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.     

内螺纹管内金属氧化物-水纳米流体传热特性的数值模拟

利用计算流体力动力学方法对恒定热流密度内螺纹铜管中的Fe2O3-水和Al2O3-水纳米流体的换热特性进行数值模拟,分析了纳米流体的质量分数、Re数和管道的不同水平位置对对流换热系数的影响,并将模拟结果与实验结果进行了对比,得到的模拟结果与实验结果趋于一致。模拟结果表明:在Re数为1000~2000的范围内,内螺纹铜管的径向与轴向方向上,Fe2O3-水纳米流体的传热效果好于同等质量分数的Al2O3-水纳米流体,轴向方向上,当Al2O3-水纳米流体的质量分数为0.4%时,对流换热系数最大提高38.8%。Fe2O3-水纳米流体的质量分数提高0.3%时,对流换热系数最大提高26.5%,而Re数变化对对流换热系数的影响要更强一些,最大提高78%。Fe2O3-水和Al2O3-水纳米流体的对流换热系数增长趋势的最佳质量分数在4%左右。     

纳米流体在板式换热器中传热特性的实验研究

实验使用平均粒径为50nm的Cu、Fe_2O_3和Al_2O_3纳米颗粒制备质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5%的纳米流体,通过测量不同纳米流体的温度、流量及压力等相关参数,计算各流体在不同雷诺数下的对流换热系数和相应的熵产。实验结果表明:Cu-水纳米流体的对流换热系数相比去离子水增加的最多,Fe_2O_3-水次之,Al_2O_3-水最少;系统熵产与雷诺数的关系类似抛物线,存在最小熵产。     

CuO-Al2O3/H2O纳米流体池沸腾传热实验及分析

为探究纳米流体池内沸腾换热特性及其影响因素,利用两步法制备了体积分数为0.001%—0.1%的Al_2O_3/H_2O、CuO/H_2O纳米流体以及CuO-Al_2O_3/H_2O混合颗粒纳米流体,并进行池内沸腾换热实验。结果表明:测试的体积分数范围内,纳米流体沸腾换热系数随体积分数的增大而增大,起始沸腾过热度随体积分数的增大而降低,纳米流体的传热强化率随热流密度的增大而减小。实验中,混合纳米流体的传热性能始终优于去离子水和单一颗粒的纳米流体,Al_2O_3、CuO及两者的混合纳米流体沸腾传热系数增强率最高分别达到178.2%,213.2%和253.2%。纳米颗粒的加入对沸腾传热有强化和恶化两方面的作用,在实验的不同阶段,传热效果好坏是热导率、颗粒沉积等共同作用的结果。     

纳米氧化镁水悬浮液稳定性的研究

以六偏磷酸钠作分散剂,采用透光率和沉降实验考察六偏磷酸钠的用量、pH值及超声时间等因素对纳米氧化镁水悬浮液稳定性的影响,并对其分散机理进行了初步的探讨。结果表明:六偏磷酸钠能够有效地分散纳米氧化镁颗粒,得到均匀、稳定的纳米氧化镁水悬浮液体系;当六偏磷酸钠质量分数为0.2%、pH为8、超声时间为240s时,分散效果最佳;六偏磷酸钠纳米MgO悬浮液的稳定分散作用主要是通过颗粒间的静电作用来实现的。     

多壁碳纳米管-水/乙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热特性

实验研究了多壁碳纳米管（MWCNT）-水/乙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热特性。在80%/20%的水/乙二醇基液中制备了5种不同体积分数（0.05%,0.1%,0.15%,0.3%和0.5%）的MWCNT纳米流体,通过研究超声波振荡时间对纳米流体稳定性的影响得出,超声波的振荡时间为1h时,纳米流体的稳定性较为良好。将体积分数为0.15%的纳米流体分别添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）作为分散剂进行稳定性实验,分别采用目测法和透射比法来评价纳米流体的稳定性,选出分散效果较好的分散剂种类和添加量并评价了两种纳米流体的稳定性,结果表明：CTAC的添加量为质量分数0.05%、SDBS的添加量为0.1%时,纳米流体的分散效果较好,并且CTAC的分散效果优于SDBS。分别使用单因素实验设计和正交实验设计对不同浓度的纳米流体在不同流速、温度下的传热特性进行分析,纳米流体的体积流量为2～6L/min,入口温度为45～65℃。结果表明,与基液相比,纳米流体的传热速率有了明显的提高,在本实验的最佳工况下（体积分数0.5％,6L/min,65℃）,传热速率可提升35.24%。使用熵值法计算出纳米流体的传热速率、压降和有效泵功的权重分别为0.626、0.035、0.340。基于多指标综合评价方法得出,与纳米流体的传热速率增加相比,纳米流体浓度对压降和有效泵功的不利影响可以忽略不计。     

水/FC-72纳米乳液振荡热管传热特性研究

通过超声方法将水和FC-72乳化制备得到了不同体积浓度的水/FC-72纳米乳液,对以水/FC-72纳米乳液为工质的振荡热管开展了传热特性的实验研究。结果表明,使用纳米乳液后振荡热管冷热段温差明显下降,传热性能得到增强,且存在与充液率有关的最佳水相体积浓度,30%、50%和70%充液率下的浓度最佳值分别为11%、9%和9%。与使用纯FC-72时相比,充注最佳水相体积浓度纳米乳液的振荡热管在充液率为30%、50%和70%时冷热段温差最大可分别下降约3.3℃(或18.7%)、3.1℃(或13.7%)和4.3℃(或23.5%)。分析发现,纳米乳液的有效热导率和比热容均随着纳米水滴体积浓度的增加而明显增大,这可能是引起振荡热管传热能力增强的主要原因。     

振荡热管内不同形态纳米颗粒流动及传热特性

主要针对不同形态的纳米颗粒在振荡热管内的流动及热传输特性进行了实验研究。在相同的压力、相同的热管倾角、不同的充液率条件下,对振荡热管内工质分别为Cu-水纳米流体以及Cu-水纳米流体中Cu纳米颗粒沉积后溶液的流动以及热传输特性进行了实验研究,并与工质为蒸馏水时进行了对比实验分析,以此来研究振荡热管内气、液以及纳米颗粒多相流动存在时,对热管传输特性的影响。实验表明：当振荡热管内存在气、液以及不同形态的纳米颗粒多相流动时,对其传热特性会产生很大的影响,在一定条件下会起到强化传热的作用。     

氧化铝有机纳米流体的流动传热基础特性

以氧化铝为纳米粒子、丙二醇和水为基础液体制备了氧化铝有机纳米流体,分别测量了它的沸点、热导率、比热容和黏度。以1％～5％（体积分数）的氧化铝纳米流体作为冷介质,测试了在车用机油冷却器中的传热系数和流动阻力。试验结果表明,纳米粒子能够显著强化基础液体在机油冷却器中的换热能力,粒子体积分数和流体温度是影响纳米流体热物性的重要因素。氧化铝纳米流体的沸点高于120℃,比热容随体积分数增加而降低,热导率、黏度和在机油冷却器中的传热系数均随粒子体积分数的增加而提高。在试验Ⅱ中,5％（体积分数）纳米流体的平均传热系数比基础液体提高了124.56％,而流动阻力增幅较小。     

利用多重光散射法对纳米TiO2水分散体系稳定性研究

通过多重光散射法研究了纳米TiO2水分散体系稳定性的影响因素。文章探讨了分散剂类型、pH和NaCl质量浓度对水分散体系稳定性的影响规律以及分散剂对纳米TiO2颗粒在水分散液中粒径变化、沉降的微观作用特性。结果表明：纳米TiO2颗粒的粒径在100～200 nm时易相互吸附团聚沉降,分散剂会在纳米TiO2颗粒表面吸附形成双电层,产生更大Zeta电位负值,增强颗粒间的排斥作用,减缓粒径增长和发生沉降的作用,从而提升分散液稳定性;纳米TiO2颗粒的较佳分散条件为：w(六偏磷酸钠)=0.05%,pH=9～10且不加电解质NaCl;多重光散射法与传统的吸光度测试实验所得结果基本相符。     

Analysis of laminar flow forced convection heat transfer with uniform heating in the entrance region of a circular tube

A new integral or boundary-layer solution for laminar flow heat transfer in the combined entrance region of a circular tube is presented for the case of constant wall heat flux. The solution is based on the hydrodynamic inlet-filled region concept originally proposed by Ishizawa (1966) and later adopted by Mohanty and Asthana (1978) to hydrodynamically developing flow through a circular tube. Unlike available boundary-layer solutions, the new analysis provides results which join smoothly and asymptotically to the fully developed values. Results for the Nusselt number were found to agree favorably with available numerical solutions.     

层流中脉动气流横掠平板强化传热

为研究脉动气流下等热流密度平面的换热特性,搭建了脉动气流强化传热实验台架,进行了不同雷诺数（Re=433～1733）的脉动气流下高温共烧陶瓷发热片组的换热实验研究,脉动气流的脉动频率f固定为30 Hz,脉动振幅prms固定为165 Pa。结果表明,在合适的脉动参数下（f=30 Hz, prms=165 Pa）,脉动气流有效地强化了等热流密度平面的换热性能,本文获得的强化换热效率介于9.7%和10.8%之间,随着雷诺数的增加轻微地线性增加。另外,结果揭示了在层流流动中,不管在稳定气流下还是在脉动气流下,等热流密度平面的换热性能都随着雷诺数的增加而线性地增加,但脉动气流下线性拟合的结果的斜率较大,为稳定气流下的斜率的1.26倍。最后,结果显示了在稳定气流中加入脉动分量能迅速增大换热面下游的温度水平,预示着脉动气流在强化传热的同时,也增强了气流内部的热传递。     

Conjugate heat transfer with laminar flow in an annulus

The solution to the conjugate heat transfer problem in an annulus with a heated (cooled) core and an insulated outside tube is presented. Three kinds of boundary conditions are considered for a chosen radius ratio. From the results of parametric calculation over a wide range, it is concluded that wall heat conduction in a core can have substantial effects on the heat transfer characteristics in the areas surrounding the beginning and the end of the heat transfer section.     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式,其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下,对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下,管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强,直角梯形涡产生器次之,矩形涡产生器的换热能力最差,管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关,而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后,管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大,二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关,内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

三维槽道的周期性层流流动与传热

应用数值模拟方法分析了以周期性方式布置不同节距比(PR=L/H)、倾角为45°挡板槽道的流动特性与传热特性。挡板在槽道上下壁面对齐布置高度比(BR=b/H)为0.2,以便在槽道内部形成一对沿流向的反向旋涡。数值模拟计算Reynolds数范围为100~1000,流体介质为空气。计算结果表明:布置斜置挡板后,在槽道内诱导产生了沿流向的旋涡流,且在测试段中旋涡流冲击槽道上下壁面和槽道一侧壁面,结果使得传热效率提高;分析了范围内平均Nusselt数比Nu/Nu₀、摩擦系数比f/f₀及传热增强系数η随节距比PR和Reynolds数的变化关系,并建立了相应的准则关系式;当挡板间节距比为0.5时,传热增强系数可达最大值3.0。     

纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性

研究了CuO-R113纳米制冷剂在水平直光管内的流动沸腾换热特性。实验测试段长度1.5 m、外径9.52 mm。实验工况的质量流率为100～200 kg•m^-2•s^-1,热通量为3.08～6.16 kW•m^-2, 入口干度为0.2～0.7,纳米颗粒质量分数为0～0.5%。结果表明：CuO-R113纳米制冷剂的传热系数高于纯R113制冷剂的传热系数。纳米颗粒的加入,强化了制冷剂管内流动沸腾换热。质量流率为100、150、200 kg•m^-2•s^-1的情况下,传热系数分别最大提高了29.7%、22.7%、25.6%。     

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。     

竖直圆管内液氮流动沸腾传热特性的分析

实验研究了竖直圆管内液氮流动沸腾传热特性,分析壁面温度、流体温度、干度以及传热系数沿实验段管程的变化规律,考察热通量、质量流量和入口压力对液氮两相流动传热特性的影响。针对实验工况分别采用Chen、Klimenko、Shah以及Liu-Winterton关联式对传热系数进行预测,并将实验结果与预测结果进行比较,对不同传热系数区间内的相对误差进行了计算、分析,以评估实验工况范围内各关联式的准确性。结果表明,在传热系数较大的情况下,4个关联式的预测值普遍低于实验值,在整个实验工况范围内,采用Klimenko关联式预测时误差最小。     

减阻型纳米流体在圆管内的流动和换热特性

实验测定了在Reynolds数4000～16000范围内,质量分数0～0.5%的石墨、多壁碳纳米管、Al₂O₃、Cu、Al、Fe₂O₃、Zn纳米粒子加入到100～400 mg·kg^-1浓度的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)减阻剂中所制备的减阻型纳米流体的摩擦阻力系数和对流传热系数。结果表明:在CTAC中加入水杨酸钠(NaSal)与去离子水所配制的减阻剂具有一定的稳定性和很强的减阻特性,当减阻剂浓度为200 mg·kg^-1时其减阻特性最优。石墨纳米粒子在增强对流换热和减少流动阻力方面具有较佳的综合性能,当石墨纳米颗粒质量分数为0.4%时,其综合性能因子K是去离子水的5倍。最后给出了减阻型石墨纳米流体在圆管内的流动阻力和换热关联式,其计算值和实验值吻合良好。