液滴碰撞倾斜热壁面数值模拟研究

为了研究液滴碰撞复杂热壁面过程中液滴的铺展特性和传热特性,文中基于FTM(Front-Tracking Method)方法对液滴碰撞倾斜固体热壁面过程进行了模拟研究,通过改变壁面倾斜角度、表面张力系数σ,从压力场、流场、惯性力、表面张力等角度对换热现象进行分析和研究。结果表明:液滴撞击倾斜壁面时,在液滴下滑方向一侧三相点处热流密度取得最大值;壁面倾斜角度越大,液滴铺展程度越低,传热减弱;σ影响液滴中后期的铺展特性,σ越大液滴最大铺展系数越小,且回缩越迅速;由于传热大部分发生在液滴碰撞壁面初期铺展阶段,所以σ对液滴与壁面间传热特性影响较小。     

气固两相流中颗粒运动强化器壁对流传热的机理

提出了颗粒碰撞壁面过程中颗粒打破边界层和颗粒与壁面导热的强化传热模型,以分析气固两相流中颗粒强化对流传热的机理,通过模型计算研究了风速、颗粒浓度和粒径等因素对颗粒在壁面的停留特性、颗粒在边界层的扰动及对导热和边界层破坏两种强化机制传热比重的影响．以气固两相流横掠圆管的传热过程为例进行计算,计算与实验结果一致,并获得了具有实用价值的关联计算式．     

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。     

高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。     

中等过冷度下含不凝性气体蒸汽冷凝传热特性

通过对竖直圆管外表面含不凝性气体蒸汽在中等壁面过冷度条件下的冷凝传热实验研究,分析了混合气体压力0.4～0.6 MPa、空气含量0.07～0.52以及壁面过冷度13～25℃时,蒸汽的冷凝换热特性,给出了冷凝传热过程中的经验关联式,并对氦气的存在及其对换热过程的影响进行了初步分析。结果表明：在混合气体压力及不凝性气体含量不变的条件下,壁面过冷度的降低利于冷凝传热系数的增长;所得到的经验关联式在低过冷度条件下能较好地对换热过程进行预测,且其与实验值的误差在±15%以内;实验条件下未发生氦气分层现象,相同不凝性气体质量分数条件下,氦气的存在会使冷凝传热系数降低约20%。     

传热平均温度差的简捷确定

<正> 任何一个传热过程的传热速率Q都可表示为: Q=KA△t=△t/(1/KA)=△t/R 式中:K为传热系数,A为传热面积,△t为传热推动力,而R为热阻。△t的求取是换热器设计或核算中的一个关键步骤。由于在一般换热器中,冷、热流体间的温度差沿传热壁面在不断变化(如图一所示),所以传热推动力通常都要以平均温度差来表示。     

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。     

表面活性剂对水过冷池沸腾特性影响实验研究

以Tween20、Span20及两者复配物为表面活性剂,实验研究了其对水过冷池沸腾传热特性影响。基于实验结果与表面张力、接触角、临界胶束浓度等基础物性分析发现,单一表面活性剂对沸腾传热的影响由其添加种类、浓度及热通量共同决定。一方面,不同于饱和沸腾情形,过冷状态下Tween20能够有效降低沸腾起始点温度与壁面过热度,但其沸腾强化效果在高热通量下减弱;另一方面,Span20只在低浓度下表现出强化效果,其浓度增大将引起壁面过热度大幅攀升。此外,尽管Tween20与Span20都具有强化沸腾传热的潜力,但两者复配表面活性剂在实验研究浓度范围内均恶化了沸腾传热过程。研究结果可为传热强化复合工质过冷池沸腾传热特性分析提供基础依据,并为其配制提供指导。     

浸没燃烧式气化器换热管内跨临界液化天然气的传热特性

浸没燃烧式气化器(SCV)换热热阻主要存在于换热管内部,研究管内跨临界液化天然气(LNG)传热特性对提高设备整体的换热效率具有重要意义。本文建立了能够描述换热管内跨临界LNG流动与传热过程的数值计算模型,分析了换热管内LNG的传热规律,获得了入口速度、入口压力和壁面热通量对局部传热系数的影响规律,提出了适用于预测管内跨临界LNG传热特性的量纲为1关联式。结果表明,沿着LNG流动方向,局部流体传热系数先增大后减小,且最大值出现在拟临界温度附近,超临界条件下LNG热物性剧烈变化是引起强化传热的主要原因;在一定范围内,提高入口速度可以有效地强化流体传热能力,局部流体传热系数的最大值主要取决于入口压力,增加壁面热通量会缩短局部流体传热系数达到最大值所需的时间;提出的量纲为1传热关联式平均绝对相对误差为6.53%,且预测值落在±25%相对误差范围内的比例为99.42%。该研究成果可为掌握SCV设计方法和高效运行技术提供参考。     

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BW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300K·m~(-1)),而耦合传热边界下壁温飞升幅度约为25K·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。     

微纳复合表面HFE-7100/水的BRT现象及沸腾传热特性

HFE-7100/水作为非共沸不互溶工质可以拓宽核状沸腾传热的有效温区,目前关于其在微纳复合表面的沸腾传热特性和气泡运动机理尚不明晰。利用气泡模板电沉积法在铜基表面上制备了具有微纳孔洞的复合结构,测试了HFE-7100/水的沸腾传热特性,并通过可视化探究了沸腾工质转换（BRT）过程中两相工质在表面的润湿状态和气泡运动现象。结果表明,微纳复合表面上HFE-7100/水的BRT过程中,气泡先后经历小气泡聚并、气膜膨胀、轻工质接触壁面核化三个过程。在BRT过程中,HFE-7100与水对热壁面的润湿性存在竞争关系,随着过热度增加,薄的HFE-7100液层难以维持稳定的重工质沸腾,上层水工质可以穿过HFE-7100层对热壁面实现完全润湿,完成BRT过程。与单一工质相比,常压下HFE-7100/水混合工质体系可以在343~423 K下实现高效的核状沸腾传热。该研究揭示了HFE-7100/水在微纳复合表面的沸腾传热特性,为沸腾强化表面设计提供了思路。     

管道热损失的简易计算

<正> 化工生产过程中所处理的物料,绝大多数是流体,而这些流体大都是通过管道来输送的。当输送流体的管道壁温高于周围空气的情况下,流体内的热量将由管道壁面散失到大气中而造成热损失。这种热损失主要是由热辐射和对流传热造成的。由传热学知道,管道在大气中的热损失可由下式确定:     

高湿度工业废气冷凝脱湿模型研究与数值模拟

针对高湿度工业废气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟,引入分配系数α表征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重.恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其梯度（传热传质推动力）分布的模拟结果显示,雾状冷凝的控制机理是冷壁面附近温度梯度与湿度梯度协同作用下传热传质产生的局部过饱和;膜状冷凝从冷壁面移出大量冷凝潜热,促使气相主体传热传质过程更迅速,脱湿效果更好.实际过程介于二者之间.DAP尾气冷却冷凝现场实验传热传质数据,在水汽冷凝减量34%～57%的范围内,与α＝0.2的数值模拟结果相当吻合,验证了本文的模型与数值模拟.     

Al2O3纳米流体沸腾传热临界热流密度影响因素研究进展

随着电子设备热负荷的逐渐增加,纳米流体沸腾传热作为一种新型强化换热方式,受到越来越多的关注。本文主要综述了近年来关于纳米流体沸腾传热临界热流密度(CHF)的相关研究,并聚焦Al_2O_3纳米流体,归纳了各种因素对沸腾传热CHF的影响,分析了它们强化或弱化CHF的原因,得到了它们对CHF影响的一般规律。结果表明:纳米颗粒的添加可以有效提升CHF;随着纳米颗粒浓度的升高,CHF的变化存在增大、先增大后基本不变、先增大后降低等情形;微通道能够有效提升CHF,但通道尺寸较小时,CHF随尺寸的增大而增大;加热壁面越光滑CHF越低。此外,还概述了壁面倾斜角、壁面润湿性、工作压力以及外场(电场、磁场、重力场、超声波)等因素对CHF的影响。最后,指明了纳米流体沸腾传热CHF的发展方向并展望了其在机载环境下的应用前景。     

双周期温度边界下多孔介质方腔内自然对流传热数值模拟

采用局部非热平衡模型及方腔左右两侧壁面温度正弦波变化边界条件,数值分析了具有内热源多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流传热。探讨了不同温度波动参数N及波动相位差τ对方腔内自然对流传热的影响。结果表明:方腔两侧壁面出现了周期性分布的温度场,随着N值的增加,方腔内流场及温度场分布逐渐趋向于壁面均一温度边界情况。壁面局部Nu沿着高度方向呈现周期性分布。相对于均一温度的边界条件而言,正弦波温度边界条件在一定程度上强化了多孔介质方腔内的整体传热过程,随着N值的增加,方腔处于温度波动边界时的散热值Q逐渐趋向于均一温度边界时的情况。     

高温含油热解气的冷凝特性研究

为了揭示焦油在换热器中的冷凝传热过程,基于Euler Wall Film(EWF)模型对热解气在冷凝管内的冷凝过程进行了模拟。此外,基于实验数据对上述冷凝模型进行验证。研究结果表明:采用EWF模型模拟计算的结果与实验数据吻合良好;当热解气入口速度从2 m/s增加至3.5 m/s时,沿冷凝壁面液膜速度增大,液膜厚度减小了25%,平均热流密度增大了23%;当热解气入口温度从530 K增加至620 K时,沿冷凝壁面液膜厚度增大了26%,平均热流密度增大了21%;当冷却水的温度从295 K增加至325 K时,沿冷凝壁面液膜厚度减小了32%,平均热流密度减小了30%。研究结果对焦油换热器结构设计与操作指导具有一定的参考价值。     

聚合物两圆筒环槽切向流传热的简化计算

本文应用有限差分法对聚合物在两圆筒环槽间具有粘滞耗散热的切向流,简化为两平行平板拖动流而进行传热计算.首先得出熔融体拖动流顺流方向的温度分布,并导出两壁面处温度梯度的近似计算式,从而求出两壁面处的努塞尔准数Nu和换热系数α值.本文可供聚合物螺杆机械、剪切机头、以及模腔流道等具有耗散热传热计算时参考.     

大液滴撞击结冰传热过程及介质阻挡放电除冰实验研究

对大液滴撞击过冷壁面结冰的传热和相变过程进行了实验研究,采用高速成像技术与红外测温成像技术对液滴撞击不同温度过冷壁面时的动态过程进行拍摄记录。另外提出一种新的除冰方式,利用高频纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体激励器进行了除冰的实验验证,并进行了热力学分析。实验结果表明：壁面温度的变化对液滴铺展过程影响较小,最大铺展系数几乎不变,但对液滴收缩与振荡过程以及最终结冰冰形有较大的影响;结冰从液滴底层开始,壁面温度越低,液滴与过冷壁面温差越大,底层液滴结冰更快,而上层液膜经过回缩、振荡之后,液膜厚度更薄,结冰相变所需时间也更短;利用高频纳秒脉冲介质阻挡放电除冰效果显著,其放电区域作用相当于是一个“热源”且根据其作用方式的不同,除冰过程可分为两个阶段。     

垂直管内降膜载气蒸发的研究

在蒸发的降液膜表面引入惰性载气,可以有效地强化降膜蒸发传热。研究了液体流量、载气流量、壁面热负荷及料液物性等对降膜载气蒸发传热的影响。建立了数学模型,并进行了数值求解。实验结果表明,采用降膜载气蒸发,可提高传热膜系数,降低壁面过热度。还将模型计算结果与实验结果进行了比较。     

提高金属换热器换热效率的研究

本文主要研究应用蒙特卡洛法模拟辐射式金属换热器内的辐射传热过程，并建立了换热器综合传热的数学模型，在蒙特卡洛法中，系统被分为体积区和表面区，利用概率论原理，把辐射能迁移过程模拟为一定累积概率分布下的随机过程。所建立的数学模型分别考虑了辐射传热和对流传热，烟气的吸收系数的变量，能较好地反映换热器内传热过程的真实状况。运用本文叙述的方法可以计算出换热器内烟气、筒壁、空气的温度和壁面热流分布，以及研究烟