扰流肋柱在流动方向排列密度对矩形通道表面传热影响的数值研究

运用数值计算的方法将流动方向扰流圆柱排列密度对涡轮叶片尾缘冷却通道中流动传热的影响进行了三维数值研究。研究了流动雷诺数、流动方向圆柱排列密度对肋柱扰流矩形通道表面传热影响的规律。计算结果表明:在研究范围内,肋柱表面的平均Nu均随着Re的增大而增大。在Re相同的情况下,随X/D取值的增大,肋柱表面平均Nu有所减小。Nu在通道进口附近逐渐增加,然后达到充分发展值。传热在迎向流动方向的圆柱侧较强,在流动向背侧表面传热较弱。沿圆柱高度方向在中部传热较强。     

离体小结构诱导涡抑制圆柱绕流流动分离的数值模拟

以圆柱绕流为代表的钝体绕流是工程实践中非常普遍的流动现象,推迟和抑制圆柱尾部涡脱落是流体力学研究的热点之一。在Re=100下,本文模拟了在圆柱附近加装两个对称的微小圆柱后的圆柱绕流,探究对称控制微小圆柱安装位置和直径对圆柱绕流的流场和整个系统的升阻力系数的影响。数值模拟结果表明:在圆柱附近加装对称控制的微小圆柱后,圆柱附近存在一个有效流动控制区域,且该区域的范围随着对称控制微小圆柱直径的增大而减小;在有效的流动控制区域内,添加对称控制的微小圆柱后,整个系统的升力幅值和时均阻力都减小,圆柱气动性能明显改善;在有效的流动控制区域外,添加对称控制小圆柱后,整个系统的升力幅值和时均阻力都增大,圆柱气动性能变差。     

竖排水平管表面LiNO3自然对流传热数值模拟

为了得到管排表面熔盐自然对流传热规律,采用数值模拟方法对封闭空间内竖直排列3种不同直径(4、8、12 mm)水平加热圆柱表面熔盐Li NO3的自然对流传热规律进行分析。结果表明,下部圆柱的自然对流传热规律均与单根圆柱表面传热一致,而上部圆柱表面传热则受下部圆柱的影响较大,且随着两圆柱间距的增大下部圆柱产生的羽流对上部圆柱产生两种相反的影响。当圆柱间距较小时,下部圆柱产生的热羽流会对上部圆柱起到预热的作用,使得圆柱与流体的局部温差减小,导致上部圆柱表面的努塞尔数NuU较小;而当两圆柱的间距较大时,下部圆柱的羽流流速对上部圆柱冲刷起到强迫对流的作用,使得上部圆柱的换热增强,NuU增大。随着圆柱直径的增加,顶部圆柱的对流传热在更小的管间距下达到稳定。该文拟合得到水平圆柱表面硝酸盐自然对流传热关联式,可为融盐蓄热中管排换热器设计提供依据。     

高实度菱形扰流柱冷却通道的传热及流动特性研究

采用数值模拟的方法对高实度(45%)菱形扰流柱在恒定通道和收敛通道内的传热及流动特性进行三维数值模拟研究,分析了不同雷诺数下两种通道内的传热及压力损失。研究结果表明:随着雷诺数的增加,恒定通道和收敛通道传热效果均增强,两种通道内的流动阻力损失也减小,但减小的趋势逐渐降低;在相同雷诺数下,收敛通道内扰流柱的表面尤其是背风面能够被有效冷却;恒定通道的压力损失变化平缓且呈线性分布,而收敛通道内的压力损失存在急剧增大区域。     

百叶窗结构参数对管带式散热器流动传热特性影响的研究

本文利用CFD计算软件star ccm＋,建立了管带式散热器空气侧的三维热固耦合模型,分析了不同空气流速和百叶窗结构参数对散热器流动和传热特性的影响,发现阻力损失主要集中在空气进入百叶窗的入口区域,百叶窗的前端传热效果较好,同时计算区域后半部分存在滞止区域;随着百叶窗倾角的增大,传热j因子先增后减,摩擦f因子一直增加,24°时传热j因子达到最大值;随着百叶窗厚度的增大,传热效果变差,摩擦f因子先增后减;百叶窗间距增加到一定程度,传热j因子和摩擦f因子增加缓慢,甚至减小。     

超疏水表面滑移流动的模拟研究

采用计算流体动力学方法,应用Fluent软件,在壁面条件中给定滑移速度边界条件,对超疏水表面和普通表面构成的微间距平行平板通道内单侧滑移流动进行了数值模拟。在给定条件下无量纲压降比最大可达18.5%,滑移长度最大可达188μm;针对文献[12]的单侧滑移实验条件进行了二维数值模拟,结果表明:理论压降差要小于实验压降差,比实验压差要小9.2%～11.2%。     

圆形冲击射流传热性能的实验研究

应用萘升华传质/传热比拟技术,对单个圆形射流在不同喷嘴到被冲击表面距离(1≤H/D≤12),在7×103≤R e≤1.9×104时,进行了局部传质/传热实验;研究了不同喷嘴到被冲击表面距离和不同R e对单个圆形射流局部换热特性的影响。单个圆形射流局部传热系数随着R e的增加而大幅度增加,R e是影响局部换热系数的主要因素。在同一R e下局部换热系数沿轴向非单调变化,在驻点处当H/D≌6时换热系数达到峰值;H/D<6时,局部换热系数沿径向有两个峰值;随H/D的增加,中心区局部N u减小,但影响范围变大。     

微通道内气体-近壁颗粒流动传热数值模拟研究

数值模拟了微通道受限空间内气体-近壁颗粒流动与传热过程,所建模型考虑微尺度气体的可压缩与变物性特征,且在通道和颗粒壁面采用速度滑移和温度跳跃边界条件以考虑滑移区气体动量/能量非连续效应。在此基础上,计算分析了克努森数(Kn)和颗粒偏移比对颗粒表面拖曳力系数(C_D)以及传热努塞尔数(Nu)的影响规律。研究结果表明:受气体稀薄效应影响,颗粒表面拖曳力系数呈减小趋势,换热过程也相应削弱;随颗粒与壁面距离减小,颗粒表面拖曳力系数相应减小,而颗粒与其周围气体的传热过程由于近壁效应呈增强趋势。     

丁胞型强化换热管内突起结构对流传热及阻力的数值模拟

采用SIMPLE算法求解RNG k-ε方程,分析丁胞强化换热管管内流动传热情况,研究管内侧突起结构对于单相气体流动过程的强化传热性能和压力损失,并和文献中的实验值进行对比.结果表明,丁胞管管内突起虽会使突起左右两侧局部换热系数减小,但总体上是增强了换热性能,且随着Re的增加强化换热效果更明显.同时也因形阻力增大了流动阻力.     

丁胞壁面斜向冲击传热特性的试验研究

采用瞬态方法测量了圆柱射流冲击光滑平板和丁胞靶面的表面传热系数,获得了冲击距和冲击角度对靶面上的局部传热的影响规律。结果表明,冲击丁胞靶面时,丁胞对不同区域的传热强化效果不同,在壁面射流区的强化效果比较显著。垂直冲击时,随着冲击距的增加,传热系数降低。斜向冲击时,传热区域主要在射流的下游,角度越小,越有利于提高下游的传热系数。在滞止区,30°冲击的传热效果最佳,而且随着冲击距的增加平均传热系数先增大后减小,最佳相对冲击距为3。     

管内疏水壁面纳米流体的传热与减阻特性研究

纳米流体强化对流传热的同时,往往不可避免地增加流动阻力,这将增大泵功,造成能量的浪费。疏水壁面具有减阻的特性,将纳米流体与疏水壁面相结合,试图达到既强化传热,又减小流动阻力的目的。多数的疏水壁面制备工艺,仅可处理小尺寸的平直壁面,,而无法在面积和曲率较大如管路内壁面做疏水处理。利用简单的置换反应方法,辅以低表面能苯甲酸修饰剂,制备得到了疏水的铜管内壁面。纳米流体在疏水壁面的对流传热和流动阻力实验结果表明,体积浓度2.000%的SiO2/DI-water纳米流体,可将对流传热系数提高18.10%,同时使达西摩擦系数降低4.9%。纳米流体和疏水壁面的搭配组合,是推动纳米流体在传热领域中广泛应用的有效方案。     

翅片参数与PCM材料对散热器传热影响实验研究

为了研究翅片数量、倾斜角度及相变材料对带有纵向翅片的电源散热器传热性能的影响,在恒定热负荷为16 W的条件对含相变材料和不含相变材料两类工况下的5种不同结构散热器进行了实验研究.通过搭建的由实验段、直流电源、数据采集设备等组成的实验系统开展实验,分析了翅片数量(1～5片)、散热器倾角(0°～90°)和相变材料(正二十烷)对散热器传热性能的具体影响,并通过含相变材料散热器的温升变化特征以及相变传热特征对散热器热性能进行了评估.结果表明,倾斜角度和翅片数对液相相变材料对流单元的形成以及传热和运行时间起着关键作用.对于0°倾角的含相变材料散热器,相比1个翅片,5个翅片达到最大允许温度所需的时间增加了80％,而当倾角增加到90°时翅片数的增加对时间的影响不显著.对于所有的倾斜角度,各个测点的相变材料(PCM)温度值都随着翅片数的增加而减小.当倾角增加时,由于浮力诱导流的增强促使对流液相相变区域变大;在单翅片工况下,60°倾角相比0°倾角状态下的工作时间延长78.6％.     

具有微结构超疏水润湿梯度表面液滴的蒸发行为研究

采用标准微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加工工艺,设计并加工了一种具有圆柱微结构的超疏水润湿梯度表面,搭建了研究液滴蒸发过程的可视化光学实验平台,同时从不同角度观察了液滴在具有圆柱状微结构超疏水润湿梯度表面的蒸发行为。通过实验研究发现:液滴在具有圆柱状微结构的超疏水润湿梯度表面的蒸发过程中,随着液滴的蒸发,液滴体积、液滴与表面的接触半径均不断减小,蒸发过程遵循混合蒸发模型;液滴边缘的三相线跳跃与移动均只发生在相对疏水的区域一侧;而在相对亲水的一侧,液滴边缘始终处于静止状态,直至液滴完全蒸发;在超疏水润湿梯度表面上的液滴蒸发过程中,液滴质心仅在具有润湿梯度的方向上移动,且液滴质心移动方向与润湿梯度方向相反(朝亲水侧移动)。最后基于液滴蒸发过程中的能量变化理论,解释了出现上述现象的原因。     

空气流速对附壁油膜分布影响的试验研究

采用激光诱导荧光技术研究了空气流速对燃油碰壁形成的附壁油膜厚度二维分布的影响.同时,采用CCD相机记录了油膜的形状、长度和面积变化.结果表明,随着空气流速的增加,油膜形状从圆形变成椭圆形,同时,油膜厚度减小.随着空气流速的增加,垂直于空气流动方向上的油膜长度减小.当空气流速低于10 m/s时,随着空气流速的增加,沿着空气流动方向上的油膜长度减小,油膜面积减小.但当空气流速继续增加到10 m/s以上时,沿着空气流动方向上的油膜长度和油膜面积将会随着空气流速的增加而增加.     

表面式间接空冷散热器传热特性分析北大核心

以表面式间接空冷散热器为例,建立了间接空冷散热器冷却单元的一维传热数学模型。通过该模型,计算并分析了冷却水流量、温度及空气进口温度(环境温度)、流速等对空冷散热器传热性能的影响。计算结果显示,随着冷却水流量、温度和空气流速、温度的增大,散热器总传热系数逐渐增大;散热器总传热系数更接近于空气侧表面传热系数,其中空气流速对总传热系数的影响尤为明显;积灰对散热器传热性能的负面影响较大,积灰越厚,散热器总传热系数越小。另外,利用本文模型,得到了一定条件下间接空冷系统冷却水最佳流量,为间接空冷机组的运行了提供一定的理论依据。     

燃气透平叶片3种出气边冷却结构中流动与传热性能的比较

本研究通过流热耦合计算和实验验证,比较了圆柱排孔与两种劈缝的出气边冷却结构,在不同雷诺数和冷气质量流率下的流动与传热性能。结果表明:圆柱排孔流阻偏高,受供气压力限制,冷气流量不足,冷却效果下降,造成出气边烧蚀。叶片出气边压力面开设劈缝结构降低流阻,提高了冷气流量。劈缝内采用弦向肋和扰流柱结构强化换热,提高冷却效果。在相同冷气流量下,劈缝结构所需的流动压差明显下降,叶栅叶片的尾迹宽度也减小,对降低下游叶栅的流动损失和表面传热是有利的。     

多壁碳纳米管纳米流体的大容积沸腾

通过在直径为12 mm的沸腾表面进行的多壁碳纳米管阿拉伯树胶水溶液的大容积沸腾实验,研究其沸腾传热特性。纳米流体的沸腾传热效果弱于阿拉伯树胶水溶液,烧毁点的过热度增加而临界热流密度减小,同时,阿拉伯树胶水溶液的传热效果劣于水。纳米颗粒在沸腾加热表面富集、结垢引起液体密度、沸腾表面上活化核心数目的变化,随传热时间的延长,垢层结构包括毛细孔直径、空隙率、垢层厚度不断发生变化,进而引起蒸汽在毛细孔中的流动阻力不断增加、加热表面和垢层间热阻增加,沸腾表面的活化核心数目减小,阿拉伯树胶在蒸发表面的局部富集、黏度大大增加,最终导致沸腾传热恶化。     

表面式间接空冷散热器传热特性分析

以表面式间接空冷散热器为例,建立了间接空冷散热器冷却单元的一维传热数学模型。通过该模型,计算并分析了冷却水流量、温度及空气进口温度(环境温度)、流速等对空冷散热器传热性能的影响。计算结果显示,随着冷却水流量、温度和空气流速、温度的增大,散热器总传热系数逐渐增大;散热器总传热系数更接近于空气侧表面传热系数,其中空气流速对总传热系数的影响尤为明显;积灰对散热器传热性能的负面影响较大,积灰越厚,散热器总传热系数越小。另外,利用本文模型,得到了一定条件下间接空冷系统冷却水最佳流量,为间接空冷机组的运行了提供一定的理论依据。     

方柱和圆柱微结构表面上蒸汽的珠状凝结

为分析不同微结构表面上的凝结传热特性,通过飞秒激光技术在硅表面上加工出两种微结构-圆柱和方柱,其接触角均超过150°。在搭建可视化凝结实验平台的基础上,通过实验对两种不同微结构表面的凝结传热性能及液滴动态特性进行了研究。实验研究表明:在同一流量条件下,随着表面过冷度的增加,珠状凝结的热流量增加,而传热系数下降;当冷却水流量从40 g/min增大到446.9 g/min时,微结构表面的热通量从25.32 kW/m~2增加到137.19 kW/m~2;由于表面微结构形状和排列方式的不同,相同条件下圆柱微结构表面比方柱微结构表面具有更好的传热性能。     

旋进射流冲击平板的传热实验研究

对旋进射流冲击平板时的传热进行了实验研究。通过在圆筒套管内设置一块孔板构成旋进射流喷嘴,得到了持续稳定的旋进射流。对旋进射流的流动特性作了研究,给出了旋进射流的频率与尺寸、Re的关系。用两种不同孔径的旋进射流冲击一块加热平板,并与普通的射流冲击传热作对比。结果表明,由于旋进射流与流体混合作用加剧而大大地降低了流速,使得强化传热的效果减弱,这种趋势在驻点附近尤为明显。