纵向涡强化圆管内换热的数值模拟及性能分析

对布置有涡发生器小翼对的圆管内部湍流流动和强化传热特性进行了三维数值模拟。研究了涡发生器的形状和对数对流动传热特性的影响并采用综合性能指标进行优化。结果表明：涡发生器后横截面上产生的多纵向涡结构使管内流体混合更加充分,促进了壁面边界层与主流的动量和能量交换,提高了传热强度。每排4对矩形小翼时的换热性能最好,Nusselt数比光管平均提高了27.2%。相同形状下,每排4对涡发生器的综合性能均高于每排3对;相同对数下,梯形小翼的综合性能最好,三角形小翼次之,矩形小翼最差。每排4对梯形小翼时的整体综合性能最优,性能评价标准达到了0.97～1.07。     

涡强化扁管管片散热器流动与传热的数值模拟

以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法,在Re=300～1800的范围内对涡强化扁管管片散热器初始段层流状态下的流动与传热进行了模拟分析,说明了涡产生器横向位置,即交错系数Sr改变时对局部Nu_local和横断面上的平均Nu_b的影响,并通过实验数据验证了数值模拟方法的正确性,证实了通过数值模拟的方法研究、开发换热板芯的可行性.     

弯曲内肋换热管综合换热性能的数值模拟

基于纵向涡强化换热理论提出了新型的强化换热管--弯曲内肋强化换热管。运用数值计算的方法,在Re=500～40000研究了新型强化换热管结构参数肋宽a、导程p、肋深e和Re数对Nu、f及换热性能评价指标PEC的影响,并拟合出换热管Nu、f的量纲为1关联式。结果表明:由于内肋的作用,在换热管的近壁面区域能够有效诱导产生沿纵向的涡旋结构,破坏壁面边界层,实现强化换热;导程p和肋深e对综合换热性能影响较大,肋宽a对综合换热性能影响较小,在Re=500～40000范围内,新型换热管较优的结构参数为p=10mm、e=0.6mm、a=1.8mm;与普通平滑圆管相比,当Re<2300,其换热性能Nu可达到普通圆管的2.9～7.0倍,沿程阻力系数f约为普通圆管的1.4～3.6倍;当500< Re <2300,其综合换热评价指标PEC可以达到2.6～4.6;当2300 <Re <40000时,其PEC可以达到1.2～2.3。     

内插梯形扰流片的矩形通道内涡流和传热特性

利用Realizable k-ε湍流模型对带缺口的梯形扰流片进行流动和传热特性的数值模拟,研究了梯形扰流片的缺口位置及流动方式对矩形通道内流场以及传热的影响,同时通过对涡量、流线、流速分布、压力变化、湍流强度等的分析,揭示了扰流片强化传热的机理。结果表明,逆流时Nusselt数比顺流时提高了21.7%,同时摩擦因子也提高了25%。顺流时内侧缺口绕流片提高了传热系数的同时也增加了摩擦阻力,而外侧缺口的绕流片降低了传热系数同时也降低了形状阻力。研究发现较低Reynolds数下(10000相似文献   

矩形窄通道内带纵向涡发生器的传热强化

对带有纵向涡发生器的水平矩形窄通道内水的强化传热与阻力特性进行了实验研究,得出了Re在3000～20000(过渡区和湍流区)范围内纵向涡发生器不同安装形式对水的流动与换热特性的影响规律.结果表明：带纵向涡发生器(LVGs)的通道比光通道的传热因子j提高了25％～55％,同时阻力有所增加.在3种不同比较准则(相同泵功、相同压降及相同质量流量)条件下,两侧安装有交叉方向LVGs的通道换热效果较好,顺流方向换热效果略好于逆流方向.     

新型纵向流一体式翅片管换热性能数值模拟

为达到提高壳侧传热系数的同时又具有较低的压力损失的目的,提出了新型纵向流一体式翅片管。针对翅片与管壁夹角的变化影响传热效率的问题,根据有无翅片、翅片夹角的不同、翅片种类的不同,利用计算流体力学(CFD)软件建立了7种周期性单元流道,并对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,分析了不同流速的介质在流道中的扰动、压降及温度变化。模拟结果表明,在所有的翅片管中翅片夹角为105°翅片管的换热系数最高,翅片夹角为105°翅片管换热系数约为光管的1.4—1.6倍,压降仅为横向掠过的圆形翅片管的0.018—0.15倍。翅片夹角为105°时,翅片管综合性能较优,对烟气换热器应用提出了数值保障。     

小尺度涡流发生器强化传热的数值模拟

采用数值模拟方法,对布置有不同高度小尺度涡流发生器的矩形槽道,在Re=4000～10000的范围内进行了模拟计算。结果表明,小尺度涡流发生器由于其高度的不同引起对流换热和压差的变化,分析了小尺度涡流发生器所诱导的流向涡和展向涡对强化传热影响的内在机理,并对所产生的涡旋对槽道中压力分布的变化进行了分析。采用一种综合考虑对流换热和流动阻力的评价标准对不同高度小尺度涡流发生器的传热和流阻特性进行对比评价。     

矩形纵向涡发生器平板强化换热的实验研究

利用热质比拟萘升华技术,在吸入式风洞中对矩形纵向涡发生器平板强化换热进行了实验研究。在雷诺数范围2.3×105~5.4×105内,通过改变涡发生器迎流冲击角β,得到强化换热的效果,并对参数进行优化。     

涡发生器强化环形翅片管束管外传热的数值研究

针对大型商用厨房排烟温度高、能源利用率低等问题，提出了一种大型商用厨房余热回收再利用系统，该系统以分离式热管换热器作为主要的换热元件。对热管换热器蒸发段环形翅片管束管外进行强化传热数值模拟，通过增添涡发生器来提升环形翅片管外的综合换热性能。研究表明：内八型摆放形式的矩形涡发生器，其综合评价因子相较于其他涡发生器和摆放形式更优，能更好地压缩管后低速回流区的涡旋，产生纵向涡，加剧冷热流体掺混，努塞尔数比环形光翅片提升了42%～58%，综合评价因子提升了16.2%～35.6%；涡发生器在环形光翅片上相对位置为极径14 mm，极角60°和75°时，管束的综合换热性能更好。     

四叶片组合静态混合器湍流传热性能的数值模拟分析

采用Fluent计算软件对四叶片组合静态混合器内湍流换热进行数值模拟并与SK型静态混合器进行对比,结果表明,在104≤Re≤105范围内,前者的传热效率比后者提高约20%. 运用场协同理论对结果进行了分析,新型静态混合器传热效率较高的主要原因为,在一个截面上有4个旋向与叶片旋向相同、旋涡半径近似等于叶片半径的纵向涡及4个旋向与叶片旋向相反、旋涡半径小于叶片半径的纵向涡,这些纵向涡能强化换热;与SK型静态混合器相比,新型静态混合器管内温度梯度基本相同,管内中心区二次流流速一定程度降低,而近壁区二次流流速差别较小,但速度场与热流场的协同程度得到明显改善.     

换热管内塑料螺旋管强化传热的三维数值模拟

利用Fluent 6.2及辅助软件,对装有塑料螺旋线的换热管内流体流动及强化传热进行了计算机三维数值模拟,分析并比较了光管与有内置塑料螺旋线管的情况下管内流速、湍流度以及对流传热系数的分布改善情况,得出了流体的流动和传热特性。研究表明:螺旋通道内的流体明显的存在轴向、切向以及径向速度,且比光管的大。由于螺旋线的存在使得螺旋线管内流体的湍动程度加剧,它不仅阻止了污垢的生成,而且还有效的强化了管内的对流传热,其表面平均传热系数较光管提高了近20%左右;螺旋线管所带来的管路压降在工程容许的范围内,适用于流速低于0.8 m/s的换热器中。     

三角形纵向涡在管翅式换热器的应用及优化

纵向涡能够在增加管翅式换热器换热系数,同时较小幅度地增加其流动阻力。本文通过对4种结构的翅片(未进行任何处理的平翅片,结构为高为H3/6、H4/6、H5/6且攻角为30°长高比为2)进行数值模拟。结果显示安装纵向涡发生器的翅片的传热系数明显增强,且最高增加49%。在换热系数增加的同时阻力系数j也有明显的增加。其中安装纵向涡H5/6型翅片的阻力因子增加最小与平翅片几乎相同。最后本文通过对综合评价因子j/f的比较得知安装H5/6型纵向涡翅片具有最好的综合效果。     

椭圆管束对流换热性能的数值模拟研究

运用计算流体力学(CFD)FLUENT软件,对水横掠叉排椭圆管束时管外流动和换热性能进行了二维数值模拟。结果表明,增加纵向或横向管间距,管束尾部的漩涡数量和大小都会有所增加,换热性能降低;纵向或横向管间距的减小,都会对尾部漩涡产生抑制作用,使换热性能提高。来流速度的增加会使管束换热效果增强。综合考虑管束换热性能以及阻力因素,纵向管间距与管束特征尺度的比值为3.0~3.5、横向管间距与管束特征尺度的比值为1.75,来流速度为4m/s时,可以实现低压损的情况下换热效果的显著提升。     

换热管内插螺旋强化传热的数值模拟

换热管内插入钢丝螺旋改变了管内的流动状态。通过数值模拟,研究内插螺旋换热管内速度场与温度场的分布特性,对空管和内插螺旋换热管进行了比较。模拟结果表明,在相同条件下,内插螺旋能够有效地改善换热管内速度场和温度场,验证了管内插螺旋是提高换热性能的有效手段。     

滴状冷凝强化传热管制备及性能研究

采用涂覆-热处理法制备了二甲基硅油膜、硅橡胶膜、纳米白炭黑-硅橡胶膜滴状冷凝强化传热管。研究了二甲基硅油、107硅橡胶、纳米Si O2在铸膜液中浓度对热通量、总传热系数、冷凝传热系数及表面传热温差等的影响,并用傅里叶红外光谱和接触角对本实验所制备的传热管表面进行了分析。结果表明:实验所制得的4种类型的传热管均可以实现滴状冷凝现象;与相应的膜状冷凝相比,纳米白炭黑-硅橡胶膜的冷凝传热系数提高了3.1~3.3倍,传热效果最好;二甲基硅油膜强化传热管的传热效果次之,与相应的膜状冷凝相比,其冷凝传热系数提高了1.9~2.1倍;两种膜的表面温差分别约为相应膜状冷凝的1.3~1.4倍和1.2~1.3倍。     

气固耦合传热数值模拟在篦冷机冷却熟料过程中的应用研究

利用多孔介质模型和气固耦合传热模型计算了5 500t/d规格的篦冷机冷却高温物料的过程,得到了篦冷机内部的流场和温度场;了解了篦冷机内部流场和温度场的一些运行规律,加深了对篦冷机工作机理的了解;通过计算数值和实测数值的对比,验证了此方法的可行性,利用此方法得出的数值可为余热发电、配风优化等提供数据参考。     

内模填充衣架式机头内物料停留时间的数值模拟

采用有限元分析软件Polyflow对机头流道进行三维模拟,探讨了通过内模填充流道的方法使用同一个机头生产不同幅宽的片材,研究了不同内模夹角对流道内流体停留时间的影响。结果表明：流道内物料主要停留在歧管端部;最长停留时间主要受最小死区夹角影响,并与其增减趋势一致;内模夹角为40°时,流道内流体最长停留时间最短,物料停留体积最少。     

基于二次三角形单元的注塑充填数值模拟

采用有限单元方法,用二次三角形单元对注塑成型制品典型截面的充填过程进行数值模拟.其中速度场采用6结点三角形插值,压力场采用3结点三角形插值.并通过算例给出熔体充填过程中典型截面的速度场、压力场分布,模拟出熔体前沿在截面方向上的喷泉流动效应.     

升气管插入深度对旋风分离器流场影响的数值模拟

基于计算流体动力学（Computationalfluiddynamic,CFD）的数值模拟方法,在FLUENT软件平台上,应用大涡（LES）模型模拟了升气管插人深度对旋风分离内部流场的影响。计算结果表明,升气管的插入深度对旋风分离器的流场有很大的影响,随着插入深度的增加,切向速度会减小。本次模拟中还出现了旋涡端部的现象,且随着升气管插入深度的增加,旋涡端部的位置也随着下降,这能够增大分离空间,有利于分离。