泰勒涡流流动及强化传热数值研究

泰勒涡流为叠加于剪切流之上的二次流,其具有强化传热作用,在航空、水处理、制药工程和化工等领域都具有很大的应用价值。运用Fluent软件,建立长径比Γ = 30的模型并对同轴套管间的流态演变和传热特性进行了数值模拟。模拟结果显示了环隙内流体流态随着内筒转速增加的演变过程,表明在存在径向温差的情况下,涡流的存在强化了传热效率。对不同转速下的强化传热效果进行了对比分析,并确定了最佳状态点。     

带短肋翅片管的强化传热机理研究

同时对普通翅片管和带有两个短肋的翅片管在均匀流场中、不同雷诺数下进行了流场和传热的数值模拟,分析了带有短肋的翅片管强化传热的机理。结果表明,由于翅片上带有的短肋和短肋后面的开孔,减少了翅片管管后流动的死滞区,提高了局部地区流体的流速,增加了扰动,从而起到了强化传热的作用。取入口雷诺数为20000时,加装短肋后可使总传热量增加5.1%,平均表面传热系数增加23.56%。随着雷诺数的增加,总换热量增加,强化传热效果也增强。     

矩形通道内冲孔矩形小翼涡流发生器的流动换热特性

雷诺数Re=214～10 703时,通过数值模拟方法对布置有冲孔和无孔的两种矩形小翼涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。计算结果表明:在低雷诺数下,冲孔矩形小翼涡流发生器的传热因子j值与无孔矩形小翼涡流发生器相差不大,而在高雷诺数下,冲孔涡流发生器的传热因子j值略低于无孔涡流发生器,大约低1.03%～3.05%。在相同的雷诺数下,无孔矩形小翼涡流发生器的阻力因子f大于冲孔涡流发生器,而且随着雷诺数的增大二者的差距也越来越大。通过对比综合性能指标可知,两种通道的综合性能指标均随着雷诺数的增加而减小,而且冲孔矩形小翼涡流发生器的综合性能要优于无孔矩形小翼涡流发生器。     

矩形通道中不同楞型涡流发生器的CaSO4污垢特性

为研究不同楞型涡流发生器的污垢特性,对安装有相同长宽高的圆形楞、矩形楞和三角楞三种涡流发生器的矩形通道进行了模拟研究。在入口温度不变的情况下,分别考察了工质流速、质量浓度以及壁面温度对三种涡流发生器污垢特性的影响。结果表明:三种涡流发生器的污垢热阻都具有相同的变化趋势。随着速度、质量浓度和壁温的增大,污垢热阻达到平衡的时间越来越短。污垢热阻随着流体速度的增大而减小,随着工质质量浓度的增加而变大,随着壁面温度的升高而增大。在相同的工况条件下通过对比三种涡流发生器可知,装有圆形楞涡流发生器的通道内污垢热阻渐近值最大,矩形楞次之,三角楞最小。     

一种强化太阳能换热的新型涡流发生器换热机理与实验研究

提出一种强化太阳能热风干燥器和集热器气侧换热的新型涡流发生器—斜截半椭圆柱体,并对其进行了实验研究及机理分析。在雷诺数为4000～38000的紊流范围内对矩形风道内分别布置单排一对直角三角翼、矩形翼、梯形翼、斜截半圆柱体、斜截半椭圆柱体等涡流发生器的强化传热效果和压降特性进行了对比实验。实验在稳态的气水逆流换热方式下进行,并固定各涡流发生器的高宽比为1/2,该迎流攻角为60°。结果表明,斜截半椭圆柱体是具有优越的强化气侧换热效果和低压降特性的新型涡流发生器。该对这种新型涡流发生器强化换热的机理作了初步分析。     

两种柱形涡流发生器CaSO_4析晶污垢特性实验研究

为得到涡流发生器污垢规律,采用质量浓度为2 100mg/L的硫酸钙过饱和溶液进行了传热过程中的污垢生成实验,并通过离线称重法得到了装有涡流发生器试片表面单位面积污垢沉积量生长曲线.结果表明：涡流发生器直径和排列间距对壁面污垢沉积量有显著影响.当涡流发生器直径（4mm）一定时,试片表面单位面积污垢沉积量均随着涡流发生器排列间距的增大而增加;在排列间距（10mm）一定时,污垢沉积量随着涡流发生器尺寸的增大而减少.     

运行工况对圆形楞涡流发生器CaSO4污垢特性的影响

为了研究运行工况对圆形楞涡流发生器CaSO4污垢特性的影响。采用数值模拟方法研究了布置圆形楞涡流发生器矩形通道内壁面CaSO4析晶污垢的沉积过程。主要分析了CaSO4溶液的浓度、壁面温度、入口速度和入口温度对污垢沉积率、剥蚀率和污垢热阻的影响。结果表明,随入口速度的增大沉积率和剥蚀率均增大,而污垢热阻值降低。随着壁面温度的增大沉积率、剥蚀率和污垢热阻均增大。随工质浓度的增大沉积率、剥蚀率和污垢热阻也是均增大。随入口温度的增大沉积率、剥蚀率和污垢热阻却基本不变。     

太阳能热水器传热传质和强化传热研究

在低温太阳能光热光伏联合应用试验台的基础上,结合GB/T 17049—2005,利用Gambit、Ansys Fluent和Tecplot软件,对全玻璃真空管太阳能热水器进行传热传质和强化传热分析。结果表明:所建立的二维数值计算模型,能准确反映同一条件下,全玻璃真空管太阳能热水器的变化趋势;在数值模拟基础上,确定了单面受热时的最佳安装角度为51°,加装反光板类似双面受热的最佳安装角度为38°;在粗略估算和细化分析的基础上,确定了不同真空管结构的最佳导流板长度及安装位置;通过实验和数值模拟,确定了58mm×1 800mm为优化的全玻璃真空管结构。     

不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

纵向涡发生器几何参数对微通道流动传热特性的影响研究

为增强微通道的流动和换热特性,对微通道结合纵向涡发生器进行了数值模拟,分析不同雷诺数下纵向涡发生器的长度、横向间隙对微通道流动与换热性能指标的影响。结果表明:在进口速度为0.5～2 m/s时,雷诺数的增加会引起微通道内的换热性能增强,摩擦因子减小及综合传热性减小;涡发生器长度对换热影响较小,但增加涡发生器长度会引起阻力增加,横向间距对阻力影响较小,但增加横向间距会引起换热性能提高;涡发生器长度为0.30～0.40 mm时综合因子为0.94～1.21,横向间隙为0.1～0.5 mm时综合因子为0.88～1.17;纵向涡发生器长度为0.3 mm和横向间隙为0.5 mm时,有利于综合传热性能的提高。在低雷诺数时微通道结合纵向涡发生器的强化传热和综合传热因子要比高雷诺数时好。     

Heat Transfer Enhancement in a Diffuser by Inserting Vortex Generators on an Unheated Side

The experimental investigation of heat transfer enhancement and flow analysis in a diffuser using vortex generators (VGs) is carried out. Two diffuser angles are examined. One and two VG pairs are considered. The velocity profile at the diffuser inlet is uniform and the flow is a developing one. The VGs are placed on the side opposite to the heated surface. It is observed that the heat transfer enhancement is more with the two pair case. The Reynolds number based on inlet velocity and diffuser length is in the range 2.3 to 3.6E05. The maximum enhancement is 62% at constant Reynolds number and 40% at constant dissipation. The enhancement increases with the angle of attack of the VG and decreases with the diffuser angle and with Reynolds number.     

纵向涡发生器传热强化的研究进展

通过对纵向涡发生器研究进展的回顾,可以看出以往的研究主要集中在纵向涡发生器对气体介质的传热强化上,而对液体介质的传热强化作用的研究较少.运用场协同原理对纵向涡的产生和传热强化作用机理作出了初步解释.下一步的研究工作首先应对纵向涡发生器的几何尺寸进一步优化,其次针对矩形窄通道内液体的强化传热进行深入研究,最后以水为介质时,针对纵向涡发生器对窄间隙矩形通道内临界热流密度的影响机理进行研究.     

纵向涡强化换热的优化设计及机理分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.深入分析了纵向涡对流场和温度场的影响,并通过场协同原理揭示了纵向涡强化换热的根本机理,即减小了速度和温度梯度之间的夹角,改善了速度场和温度场的协同性.在此基础上,对纵向涡发生器的布置位置(上游布置和下游布置)和纵向涡发生器的攻角α(15°,30°,45°,60°)进行了优化设计.结果表明:当纵向涡发生器布置于换热管下游时,具有更好的强化换热能力;在纵向涡发生器采用下游布置的前提下,当纵向涡发生器的攻角α=30°时,具有最佳的强化换热能力.     

管排数对三角小翼式涡产生器式管片换热器换热影响的数值分析

通过数值模拟的方法,研究了三角小翼式涡产生器式错排圆管管片换热板芯在1,2,3,4四种不同管排数下的局部对流换热系数以及平均对流换热系数、阻力系数,得出管排数对换热与阻力性能的影响规律,为进一步提高换热器换热性能提供了理论依据。     

管内置矩形翼涡产生器二次流特性及其与换热的关系

采用数值方法研究了均匀壁温(uniform wall temperature,UWT)热边界条件下圆管内置扭曲翼型涡产生器管内二次流特性及其与对流换热强度的关系。采用无量纲参数Se量化了管内的二次流强度,分析了矩形翼涡产生器主攻击角α、涡产生器间距S_t和基带宽度W对二次流强度和对流换热强度的影响,建立了二次流强度Se和对流换热强度Nu_m与翼型涡产生器结构参数的拟合关联式。结果表明,内插矩形翼涡产生器管内二次流强度是其对流换热强度的决定因素。     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。     

线-板结构离子风发生器强化通道内对流换热的数值研究

离子风发生器是利用电晕放电引起空气流动的一种装置。利用COMSOL Multiphysics软件建立了基于线-板电极结构离子风发生器的计算模型,对离子风发生器强化通道内对流换热的能力开展了数值模拟研究。针对入口风速、发射极电压、初速度方向以及电极水平间距这4个关键因素进行研究,分析了4种因素对强化换热效果的影响。模拟结果表明:在入口风速较小时,离子风对换热的强化效果更好;当发射极电压较高,离子风射流和主流方向相反时,离子风的扰动作用更剧烈,对换热过程有更加显著的增强作用。而电极水平间距则存在最优值,可以使换热效果达到最优。     

纳米流体传热强化技术

主要汇总了国内外纳米流体传热强化技术的研究成果,对纳米流体传热强化技术的国内外研究发展状况进行了综述;针对纳米流体的物性参数及流动情况,分析了纳米流体的强化传热机理;并具体阐述了纳米流体的主要物性参数——导热系数和粘度的影响因素;叙述了纳米流体的在各个领域中的应用并对其未来进行了展望。