翅片换热器三维流动传热物理模型和数学模型,针对不同开缝位置的换热单元进行数值计算。并应用场协同理论分析了不同入口速度对换热特性的影响。研究表明：对翅片进行开缝能够有效提高翅片管的换热性能、强化传热,且下游开缝比上游开缝换热效果好,全部开缝换热效果最好。随着入口速度的增大4种翅片换热量明显增强,增加入口流速也可提高换热效率,但压力损失较大。计算结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

双开缝翅片空气侧换热和流动特性的数值模拟

利用数值耦合传热计算方法研究了四排管双开缝翅片管式换热器的传热特性和阻力特性,获得翅片附近空气的速度场和温度场,分析了开缝对翅片管换热器换热性能的影响。并针对翅片间距和开缝高度对翅片管换热性能的影响进行了数值模拟分析,得到了开缝高度和翅片间距针对换热系数的最佳组合。     

圆管束中导流器对其自然对流换热的影响

对无限大空间中5根同规格圆管组成的圆管束在管间放置导流器的自然对流换热进行了数值模拟研究。考虑了Ra在10³～10⁴范围内,导流器偏转角为0°～60°,圆管间距为2～4倍圆管直径的自然对流换热,分析了5根圆管的局部Nusselt数（Nu_loc）和平均Nusselt数（Nu_ave）。研究结果表明,导流器对管束结构的自然对流换热影响体现在两方面：一是对导流器下方圆管而言相当于障碍物削弱其换热,二是对导流器上方圆管而言隔绝了下方羽状流的影响,从而增强系统的整体换热。在圆管间距较大时,与无导流器的圆管束相比,C1～C4各圆管换热下降趋势明显放缓,并且从C4、C5圆管换热趋势上升,系统整体换热增强。圆管间距S=2D,Ra=10³,导流器主要起障碍物的作用,削弱C1～C4各圆管换热,导致系统整体换热下降。当导流器偏转角度为45°时系统换热达到最大值,较无导流器时换热最多有着21%的提升。     

平直翅片和开缝翅片换热器特性的数值模拟

翅片管式换热器作为制冷和空调装备中的一种重要设备,具有结构紧凑、制造简单、适用范围广等特点,它的运行状况直接关系到整个换热系统性能的优劣。翅片管式换热器空气侧传热性能以及速度场、温度场分布对换热效果的影响一直是国内外学者研究的重点。利用CFD技术对圆管平直翅片和圆管开缝翅片换热器两种形式下外部空气与翅片的换热效果进行了数值模拟。结果表明,圆管开缝翅片换热器的换热效果更好。     

翅片结构对双向开缝翅片管换热器性能的影响

为了获得翅片结构对双向开缝翅片管换热器传热与阻力性能的影响规律,对不同翅片间距Pf和开缝高度Sh的双向开缝翅片管换热器进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了模化试验验证。结果表明:当Re7200时,增大Pf会提高双向开缝翅片管换热器的传热与阻力性能;当Re7200时,减小Pf会提高其传热性能,降低其阻力性能;随着Sh的增加,双向开缝翅片管换热器的传热性能先降低后提高,阻力性能先提高后降低;对于不同翅片结构的5种双向开缝翅片管换热器,Pf越大,综合流动传热性能越高,但实际换热面积会减小,需综合考虑;在Re=2734~6712范围内数值模拟与试验结果吻合较好,数值模拟能较准确地反映双向开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。研究成果可为双向开缝翅片管换热器的结构与性能优化提供依据。     

一种新型变截面换热管强化传热性能

针对工程中广泛存在的管内层流换热传热系数低的问题进行了强化传热研究,并在传热强化理论的指导下,开发了一种新型变截面换热管。分别建立不同参数下的新型变截面换热管和普通圆管模型,采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究新型变截面换热管结构对管内层流换热的影响。研究结果表明,该新型变截面换热管在层流情况下可较大程度地强化管内换热,而其流阻增加较小,具有良好的综合强化传热性能。在本文研究的范围内,变截面换热管的Nu和η均随L₁/d_i或L₂/d_i的减小而增大,且η>2.22。计算结果为强化管内层流换热提供了一定的指导和理论依据。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S₁、纵向管间距S₂和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明：横向管间距在60.55～70.55 mm范围内,空气侧Nu和Eu均随S₁减小而增大,S₁为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65～75 mm范围内,空气侧Nu随S₂减小而增大,Eu变化不明显,S₂为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5～2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

黏度随温度变化对三角形螺旋夹套内湍流流体流动及换热的影响

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(fRe_m)和平均Nusselt数(Nu_m)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体fRe_m和Nu_m沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。     

润滑油在内插同轴交叉翼型涡产生器管内流动与传热特性分析

以润滑油为工质,采用数值方法对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热进行了数值模拟,分析了不同结构参数如扭率（T_r=3,4,5,6）、间距比（S_s/W=0.8,0.9,1.1,1.2）和基带宽度比（W_b/W=0.30,0.45,0.60,0.75）对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热特性的影响。结果表明：在相同Re下,平均Nusselt数Nu_m、二次流强度Se、强化传热因子JF均随扭率和间距比的减小而增大,而其与基带宽度比的变化没有明显规律,阻力系数f随着扭率的减小和基带宽度比的增大而增大,间距比对f的影响甚微。在相同结构参数下,JF和Se均随Re的增大而增大。在Re=50~1000范围内,相比于光滑圆管,内插不同结构参数的同轴交叉涡产生器的Nu_m增加了32.8%~208.6%,f增加了3.38~8.92倍,JF最大可达1.434。Nu_m与Se呈幂函数相关,内插同轴交叉翼型涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

高低双螺旋片强化套管换热器壳侧换热

采用实验和数值模拟相结合的方法,研究了高低双螺旋片对套管换热器壳侧的强化换热效果.以仅带有高螺旋片的换热器结构为基础,研究了曲率ε分别为0.44、0.321和0.131时,Reynolds数在4000~20000范围内,低、高螺旋片高度之比l/W对壳侧换热平均Nusselt数Nu_m和流动阻力系数f的影响,考察了等泵功条件下换热器的综合传热性能.对ε=0.44的换热器研究结果表明:当l/W>1/2时双螺旋片强化传热效果显著,且研究工况中l/W=3/4时最优,此时与单一高螺旋片相比,Nu_m值平均提高了10.8%;研究范围内,综合强化传热因子PEC数在1.044~1.204.对不同曲率换热器的研究结果表明,同一l/W值下,PEC数随着曲率ε值的增大而增大,说明双螺旋片结构更适合强化曲率较大的套管换热器壳侧换热.     

水-酒精混合蒸气的管外凝结

在不同蒸气压力,相同蒸气流速条件下,完成了不同酒精浓度的混合蒸气在不同管径的竖直管外凝结换热实验。凝结换热特性曲线显示了相似的特性：随着酒精浓度的增加,凝结传热系数显著下降;随着表面过冷度的增加,凝结传热系数显示出有峰值的非线性特点。在相同条件下,半径为5 mm管外的凝结传热系数峰值出现在较大过冷度范围内,且峰值高于在半径为10 mm管外的凝结传热系数峰值。当蒸气压力为84. 52 kPa,流速为2 m·s^-1时,酒精浓度为1%的混合蒸气在半径为5 mm竖直管外凝结传热系数最高达150 kW·m^-2·K-¹,约为水蒸气的8倍。此外,根据记录的凝结形态,珠状凝结出现在很广的浓度以及过冷度范围内。     

螺旋扁管干式蒸发器的传热性能

对螺旋扁管干式蒸发器（TDE）和常规折流板干式蒸发器（BDE）的传热性能进行实验研究。研究了蒸发温度（T_e）、冷凝温度（T_c）、管外壳程流体Reynolds数（Re_o）和热通量（q_i）对传热性能的影响。研究表明,随着T_e、Re_o和q_i的增大,TDE和BDE的传热性能均提高。随着T_c的增大,TDE和BDE的传热性能降低。对装配TDE和BDE的风冷热泵分别进行了测试,测试表明,在相同制冷工况下,TDE的总传热系数比BDE提高了36.3%,风冷热泵的制冷性能系数（COP）相应地提高了6.0%;在相同制热工况下,TDE的总传热系数比BDE提高了41.7%,风冷热泵的制热COP值相应地提高了15.8%;说明TDE可应用于风冷热泵,且其性能优于BDE。     

不同位置射流强化螺旋通道传热性能分析

为了进一步提高并更合理评价射流强化螺旋通道内流体换热的综合性能,改进了射流管的安装位置并提出新的强化传热评价指标。采用实验和数值模拟对比研究了在圆形截面螺旋通道的内侧壁面和外侧壁面分别施加射流的强化传热效果。数值模拟结果与实验测量结果吻合较好。基于相同质量流量,探究了射流入射角度α以及射流与主流质量流量比ε_jm对强化传热特性的影响。考虑射流带来的附加功耗增加,提出以热功系数比(hpc)为评价指标对比分析了综合强化传热效果。结果表明,在α=30°～80°、ε_jm=0.1～1.5的研究范围内,与外侧壁面施加的射流相比,内侧壁面施加的射流对流体扰动更强,传热增强效果更好,同时消耗总功耗更小。当ε_jm=0.5、α=60°时,射流对螺旋通道的综合强化传热效果最佳,内侧、外侧壁面射流下的hpc最高值分别为1.39和1.32。     

梅花孔板纵向流换热器壳程流动与传热的三维数值模拟

基于梅花孔板纵向流换热器的三维物理模型,采用RNG k-e湍流模型,对其壳程流动与传热特性进行了数值模拟,以空气为工作介质,考察了孔板开孔率y=0.148, 0.18和0.214的换热器在雷诺数Re=4000~12000范围内的传热和压降. 结果表明,流体流过梅花孔后产生贴壁射流,射流的卷吸和二次流作用有利于流体的混合与传热. 换热器壳程平均努塞尔数Nu和单位长度压降Dp/lz均随开孔率y和折流板间距L减小而增大;与相同条件下弓形折流板换热器相比,在研究范围内,该流换热器的Nu提高了14.9%~52.88%,Dp增减幅度为152.85%~-16.62%,综合性能系数PEC为1.03~1.44,适当增大开孔率y和孔板间距L可提高换热器的综合传热性能.     

超高参数CO2在垂直管中的传热分析

在均匀加热条件下,开展了超高参数二氧化碳在垂直上升管中的传热特性实验研究。实验段内径为10.0mm,实验参数范围：压力p=8.21～20.6MPa,热流密度q _w=95～300kW/m²,质量流速G= 1000～1232.5kg/(m²·s)。分析了入口温度、压力和热流密度对传热的影响规律。实验结果表明,在热流密度、压力和质量流速一定的条件下,入口温度对传热有明显影响,当T _in<T _pc时,在拟临界温度前壁温出现峰值,达到峰值点随后又逐渐下降,即传热出现了恶化现象。但是当T _in>T _pc时在同样的工况下,壁温沿着主流焓值单调上升,无明显的壁温峰值出现,这意味着传热恶化只发生在T _in<T _pc时。在T _in>T _pc的超临界工况下,压力和热流密度对传热的影响较小,工质遵循单相强制对流换热。将实验数据与选取的典型传热关联式作比较,结果显示,经典的D-B单相湍流对流公式计算的换热系数和壁温已达到了满意的预测精度。     

环形通道内层流入口段换热及流体变物性的影响

采用SIMPLER算法对环形通道内二维定常轴对称入口段流动与换热进行了数值计算, 研究了两种边界条件下的层流流动与换热规律, 给出了不同Prandtl数以及半径比率下沿程Nusselt数的变化曲线,同时还给出了流体物性随温度变化对流动与换热的影响, 最后还拟合出了不同半径比率下平均Nusselt数的关联式.计算结果还表明,环形通道能强化传热,强化程度随半径比率减小而增大,且入口段的换热强化与其较高的径向速度有关.