T型微通道内液滴形成过程及长度的实验研究

利用高速摄像机研究截面为400×400 μm的正T型微通道内液-液两相流动特性,离散相（硅油）和连续相（质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠SDS蒸馏水）的体积流量范围分别为1~5、2~110 mL/h. 结果表明,两相流型主要为弹状流和滴状流,前者的形成机理为挤压机理,后者为剪切机理. 液滴的长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低. 液柱长度的变化规律与液滴长度相反. 液滴生成时间随离散相与连续相的体积流量的增大而逐渐降低,剪切机理生成液滴所需时间小于挤压机理. 依据实验结果,采用离散相与连续相体积流量比和连续相的毛细数,总结出无量纲液滴、液柱长度及液滴生成时间的预测关联式.     

板式换热器触点分布对换热阻力性能的影响

为进一步提升人字形板式换热器的综合性能,对其触点分布进行研究,得到触点分布与下层波峰线到板换长度方向对称轴的距离L的关系式。通过数值模拟,分析人字形板式换热器单流道模型L改变时,换热和阻力的变化情况。随着L的变化,第一层触点位置周期性变化,压降与Nu数均呈现周期性变化,在半周期位置获得最小值;面积质量因子j／f的变化也呈现周期性,趋势和压降、Nu数变化相反,由于流场分布的均匀程度不同,j／f在半周期位置获得最大值。触点分布对换热阻力的影响,随着Re的增大而逐渐增大。结果表明:选择L为半周期时,可以在板式换热器的3个基本参数不变的情况下,进一步提高板换的综合性能。     

0.5 mm毛细管内气-液Taylor流动换热数值研究

采用移动计算域方法研究0.5 mm毛细管内充分发展的气液Taylor流动换热特性,分析了Taylor气泡的形状、压降与换热特性。结果表明,随着入口Reynolds数Re的增大,气泡尾部的不稳定区域增大,液膜厚度逐渐增大,气泡长度变长;随着气泡体积分数ξ_g的增大,气泡形状基本不变而长度逐渐增大。阻力因子f随Re、ξ_g增大而降低,两相阻力系数高于单相的情况。平均Nusselt数Nu_tp随Re增大而增大,增大趋势逐渐降低;随ξ_g增大而线性降低。Taylor流的Nu_tp为单相的1.2～3倍,强化换热效果。     

百叶窗板翅式换热器换热与阻力性能数值模拟研究

为了解决百叶窗板翅式换热器的内部性能优化问题,通过对层流稳态下换热器燃气侧的典型流动换热单元进行建模及流动换热分析,得到了单元体内部速度、流线及温度的分布特性,并通过对换热系数、科尔本传热因子、进出口单位压降、范宁摩擦系数的比较,获得了不同燃气入口速度下翅片间距及翅片角度对换热器换热性能及流动阻力的影响。结果表明:在百叶窗翅片角度及其他尺寸参数不变时,当百叶窗间距为0. 7 mm时其换热性能最优,阻力随间距增大而减小;在翅片间距等参数不变而角度变化时,换热性能与阻力均随角度增大而增大,当百叶窗角度从15°增加至30°时,换热性能的增加幅度较为明显。     

含不凝气体蒸汽的凝结换热数值模拟

该文通过Fluent软件进行数值模拟,研究了蒸汽流速、换热管管径和倾斜角度对含空气的水蒸汽管内凝结换热的影响。模拟结果表明:增大流速,减小管径,管内压降增大;在低流速下,管内压降随倾斜角度的增加而降低,降低幅度随流速的增加而减小,流速达到2 m/s后,压降先随倾斜角度的增大而变大,管长超过0.15 m后,随倾斜角度的增大而减小;在低流速下,管内蒸汽凝结换热系数随倾斜角度的增大略微增大;压降在小管径下随倾斜角度的增大而降低,在大管径下随倾斜角度的增大而增大,管径为0.016 m时,压降先随倾斜角度的增大而增大,在管长超过0.2 m后,随倾斜角度的增大而降低。     

水平圆形与方形微小通道内R134a冷凝数值模拟

利用数值模拟研究了水平圆形与方形微小通道内R134a的冷凝换热阻力特性,制冷剂饱和温度为320 K。结果表明:传热系数与摩擦压降梯度随着质量流量、干度的升高而升高,而干度大于0.85时,摩擦压降梯度随着干度的升高而降低。方形通道的换热与阻力均高于圆形通道,数值结果与文献冷凝换热、阻力公式吻合较好。圆形通道内冷凝液膜集聚在通道下部,而方形通道内液膜集中在角落区域。薄液膜区域所占的比例随着干度的增大而增大,方形通道内的液膜厚度要小于圆形通道,换热效果优于圆形通道。     

正弦型微通道内液-液两相流型及流动特性实验研究

采用实验的方法对不混溶的液液两相流体在不同入口结构下的正弦微通道(直通道正弦、波峰正弦和波中正弦)内液滴的流动特性进行了分析。硅油作为离散相,含有0.5% SDS的蒸馏水作为连续相,观测到弹状流、滴状流和射状流。分析了两相流动参数及不同的微通道入口结构对流型和液滴长度的影响。流型受微通道入口结构影响较大,波峰正弦微通道能够生成最大范围的稳定的流型。液滴长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低。微通道入口结构对液滴长度有影响,直通道的正弦微通道内液滴长度最短,更有利于液滴的形成。三种通道生成的液滴中,最大的液滴尺寸是最小的液滴尺寸的1.15~1.39倍,但正弦流动段对液滴速度几乎没有影响。     

热混合板式换热器换热阻力性能

为提高板式换热器对工况的适应能力,对两种不同倾角波纹板片组成的板式换热器进行研究。通过数值模拟,分析了热混合板式换热器单流道模型换热和阻力的情况,并结合场协同理论和火积耗散理论分析热混合板式换热器的综合性能。结果表明:随着入口Re的增大,压降和Nu逐渐上升,场协同数Fc逐渐降低。利用约束的平均协同角更能体现协同性随Re的变化规律。火积传递效率随Re的增大呈现震荡降低的趋势,硬板组合的传递效率要高于软板组合。在Re为1600时,Nu和压降随上壁面倾角βt的增大而增大,粘性耗散随着βt呈现先增大、后减小的趋势,且在上下倾角之和为100°时取得极大值。     

管形对含不凝气体蒸汽流动与凝结换热特性的影响

该文通过数值模拟,研究了不同形状的换热管内含空气的水蒸汽在不同当量直径和流速下的换热和流动情况。模拟结果表明:在不同当量直径下和流速下,正方形换热管的凝结换热系数始终最大;在大管径和低流速,正三角形换热管内的换热系数低于圆形换热管,随着管当量直径的减小和流速的增大,正三角形换热管的换热系数在管长超过一定值后反而高于圆形换热管;随着当量直径增大,正多边形角区对换热的影响越明显;当量直径不变,随着流速增大,正多边形角区对换热的影响距离越长,影响程度越小;当量直径较小时,在不同流体流速下,正方形换热管内的压降最低。     

毛细管内气液Taylor流动的气泡及阻力特性

采用相对坐标系方法,研究毛细管(d 2mm)内充分发展垂直上升气液Taylor流动,分析两种工作介质下Taylor气泡的形状、上升速度、液膜厚度以及压降特性。结果表明:随着两相表观速度(V_tp)增大,Taylor气泡长度增大,气泡尾部曲率半径增大。气泡长度及内部回流区随着气泡体积分数(ξ_g)增大而增大,量纲1液膜厚度与气泡上升速度与毛细数(Ca)正相关,模拟结果与经验公式吻合较好。摩擦阻力因子(f_c)随V_tp与ξ_g的增大而降低,N₂/乙二醇为工质的Taylor流动f_c低于单相情况,而N₂/水为工质的Taylor流动f_c高于单相情况。Kreutzer等的流型依赖公式以及Lockhart等的分离模型可较好预测本文的两相压降,模拟结果与预测值的误差在±10%以内,常规通道所推荐C 5仍然适用于本文毛细管情况。