小型叠板式换热器传热与流阻特性实验

研究了一种小型叠板式换热器,它由多块紫铜薄板叠合而成,薄板表面加工有2个分布腔和微通道阵列,微通道采用精密铣削加工.通过实验研究不同流速下微通道深度、分布腔形状以及换热器放置方式对传热、流阻和综合性能的影响.结果表明,传热体积是决定单位体积传热系数大小的首要因素,在传热体积相等情况下,单位体积换热面积是决定单位体积传热系数大小的主要因素.在3种影响因素中,微通道深度对换热性能影响较大,微通道深度为1 mm的换热器传热性能比深度为2 mm的提高了30%～60%;换热器放置方式对流阻和综合性能影响较大,换热器入口放置在下端时压力损失比放置在上端时下降约26%,综合性能则提高了约30%.     

细小槽道换热器内相变微胶囊悬浮液对流传热DPM模拟

基于离散相模型,采用颗粒比热容随温度变化分段函数描述颗粒的相变过程,模拟了相变微胶囊悬浮液在细小槽道换热器内的对流传热特性,考察了不同入口流量时换热器进出口压差及温差的变化规律,并与纯水进行比较,分析了换热器内部及加热面温度分布,研究了换热器典型通道修正的局部努赛尔数Nux*沿流动方向的变化规律. 结果表明,相变微胶囊悬浮液在换热器内的压损随流量变化规律与纯水一致,较纯水有所增大;引入相变微胶囊颗粒减缓了加热面和流体温度升高的速率,使换热器出口及加热面的温度比纯水低;受进出口位置影响,换热器内温度呈现中间通道低、向两侧逐渐升高的分布规律. 不同通道的Nux*沿流动方向的变化规律存在一定差异,部分通道内相变材料完全融化,而部分通道内相变材料尚未完全融化就流出换热器. 需改进换热器进出口位置或对换热器内部结构进行优化设计以获得较好的流量分配特性,从而改善换热效果.     

微换热通道的几何特性对多孔微型换热器传热特性的影响

基于有限元法原理,利用Fluent流体仿真软件,针对多孔微型换热器的几何特性对传热特性的影响进行了数值模拟,分析了换热管道高宽比、长径比、孔隙率、当量直径和截面形状对多孔微型换热器传热特性的影响。结果表明,多孔微型换热器的换热性能随矩形截面微通道高宽比的增大而提高,随微通道长径比的减小而降低,随微通道孔隙率的减小而降低,随微通道当量直径的增大而提高,且在使用等量冷却剂的条件下,截面形状为等腰三角形的多孔微型换热器换热性能优于截面形状为梯形、矩形和圆形的。     

螺旋片强化的套管式换热器壳侧传热特性

为揭示螺旋片强化套管式换热器壳侧传热的机理,以指导此类换热器的进一步强化,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行了实验研究,并与光滑内管换热器进行了比较;利用可实现的k-ε湍流模型,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧流体的流动和传热特性进行了数值模拟,研究了正交螺旋坐标系下壳侧螺旋通道中的流场结构.实验结果表明...     

方形微通道内超临界CO2流动换热特性研究

采用SST k-ω湍流模型对加热条件下超临界CO₂在方形微通道内的流动换热特性进行了数值模拟。通过对比三种壁面平均传热系数、浮升力参数和二次流强度的沿程变化研究了管型、热通量、质量流量和倾斜角度对微通道内流动换热性能的影响。结果表明：水平方形微通道的整体换热性能优于相同水力直径的半圆形微通道。流体域典型截面的温度分布、速度分布和湍动能分布等信息可以很好地解释水平方向流动时上、下壁面传热差异的现象。减小热通量、增大质量流量或减小流体流动方向与重力方向之间的夹角,可提高方形微通道的整体换热水平。该模拟结果对以超临界CO₂为工质的微通道换热器的设计和优化具有一定的理论指导意义。     

基于正交试验设计的CO_2微通道气冷器流量分配研究

针对目前微通道气冷器流量分配不均的问题,利用FLUENT软件对微通道气冷器流动特性进行数值模拟,并采用正交试验法,优化其结构参数。模拟结果表明,兼顾总的流量分配不均度和进出口压降两个指标,在研究参数范围内,最优组合为组合深度0.4,扁管长度200 mm,扁管排数8,扁管间距9.0 mm,微通道孔径0.6 mm,微通道孔数9。将数学统计方法与数值模拟相结合,为换热器优化结构的研究提供一种新的途径。     

分相式多孔壁微通道流动冷凝传热强化与减阻

微通道换热器应用广泛,强化传热和减阻是新型换热器设计的重要目标。为了同时实现这两相目标,本文提出了一种分相式多孔壁微通道冷凝器,利用微针肋阵列组成的多孔壁在冷凝传热过程中实现了汽液两相分离。采用实验研究方法对比了分相式多孔壁微通道与普通实心壁微通道的流动和传热特性,结果证明分相式微通道在冷凝传热中同时具备强化传热和减阻的作用。深入研究了通道内两相流动摩擦耗散原理并提出了相分离减阻理论,指出汽液两相流内部摩擦耗散的减小是分相流减阻的关键。另一方面,分相过程使针肋换热面侧壁直接与高温蒸汽接触,极大消减了蒸汽与换热壁面之间的传热液膜厚度。沿流动方向不断扩展的液通道截面与不断减缩的汽通道截面积适应了流动冷凝过程延工质流动方向"水渐多,汽渐少"的规律,保证沿程传热效果不会恶化。     

微细通道换热器传热与阻力特性的实验研究

微细通道换热器在电子器件水冷散热领域有着广阔的应用前景,然而传统微细通道换热器采用钎焊工艺,焊接过程中所使用的钎料容易堵塞通道,本文采用扩散焊工艺制造了一款具有良好强度和完整性的微细通道换热器,不需要采用任何钎料。通过实验研究了该微细通道换热器的传热和阻力特性,分析了变工况条件下相关性能参数的变化趋势,最后获得了可以用于指导微细通道换热器设计的传热和阻力实验关联式。     

列管换热器捷算线图

化工传热计算主要有两类:一类是设计计算,即根据生产要求的热负荷,确定换热器的传热面积;另一类是校核计算,即计算给定换热器的传热量、流体的流量或温度等。对前一类的计算,通常采用平均温度差法。计算中由     

周期性扩缩微通道接触冷凝流动及传热特性

为了研究各参数对微通道流动及传热特性的影响,以水和水蒸气为工质,对周期性扩缩微通道接触冷凝流动及传热特性进行了实验研究.实验结果表明:周期性扩缩微通道内的主要流动形式为弹状流,在蒸气量不变的情况下,改变液相流量对流型的影响不大.由于周期性扩缩微通道能够有效打破流体的边界层,与直通道相比周期性扩缩微通道对传热有较大的强化...     

微通道内超临界氮气三维热流场实验与数值模拟

利用实验与数值模拟相结合的方法研究了超临界氮气（SCN₂）三维热流场特性,在用实验数据验证数值方法可靠性基础上,分析了压力（3.6~7 MPa）和质量流速［800~1200 kg/（m²?s）］对SCN₂对流传热特性的影响,揭示了微通道圆管不同圆周方向上SCN₂热流场规律。结果表明：在低压力和高质量流速下,同一轴向位置处,径向内壁温最大值出现在圆管90°处;质量流速越大,内壁温最大值和对流传热系数最小值由圆管180°向90°处发生了转移;当浮升力系数Gr*/Re²>1时,浮升力有利于强化圆管底部区域流体传热能力;基于获得的数据,提出了一个新的适合预测微通道圆管内SCN₂对流传热特性的无量纲换热关联式,预测误差小于20%。研究结果为微通道换热器优化设计提供了参考。     

PCHE内轴向导热对局部换热性能的影响研究

通过改变印刷电路板式换热器（PCHE）通道壁厚、直径以及冷热侧CO₂进口温度差,数值分析了层流条件下,轴向导热对PCHE内超临界压力CO₂流动换热的影响。结果表明,考虑轴向导热时,局部热通量沿程变化更加平缓,冷侧对流传热系数在小于拟临界温度区域变小,而热侧对流传热系数在小于拟临界温区域增大;轴向导热仅对热效率峰值附近区域有所影响,其使得峰值略有增大且向低温侧移动;传热熵产主要发生在高温区域,轴向导热可有效降低局部传热熵产。增大壁厚和直径可增大轴向导热的影响,而增大进口温差,轴向导热的影响变化不大。     

轴向导热对微通道内传热特性的影响

以去离子水为工质,在当量直径为155.3 μm的三角形硅基微通道中进行了传热特性的实验研究;采用轴向导热与总加热量的比值和轴向导热准则数来分析轴向导热对微通道内传热特性的影响;基于实验结果,对入口段长度进行了计算。根据红外热像仪的测量结果,局部壁面温度沿流动方向上呈非线性规律分布,并计算得出局部Nusselt数沿流动方向上的分布规律。轴向导热与总加热量的比值的变化范围为0.106～0.275,表明轴向导热对微通道内传热特性的影响显著,特别是在Reynolds数较小的情况下。对轴向导热准则数进行了新的修正,在热流密度与入口温度相近的情况下,轴向导热准则数随Reynolds数的增加而减小。     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。     

印刷电路板式换热器内超临界甲烷流动换热特性模拟

印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger,PCHE）作为一种新型高效微通道换热器,将其应用在LNG浮式储存与气化装置（FSRU）上具有非常大的潜力。对超临界甲烷在PCHE通道中的流动和传热特性进行了数值模拟,结果表明：传热系数随温度先增大后减小,并在准临界温度（202～212 K）处达到峰值;压降随温度先保持不变,然后在准临界温度附近急剧上升,之后随温度增大的趋势变缓;当温度在准临界温度附近时,低质流密度下增大热通量会恶化传热;不同压力下传热系数均在准临界温度处达到峰值;温度低于准临界温度时,压力对压降的影响可以忽略,温度高于准临界温度时,压降随压力增大而显著降低;压力由6.4M Pa提高到8.5 MPa时,传热最大降低32.5%,压降最大降低28.5%;开发的换热和压降关联式平均误差分别为5.6%和4.2%。     

换热网络的热流均匀性因子

提出并建立了能够评价换热网络换热效能的热流均匀性因子,在两个条件下对该因子进行验证和分析。首先,在相同结构上保持换热器单元总面积之和不变的条件下模拟计算,考察热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系,并与温差均匀性因子进行比较;其次,在改变换热网络结构的条件下优化计算,考察各优化结构的热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系。通过两个具体的换热网络实例验证该因子,结果表明：热流均匀性因子越小则对应的换热网络总体换热效能越好。由此说明本研究建立的换热网络的热流均匀性因子能够从总体上反应换热网络的换热效能,能够作为其换热效能的一种新的评价指标,并能为换热网络的综合及优化提供新的思路。     

不同热边界条件下板翅式换热器轴向导热对换热的影响

基于MATLAB编程,采用分布参数法构建了逆流板翅式换热器的二维计算模型,并与Claude循环氦液化器中多股流板翅式换热器的实验结果进行比较,数值结果和实验结果的吻合程度很好。研究了轴向导热对板翅式换热器换热能力的影响,发现考虑轴向导热的有效度相较于不考虑轴向导热降低了21.8%,且由于轴向导热将隔板冷端和热端的绝热边界条件施加的影响向换热器计算域内部传递,引发了换热器入口区域流体温度的畸变。而在隔板的冷端和热端分别采取定壁温或定热流的边界条件时,流体入口区域温度畸变几乎消失。在考虑轴向导热时,与隔板两端绝热边界条件相比,定壁温边界条件有效度增加35.8%（{\epsilon }_{\mathrm{c}}）和31.7%（{\epsilon }_{\mathrm{h}}）,定热流边界条件有效度增加22.8%（\epsilon）。     

直流蒸汽发生器蒸干及蒸干后传热数值分析

准确预测直流蒸汽发生器流动沸腾及蒸干对其设计、安全可靠运行极其重要。通过对B&W公司直流蒸汽发生器进行合理简化,引入两流体三流场数学模型及壁面热通量分区模型,分别进行基于常热通量和耦合传热的蒸汽发生器流动沸腾数值模拟。结果表明：蒸干发生时传热性能急剧下降,常热通量边界下壁温升高的幅度相当大（约300 K·m^-1）,而耦合传热边界下壁温飞升幅度约为25 K·m^-1,与实际情形相一致;两种热边界中预热区会发生过冷沸腾,壁面处传热由液相对流换热、淬火换热和蒸发换热3部分构成,核态沸腾区蒸发换热为主要换热方式,同时伴随着液相对流换热和淬火换热,蒸干发生时淬火换热和蒸发换热全部降到0,在蒸干后传热区域换热方式为气相对流换热。     

Numerical study on non-uniform heat transfer deterioration of supercritical RP-3 aviation kerosene in a horizontal tube

The convective heat transfer of supercritical-pressure RP-3(Rocket Propellant 3) aviation kerosene in a horizontal circular tube has been numerically studied, focusing mainly on the non-uniform heat transfer deterioration along the circumferential direction. The governing equations of mass, momentum and energy have been solved using the pressure-based segregated solver based on the finite volume method. The re-normalization group(RNG) k-ε turbulence model with an enhanced wall treatment was selected. Considering the heat conduction in the solid wall, the mechanism of heat transfer deterioration and the buoyancy effect on deteriorated heat transfer were discussed. The evolution of secondary flow was analyzed. Effects of the outer-wall heat flux,mass flux, pressure and tube thermal conductivity on heat transfer were investigated. Moreover, the buoyancy criterion and the heat transfer correlation were obtained. Results indicate that the poor flow performance of near-wall fluid causes the pseudo-film boiling, further leads to the heat transfer deterioration. The strong buoyancy has an effect of enhancing the heat transfer at the bottom of tube, and weakening the heat transfer at the top of tube, which results in the non-uniform inner-wall temperature and heat flux distributions. Decreasing the ratio of outer-wall heat flux and mass flux, increasing the pressure could weaken the heat transfer difference along the circumferential direction, while the effect of thermal conductivity of tube on the circumferential parameters distributions is more complicated. When the buoyancy criterion of(Gr_q/Gr_(th))_(max)≤ 0.8 is satisfied, the effect of buoyancy could be ignored. The new correlations work well for non-uniform heat transfer predictions.     

微通道换热器的研究及应用现状

随着加工技术的发展、新材料的出现,微通道换热器紧凑高效的优良性能逐渐被人们所重视,并且迅速向不同领域拓展,航空航天、暖通空调、微型核反应堆、燃料电池动力潜艇等重大设备领域中也均有涉及,但在微通道换热器的研究和应用的某些方面还存在问题,如微通道内两相流动换热的机理和流动传热计算、制冷设备中制冷剂和气流的分布、热泵系统的结霜以及制造方面的行业规范等问题,这些都限制了微通道换热器的应用推广。因此,本文围绕以上问题,对比其他类型换热器,详细介绍了微通道换热器的技术特点并对其分类,结合近些年国内外研究成果重点综述了微通道换热器的研究现状和目前主要的应用领域,从科研和应用的角度归纳了微通道换热器的应用前景和日后的研究方向,以供研究人员参考。