平直翅片流道流动传热的数值模拟和结构优化

采用CFD的方法建立了平直翅片数值模型,将数值计算所得结果和相关文献中的实验数据进行了对比,验证计算模型具有一定的准确性.提出了翅片内部加装交叉扰流柱和扰流片的新型结构,交叉结构能够增强流体内部的扰动,强化流体内部的热量传递,并周期性的阻碍边界层的稳定生成,流体中心区域的温度明显上升,换热效果得到了明显加强.与平直翅片相比,新结构翅片具有较高的j因子和f因子,但同时也产生了较高的压降.根据实验数据拟合得到j因子和f因子与雷诺数Re之间的关系式,该关系式在低雷诺数范围内对新结构的传热性能预测具有一定的准确性.     

肋片强化矩形截面螺旋通道换热特性研究

应用CFD软件研究肋片对矩形截面螺旋通道湍流换热的强化作用,基于正交螺旋坐标系分析通道内流场和温度场分布.结果表明:对于单一矩形截面螺旋通道,换热壁面中心线附近受二次流影响较弱,换热效果较差.在此处安装扰流肋片后,矩形截面中心处产生了附加的二次流.研究范围内,加装肋片后的对流换热系数α是未加装肋片的1.03~1.2倍,流动阻力系数f是未加装肋片的1.003~1.033倍;强化传热因子j在0.911~1.067之间.低雷诺数下的低高度肋片综合强化换热效果较好.     

矩形通道内纵向涡发生器布置方式对流动传热的影响

对矩形通道内非对称布置矩形纵向涡发生器进行了数值模拟研究,得出了Re在500~2 000范围内非对称布置纵向涡发生器对空气的流动和换热特性的影响规律.结果表明:非对称布置纵向涡发生器比对称布置纵向涡发生器的Nu数仅减少了4%~6%,而阻力因子f减少了11%~12%,减阻效果非常明显.非对称布置纵向涡发生器的综合换热性能j/f比对称布置方式增加了5%~20%,表明非对称布置纵向涡发生器的综合换热性能更好.     

汽车散热器的翅片仿真研究

为了得到结构更合理的汽车散热器的百叶窗翅片结构,采用仿真软件对散热器的翅片进行了仿真模拟.通过改变翅片高度,得到了不同高度下散热器翅片的传热因子j和阻力因子f,并引入无量纲参数j/f13来评价其综合性能.优化结果表明,当翅片高度为7.85mm时,汽车散热器百叶翅片的综合性能最佳.     

椭圆率和管倾角对管翅式换热器热工性能的影响

建立管翅式换热器模型,在雷诺数Re为500～1 600时,对不同椭圆率和管倾角下的管翅式换热器热工性能在3D CFD软件中进行数值分析.分析椭圆率（0.45～0.85）和管倾角（0°～45°）对管翅式换热器的流动和传热特性以及Colburn因子j、摩擦因数f和效率指数j/f的影响.结果表明,j、f随着Re的增大而降低,而j/f随Re的增大而上升,并逐渐趋于平缓;适当地倾斜椭圆管,有利于产生更多的湍流,强化对流换热.当管翅式换热器的椭圆率为0.75,管倾角为15°～25°时,最有利于换热和流体流动特性.     

几种环形翅片管通道内流体流动与换热特性的对比研究

采用Fluent软件,对基管相同的圆翅片管和5种椭圆翅片管用稳态RNGκ-ε模型进行三维数值模拟,5种椭圆翅片管A_(fin),A_(min),D_e,P_(er),β分别与圆翅片(C_(ir))有相同的翅片面积、最小截面面积、翅片当量直径、翅片周长和翅化比.通过对不同雷诺数(Re)下流场及翅片表面局部努塞尔数(Nu)的分析比较,得到翅片管通道内流体流动及换热的特征,并提供了圆翅片管和5种椭圆翅片管的综合换热性能Nu/f的结果.研究表明,圆翅片C_(ir)的Nu大于椭圆翅片A_(fin),D_e,P_(er),β,但小于椭圆翅片A_(min).圆翅片的阻力系数f大于椭圆翅片A_(fin),P_(er),β的f,且小于椭圆翅片A_(min)的f.椭圆翅片D_e在Re较小(Re≤8 000)时与圆翅片C_(ir)的f的差值较小,在Re较大(Re8 000)时与圆翅片C_(ir)基本相同.椭圆翅片A_(min)的综合换热效果最好.     

错位角对管内双螺旋扭带层流换热特性的影响

为了提高管内层流换热性能,根据螺旋扭带的传热强化机理开发了双螺旋扭带作为管内扰流元件.在管内双螺旋扭带间隙比和长径比不变的情况下,通过数值模拟对内置不同错位角的双螺旋扭带在Re=100~1 200范围内的管内层流换热与流动特性进行研究.结果表明:在Re500情况下错位角为0°的连续扭带Nu最大;当Re=500~1 200时,Nu分别在错位角为60°和错位角为0°达到最大值和最小值,前者比后者大2%~12%;阻力系数f在Re=100~1 200范围内随雷诺数的增大而减小,随扭带错位角的增大而增大;当100Re≤900时,错位角为0°对应的强化传热比PEC最大,而在Re900情况下,PEC在60°错位角最好,Re500情况下,90°错位角的PEC值最小,始终小于其它错位角,在双螺旋扭带结构设计中应引起注意.     

流体横掠圆柱体传热特性数值模拟的流态模型选择

采用层流模型、标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型,对亚临界雷诺数条件下(Re=300~300 000)的二维圆柱扰流进行了数值模拟与仿真,得到了圆柱壁面平均努塞尔数随雷诺数变化的规律。并得出结论:当Re≤3 900时,采用层流模型较合适;当3 900≤Re≤22 000范围内时,采用标准k-ε紊流模型较合适;当22 000≤Re≤300 000时,采用RNG k-ε紊流模型较合适。     

椭圆断面厚壁螺旋管强化传热与流体阻力研究

对椭圆断面厚壁螺旋管进行了强化传热和流体阻力实验研究.结果表明,螺旋管的平均传热系数较光管有大幅度提高,最大为原来的2.2倍,其准则方程式为Nu=0 197Re0 625Pr0.4(104＜Re＜3.72×104)在雷诺数较低时,螺旋管的传热效果较好,流体阻力也较小,随着雷诺数的增大,流体阻力迅速增大.螺旋管强化传热和最佳工作区域在Re＜2×104范围内     

水平矩形通道内开孔折流板强化换热的实验研究

Re数在500～15000范围内，对矩形通道内交错布置多个开孔折流板的强化换热特性进行了实验研究，分析了开孔密度对通道强化换热的影响，并与设置不开孔折流板通道的实验结果进行了对比分析．实验结果表明：开孔折流板具有较好的强化换热效果，随着雷诺数Re的增加，换热效果逐步增强；同未开孔折流板相比，开孔密度为2．51％的折流板的强化换热效果最好，在测试的Re数范围内，其平均Nu可以增加59％，最大可以提高到2倍．最后，在实验数据基础上，关联得出了一个换热准则关联式，可以用作开发新型换热器的设计计算依据．     

微粗糙管内部流动与对流换热的实验研究

以蒸馏水为工质,流过内径分别为168μm和399μm、内部粗糙度分别为8％和3％的不锈钢管．通过直接电加热,采用红外成像仪测量了各种恒定加热功率及不同雷诺数(Re)下的钢管壁面的温度场,同时测量了微管进出口压力降和流量,由此计算了在不同Re下的努谢尔特数(Nu)和管内摩擦阻力系数(f)．实验结果表明, 在低Re下,微管内部f的值与Hagen-Poiseuille解基本一致,但微钢管内部的Nu要略高于Hausen的解;当Re 达到800左右时,内径为168μm的管内部f的值已开始偏离Hagen-Poiseuille解,Nu急速上升并形成拐点,这是由于流动发生转捩导致的．     

倾斜式波纹翅片管传热及流动阻力性能比较试验

对新开发的空气冷却器倾斜式波纹翅片管与传统的国产平直翅片管的传热性能及流动阻力性能进行了对比试验,给出了相应的传热系数曲线和流动阻力系数曲线,并分析了产生该试验结果的原因及理论依据。当空气流经该新型倾斜式波纹翅片管时,由于该翅片管能使气流产生强烈的扰流,破坏气流的边界层,导致掠过翅片管束的气流紊流程度加剧,从而提高了翅片管外空气膜传热系数。由试验结果可知,该新型倾斜式波纹翅片管与平直翅片管的j／f值相比,有较大的提高,表明新型倾斜式波纹翅片管的传热及流动性能优于国产平直翅片管,具有较高的工程应用价值,因此新型倾斜式波纹翅片管具有较好的推广应用前景。     

三角形通道内对称三角翼的脉动传热特性

该文研究了三角形管道内加入对称三角翼扰流元件在脉动流作用下的对流换热特性,工质是体积分数为1%的Water-SiO₂纳米流体,雷诺数为500~1 600,利用CFD软件进行数值仿真。结果表明,当雷诺数和振幅定常时,即当雷诺数为1 500,振幅为0.75时,脉动流作用下存在强化与弱化换热的临界频率约为1 Hz。当临界频率大于1 Hz时,强化换热,反之则会弱化换热。当频率为10 Hz时,换热最大增强了3%;当频率为0.001 Hz时,换热最大弱化了5%。同时利用场协同原理研究了传热机理,结果表明场协同角越小,换热效果越好,并且距离三角翼片下游越近,场协同角越小。当振幅为0.75,频率为10 Hz,雷诺数为1 500时在一个周期内的平均场协同角最小,换热效果最好。     

有限长波浪形圆柱绕流数值模拟

为研究一端固定在壁面上,另一端为自由端的有限长波浪形圆柱的减阻抑振效果,对有限长波浪形圆柱进行了计算.首先,采用大涡模拟数值模型的方法,对雷诺数为3 900时的有限长直圆柱和不同波长、波幅组合后的12种有限长波浪形圆柱进行了计算;其次,针对计算结果进行后处理,得到并比较了不同组合形式下的有限长波浪形圆柱的升、阻力系数大小,结合升、阻力大小分析其减阻抑振效果;最后,对减阻抑振效果较好的组合形式进行流场分析并研究了有限长波浪形圆柱的减阻抑振机理.研究表明:在12种波浪形圆柱组合形式中,大多数组合形式都能减小圆柱受到的升力系数均方根值,起到抑振作用,减阻效果最好的组合形式阻力系数均值减小可达5.36%;有限长直圆柱与有限长波浪形圆柱周围有相似的流动特征,但波浪形圆柱由于马鞍面和节点面的存在,使流体在圆柱展向产生交互,削弱了圆柱后方尾涡的发展,从而起到减阻抑振的作用.所得结果可对有限长波浪形圆柱的减阻抑振效果进行比较全面的总结,对研究有限长波浪形圆柱的减阻抑振机理有一定的帮助.     

热管式降膜吸收器波动降膜传热传质过程研究

本文对升温型吸收热泵热管式降膜吸收器溶液吸收传热传质并通过热管移出吸收热的过程进行了数值研究。根据所求得的波动膜流解及建立的数学模型,通过求解热管加热段外壁面溶液波动降膜传递方程和热管传热方程,研究了膜雷诺数。低位余热温度、输出热温度等因素对传热传质过程的影响,对今后的研究工作提出了新的见解。     

空气横掠叉排三维外肋管束换热及流阻特性的实验研究

对由重庆大学研制开发的新型三维外肋管叉排管束的换热及流动特性进行正交优化实验研究。实验结果表明：与光管管束相比，在Re=2900-14000范围内，三维外肋管束的换热系数增大了1.5-2.5倍，阻力增大了1－3.5倍。对实验数据进行逐步回归，得出了实验条件下的换热及流阻的准则方程式，并对肋几何参数对换热及流阻的影响进行了分析。     

套管换热器换热特性的数值分析

采用三维模型数值模拟了套管的换热特性,分析了套管换热器出口位置、倾角对套管对流换热性能的影响,选择给出了部分截面上的温度、Nusselt数(Nu)和对流换热系数的分布.结果表明:套管出口位置对换热量有重要影响,而倾角对换热量影响很小;温度在热边界层内发生剧烈变化,外管壁面温度变化不明显;对流换热系数随雷诺数(Re)(2 650～10 800)的增加而增加.将Nu的计算结果与Kays和Leung的解析解作了比较,二者吻合很好.     

内环肋管道强化换热的场协同分析

通过对内环肋管道的湍流流动和等壁温条件下的换热进行数值模拟,以场协同理论为指导,在所研究的几何结构和计算雷诺数范围内(肋高比H／D=0．04～0．12,肋距比P／日=5～30．Re=20000～70000),分析速度场与温度场的协同性,讨论其强化换热机制,说明了对于湍流流动,场协同原理也是适用的．