涡轮叶片斜肋通道冷态流场特性的实验研究

为了探究涡轮叶片内部肋通道的流场特性与换热机理,设计不同角度的带肋通道实验模型. 采用流动显示实验与粒子图像测速实验,对通道的典型截面流场进行统计平均特性分析与非定常分析. 结果表明,当扰流肋与流向的夹角为60°~90°时,减小夹角能够降低扰流肋对流体的阻挡作用,增大扰流肋后方旋涡的纵向范围与强度. 减小夹角使第1个肋区间的回流强度先增大后减小,第2个肋区间流体的纵向冲击强度增大. 斜肋结构能够提高主流流体与肋间流体的雷诺应力峰值,增强肋间扰动强度,提升通道的换热特性. 减小夹角可以提升流场的速度振荡幅值与振荡频率,提高通道的换热效率. 减小夹角可以增大流体沿肋向流动的能量与能量波动频率,使得旋涡在向后脱落的过程中更易于与靶面进行能量交换.     

高Pr数流体在三维内肋管中临界雷诺数研究

采用正交试验设计方法,以未使用过的润滑油为工质,对高Pr数流体在肋叉排列三维内肋管中的流动特性进行了试验研究.结果表明:采用肋叉排列的三维内肋管可使高Pr数流体在较低的雷诺数下实现从层流向湍流的转变,其临界雷诺数Recr范围为100～200.在工程应用中,采用三维内肋管进行高黏度流体换热,容易使流动处于换热系数较高的湍流区获得明显的强化换热效果.用最小二乘法对试验数据进行多元线性回归,得到了肋叉排列的三维内肋管肋形结构对流态转变的临界雷诺数的准则方程式,为后续的分区强化传热提供参考.     

水平翅片管外凝结液膜分布及换热特性影响研究

肋片管换热技术被广泛应用于工程实践,当有凝结现象发生时,液膜对换热产生热阻,因此,为强化换热有必要对液膜分布进行研究。建立了水平翅片管的物理模型,基于Nusselt理论及修正的膜理论,推导出了肋片侧壁以及肋间基管的凝结液膜厚度和换热系数计算式,并对模型进行了验证。通过对水平梯形肋片管的计算,结果表明:在非淹没区,肋片侧壁的凝结液厚度沿圆周方向不断增厚,沿肋高方向变薄,局部凝结换热系数沿圆周向减小,沿肋高方向增加;基管上圆周角0°~φf范围内液膜不断增厚,并在靠近淹没区急剧增厚,局部凝结换热系数减小;肋片间距的大小对换热性能有较大的影响,因此,通过优化最佳肋片间距可以提高肋片管的换热性能,为设计出高效换热器提供一定的参考。     

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.     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

燃气涡轮带肋冷却通道流动与换热的大涡模拟

为研究涡轮内部扰流肋结构的流动和传热机理,分别采用雷诺平均(RANS)方法和大涡模拟(LES)方法对肋通道周期性计算域和全尺寸计算域进行数值研究;结合实验数据,对比分析雷诺平均方法和大涡模拟在流动和换热方面的准确性.结果表明:大涡模拟捕捉到了肋顶扁平涡结构的产生与脱落过程,该旋涡在近似肋顶面的高度和下游空间内发展并掺混,强度逐渐衰减,该过程与湍流强度的分布规律一致;获得了肋前分离流动中向侧壁面偏转的横向二次流等更加详细的流场结构,更加真实地反映了流场的特性;在流动预测方面,大涡模拟更加准确地预测到了平均速度分布和脉动量湍动能的分布规律;在换热方面,大涡模拟方法对换热增强系数的预测误差比雷诺平均方法要小.     

宾汉流体在环空中温度分布规律研究

在钻井及采油工艺中许多流体表现为非牛顿宾汉流体特性,在现场施工中其流动换热特性将直接影响到井底参数的确定.从流体动量方程和能量方程出发,结合宾汉流体的本构方程,建立了宾汉流体环空中流动和换热充分发展时的控制方程组,并在恒壁温边界条件下对方程组进行了求解.得到了宾汉流体在环空中的温度分布规律.结果表明,宾汉流体截面上的温度分布与速度分布近似;等速核内温度随着压力梯度的增加而增加,随着屈服应力的增加而减小,随着视粘度的增加而增加;但等速核内的温度并不相等.     

水基碳管纳米流体对流换热实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数h的实验系统,在过渡湍流状态下测量了不同碳管含量、不同入口温度以及流速对其对流换热系数的影响,分析了各影响因素的影响程度的大小及作用机理。实验结果表明:碳纳米管的加入改变了水内部的热传递过程,增大了水的管内对流换热系数;相同Re下,随着碳管质量浓度的不断增加,碳管纳米流体的对流换热系数相对基液水显著增加;随着碳管纳米流体入口温度的升高,对流换热系数逐渐增大,增幅变化跟碳管质量浓度有直接关系,例如当碳管质量浓度为0.8、1.0g·L~(-1)时,对流换热系数增幅先增大后减小,而碳管质量浓度达到1.2g·L~(-1)时,对流换热系数增幅加速增大;在碳管质量浓度一定的情况下,纳米流体的流速对h的影响程度比入口温度要大。     

直肋插入件强化高温传热的数值模拟

本文对直肋插入件高温换热管内的层流流动与强化传热进行了数值模拟。获得了恒热流率和变物性条件下的流均分布和温度分布,并考查了流体入口温度、热流率和插入件几何形状对插件管内充分发展的层流流动和传热的影响。     

变导热系数对流-辐射-导热肋片的双重级数摄动解

应用正则摄动法研究一维直肋在导热系数随温度呈线性变化时的传热问题．在对流换热和辐射换热同时存在的条件下，以肋片材料的导热系数随温度变化的参数(E1)和肋片材料的黑度及导热系数的综合参数(E2)为两个摄动小参数，利用双级数的摄动展开得到了在绝对零度理想条件下肋片温度分布和肋效率的一组级数形式的解．     

组合式微针肋的强化换热特性

对一种组合式针肋热沉(圆形针肋阵列穿叉布置等腰直角三角形小肋热沉)的换热特性进行数值模拟研究.考察了三角小肋以不同冲角布置对微针肋通道整体换热特性的影响.计算结果表明,三角小肋布置存在一个最优化角度,即以冲角30°布置的三角小肋的组合式针肋的强化换热效果最佳,远远高于单一圆针肋热沉,但强化换热效果随雷诺数的增大而降低.     

风冷垂直管吸收器外部冷却过程数值研究

对吸收器风冷方式进行探讨,并利用CFD软件对双排风冷垂直管吸收器的翅片表面的空气流动及换热过程进行了数值模拟。通过研究获得不同结构参数下翅片表面流体流动特性和换热性能。获得的结论对于风冷吸收器结构设计具有一定的指导意义。     

变加热功率下不同形状微肋阵热沉内的对流换热

为探索变加热功率下微肋阵热沉内的对流换热规律,采用精密机械加工获得圆形、菱形和三角形微肋阵热沉,建立一体式加热试验系统,测试了微肋阵热沉的压力降、流动阻力系数、热阻等对流换热参数,研究Re为0~1 000时微肋阵内阻力及对流换热受加热功率的影响规律。研究结果表明,微肋阵内阻力系数先随加热功率增加而增大,圆形和菱形截面微肋阵中该现象在Re>400时消失,而三角形微肋阵在Re>250时消失。加热功率的增加强化了圆形和菱形截面微肋阵内的对流换热,三角形微肋阵的Nu在Re<250时随加热功率的增加而增大,当Re>250后则有所降低;加热功率对于圆形和菱形微肋阵热沉热阻的影响在Re<600时较为明显,而对于三角形微肋阵当Re>250后加热功率对于热阻的影响基本可以忽略。     

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热"死区"。     

高温热管翅强化管内换热的数值模拟

将高温热管翅作为翅片强化换热的设备,可以大大地提高换热器的传热能力。为预测高温热管翅强化传热性能,推动高温热管翅的开发与应用,将12根高温热管翅的冷凝段排成2排置于管道内组成换热设备。运用FLUENT软件,选用TGrid网格技术方法、k-ε湍流模型、SIMPLE压力-速度耦合方法对该换热设备进行数值模拟计算。数值模拟结果直观地表征了高温热管翅强化管内换热的温度场、速度场以及对流换热系数场;表明管道换热设备内因为有了高温热管翅,流动速度加大,表面换热能力加强。第1排热管翅的换热系数高于第2排热管翅的换热系数。随流量的增加,对流换热系数增大。数值计算结果与实验结果进行比较,表明理论值与实验值的基本趋势相吻合。     

针翅管传热计算及针翅管的应用

本文简要地叙述了在传热设备中，高温烟气的热量通过金属壁面传递给水的情况下，采用针翅管作为对流受热面可以提高传热量的原理，并提出粗略的计算方法。本文还以已开发的采用针翅管的传热设备为实例，应用上述计算方法进行计算，同时以所得的结果与采用相同受热面的普通烟管进行比较，其传热量明显增加，约可提高２０％。本文最后对采用针翅管的传热设备的实测数据进行分析来说明采用针翅管作为对流受热面所取得的实际效果。     

锯齿型翅片单元的流动与传热数值模拟

建立了2种板翅式散热器的锯齿型翅片通道的三维模型,仿真分析了散热器内部不同位置和区域的微观流动机制.通过风洞实验测量了散热器在3种工况下的工作效率.分析结果表明,翅片厚度、热侧通道的数量及高度对散热器的换热和阻力性能具有重要影响,并且雷诺数越大,则影响越显著.当雷诺数增大时,翅片表面换热系数和摩擦系数均增大.在同一雷诺数下,单个翅片的表面换热系数和摩擦系数均沿流向降低.计算与实验结果表明,采用计算流体力学（CFD）模拟分析方法,通过建立合适的模型及网格,不仅有助于了解散热器内部工作状况,而且能够获得有效的性能数据.     

翅片盘管式相变储热器传热性能研究

翅片盘管可以强化盘管外侧的换热.本文研制了一种翅片盘管式相变储热器,以石蜡R54为相变材料,在3组不同流量工况下,分别对3种不同翅片间距的储热器进行了实验研究,分析了其不同工况下的温度分布和传热系数情况,得出了该类型相变储热器的储热效率及传热系数与流量成正比、与翅片间距成反比的结论.     

基于FLUENT的热管换热器纵向冲刷方式模拟

利用CFD软件FLUENT对流体在热管换热器中纵向冲刷方式进行数值模拟,对流场中压降、温度等参数进行了分析。结果表明,在相同情况下纵向冲刷时的流体压降小于横向冲刷,但纵向冲刷时传热效果较差;纵向冲刷时流体压降受管间距与热管长度等因素的影响,并且与热管长度成正比。在热管上加装纵向翅片可有效地改善流体纵向冲刷的换热效果,并且使流场内温度分布更为均匀。     

反应堆矩形强化流道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,为优化其传热特性,针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋和等距短肋布置的三种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;三种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.