振动对带肋通道内流动与传热影响的数值模拟

运用Fluent UDF动网格技术将二维流场中振动对带肋矩形直通道的流动与换热特性进行了数值模拟,分析了相同振动条件下入口速度对流动与换热的影响,以及相同振动强度下振幅和频率对流动与换热的影响.结果表明:相同振动条件下,Re越大,换热增长率越低,入口静压波动越大,且静压峰值相位相对于振动峰值相位逐渐超前;相同振动强度下,振幅越大,振动引起的换热波动越小,换热增长率越低;当振幅大于一个临界值时,振幅对换热的影响不明显;振幅越大,入口静压波动幅度越大;振动可以强化换热,但是随着Re和振幅的增大,局部区域会出现抑制换热的情况.     

肋片振动对带肋矩形通道内流动和换热影响的数值研究

基于Fluent动网格及UDF编程技术对二维流场中振动带肋矩形直通道的流动与换热特性进行了数值模拟,分析了振幅和频率对其换热特性的影响。数值计算表明,相比于静止的带肋矩形直通道的换热,振动对其换热有一定的影响,并且随着振幅和频率的提高,振动强化换热效果越显著;振动同时也使通道内的流场结构发生了改变,振幅和频率的提高都能使通道内的静压迅速地增加,振动时静止通道内两肋片之间尺度大小不一的两个漩涡随着振幅、频率的提高,漩涡尺度相继变小,直至最后都被主流带走。     

壁面局部振动的二维管可压缩流动分析

通过求解二维雷诺时均Navier-Stokes方程,对壁面局部振动的二维管内流场进行可压缩流体的数值模拟,分析振动频率、振幅及相位对流场的影响。研究表明:振动频率上升,可使静压变化区域缩小,同时静压变化幅度增加;振幅变化不影响静压变化范围,仅作用于静压变化幅度;振动相位变化,局部振动壁面向管内输入能量,生成交替的高低压圈。研究结果可为进一步模拟燃气轮机叶片振动对气膜冷却的影响提供参考。     

壁面局部振动的管内射流流场模拟

采用动网格技术和k-ε两方程湍流模型,通过求解二维非定常不可压雷诺时均N-S方程,对局部壁面振动的管内射流流场进行模拟,分析局部壁面振动的振幅和频率对流动的影响。结果表明:射流孔下游壁面静压随振幅、频率的增加而增加;射流孔的平均流量随振幅的增加而减小,随频率的增加而增加;流量波动随振幅、频率的增加而增加,高频率对流动的影响更加明显。研究结果为进一步研究振动表面小孔射流特征和振动叶片的气膜冷却问题提供参考。     

管内壁面振动对流场与传热影响的模拟研究

采用动网格技术和k-ε两方程模型,通过求解二维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程,对二维管内可压缩流动模型进行数值模拟,分析壁面振动对流场及传热的影响。研究表明:壁面振动使得振动区域附近的速度场呈现周期性变化,且通过建立FFT(快速傅立叶变换)可知,壁面局部振动对下游流场同样造成一定扰动;在传热方面,存在临界St*(斯特劳哈尔数),振动的壁面只在一定的相位区间才能增强换热,通过场协同分析可知最大平均Nu出现的相位在202°附近。     

刚性壁面法向振动对流动换热的影响

采用理论推导与数值模拟结合的方法,通过求解流动方程及能量方程得到壁面法向振动下流体流动特性变化规律,并分析振动对换热的影响。结果表明:层流状态下,低强度振动使壁面附近流体质点产生法向速度,但影响范围很小,对换热影响有限;随着振动强度的增大,流场逐渐转变为湍流,导致换热系数提升。通过数值模拟计算壁面平均努塞尔数随振动强度及来流速度的变化规律。结果表明:对于低速流体,当振动达到某一临界值后能增强换热效果,努塞尔数随振动强度增大而增加,最佳换热相位角在200°左右,低雷诺数下振动强化换热效果较为明显,对流换热系数最大可提升300%。     

失谐叶盘系统振动特性研究

针对叶盘系统由于失谐将产生局部化振动问题,利用有限元的方法分别对质量失谐和产生裂纹对叶盘振动特性影响进行了分析。得出结论：质量的不同分布对固有频率均有不同的影响,且在高阶下容易出现频率转向现象;裂纹的出现会使叶盘结构基频降低,而且会导致叶盘系统发生振动局部化现象。随着裂纹深度的增加,结构的基频进一步下降,而振幅越大。     

甲烷自激励脉动燃烧NOx排放特性的试验研究

采用Rijke型自激式脉动燃烧器,结合纹影摄像,对不同脉动频率、脉动振幅和燃烧功率下的NOx排放量进行了比较和机理分析.结果表明:在试验工况范围内,甲烷自激励脉动燃烧与非脉动燃烧相比可降低NOx的生成,NOx最高降低了99%,对应的CO降低了13.8%;当燃烧功率增大时,会出现燃烧不完全和燃烧效率降低的现象;脉动火焰符合分形特征,其分形维数大于非脉动燃烧,火焰内流场褶皱、卷曲的程度更高;脉动燃烧下NOx降低的原因是掺混程度更好、传热率更高;随着脉动频率的增加,NOx的排放量降低,说明频率增加促进了气体掺混,减少了气体在高温区的停留时间;脉动燃烧下NOx的排放随燃烧功率的增大而升高.     

二次风旋流强度可调范围的数值模拟研究

利用Ansys12．0软件对实际电站锅炉的炉内流场进行了数值模拟,分别研究了内、外二次风旋流强度对炉内流场的影响．结果表明：随着旋流强度的增加,中心回流区开始远离燃烧器出口轴线位置,回流区长度增加,回流区面积增大,当旋流强度大于某一数值时,将不能形成较好的中心回流区,易发生飞边现象;外二次风旋流强度对回流区的影响较大,但调节范围却较小,而内二次风旋流强度的可调范围较大;内二次风和外二次风旋流强度的可调范围分别为0．58～2．74和0．58～1．00．     

振动平板单孔气膜冷却实验研究

基于高温风洞实验台,采用红外热成像技术和机械振动机构对振动平板单孔气膜冷却特性进行了实验研究.测量吹风比在0.4~1.8范围内,静态以及振动状态下的气膜冷却效果,并分析了振幅(0~5mm)和频率(0~20Hz)等因素对气膜冷却效果的影响.结果表明:振动会削弱气膜冷却效果;与频率相比,振幅对气膜冷却效果的影响更大;随着吹风比的增大,同一振动对气膜冷却效果的影响变小;频率不同的振动对气膜冷却效果的影响相近,在X/D=5~10内,平均有效温比降低约3%;振幅不同的振动对气膜冷却效果的影响是相近的,在X/D=5~10内,平均有效温比降低约5%.     

纵向涡发生器作用下矩形通道内脉动流流动换热性能研究

对安装渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合的矩形通道内脉动流动换热性能进行了非稳态三维数值模拟研究,计算考察了不同Re、脉动频率ω以及振幅A对通道内强化传热和压力损失的影响。研究结果表明:在脉动流动的影响下纵向涡发生器的传热能力得到了强化。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增加,矩形通道内整体传热能力的强化效果增强;随着Re的增大,强化效果逐渐减小。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增大,矩形通道内E_f的波动振幅增加;随着Re的增大,E_f的波动振幅减小。     

纵向振动圆管流场与阻力特性的数值模拟

在绝大多数换热设备中,流体绕流诱发的管束振动现象普遍存在,并在很大程度上决定强化换热的效果.由于对换热管束振动条件下的流场与换热特性缺乏深入的分析,影响了流体诱导振动强化传热技术的推广应用.利用CFD流场软件对换热管束强迫振动条件下的流场分布、换热特性及振动阻力状况进行了数值模拟研究,考察了管束振动频率在0.33～50 Hz范围内漩涡生成与脱落形态以及换热管束的局部场协同程度.数值模拟结果表明,管束较高频率的振动显著改善了流场的场协同度,提高了换热效率.     

基于气液两相流大涡模拟研究柴油喷射的雾化过程

采用气液两相流大涡模拟对燃油雾化过程进行数值模拟.通过建立不同的计算边界研究了喷油器结构对喷孔内流及近喷孔区域燃油雾化特性的影响.在对比分析射流结构和喷孔内外流计算结果的基础上,讨论了射流初始扰动的产生机理及燃油雾化机理.根据计算结果发现:喷油器结构对喷孔内流有重要影响,实际喷油器的复杂结构会使燃油在离开喷孔前发展为湍流,湍流是导致初始扰动具有复杂频率和振幅组成的原因.边界突变是产生喷孔出口区域轴对称初始扰动的原因,该类型初始扰动具有单一的频率和振幅.     

换热器内弹性管束固有阵型对换热性能的影响

弹性管束换热器管束的振动可实现强化换热,为了使弹性管束换热器更好的强化换热,本文研究了弹性管束的固有阵型对管束换热特性的影响。采用work bench数值分析方法对弹性管束进行模态分析,得到管束的前十阶固有频率及阵型。采用脉动流激励弹性管束振动,得到弹性管束的类似固有振型,分析管束固有振型变化对弹性管束换热特性的影响。结果表明,对于管束的面外振型,管束固有振型的振幅出现的位置不同,对管束的换热系数影响很大;对于管束的面内振型,随着管束面内振型阶数增大,弹性管束的换热系数增大。     

管壳式换热器换热性能的数值模拟研究

在水的雷诺数Re从1900~25000范围变化的情况下,选择换热效果比较好的Φ25/Φ19波纹管,并对其换热性能进行了数值模拟与实验研究。结果显示波纹管的换热系数是直管的1.1~1.8倍,且随着雷诺数的增加,倍数值逐渐减小;波纹管的压降损失是直管的2~3倍。     

振动平板气膜冷却的数值分析

采用数值方法模拟振动平板单孔气膜冷却过程,对比不同振动频率、不同振幅和不同吹风比下气膜孔中心线下游绝热壁面的有效温比曲线,并分析了气膜孔周围壁面相对静压分布.结果表明:振动会削弱气膜冷却效果;在吹风比λ=1.0下,不同振幅、不同振动频率振动时绝热壁面的有效温比比稳态时小,且在x/D10时,2种情况下有效温比的差距更明显;同一振动下,在吹风比小于0.6,x/D5振动时绝热壁面的有效温比比稳态时大,在x/D5振动时的有效温比比稳态时小;在吹风比大于0.6振动时的有效温比始终比稳态时小;振动时气膜孔周围壁面相对静压会出现周期性变化.     

振动激励下的封闭通道流动传热特性实验研究

为了对振动激励下的自然对流换热规律进行深入的理论与试验分析,搭建电动振动传热试验平台与并行式数据采集系统,测量封闭通道在不同振动激励下的温度瞬态变化特性。研究发现:随着受迫振动频率的增加,振动激励可以将自然对流强化为混合对流;当频率超过50 Hz时,自然对流的影响可以忽略。但是由于受迫振动下的流动状态依然为层流,因而对于自然对流的最大强化程度约在100%。另外,通过对混合对流状态的理论分析,得到由于受迫振动引起的封闭换热通道内部强制对流换热试验关联式。     

全玻璃真空管太阳热水器数值模拟研究

基于FLUENT软件及TECPLOT软件,通过对均匀加热条件下的全玻璃真空管太阳热水器内流场及温度场的数值模拟,研究了热水器的对流换热与传质过程;分析了集热管倾角、真空管双面受热对热水器内流场及温度场的影响和真空管与水箱连接处、垂直等温面上的流体速度、温度分布。结果表明,在真空管与水箱连接处出现随机的涡流和真空管内出现分段的小环流,对传热传质过程不利,特别是对于带反射板的双面受热的集热器,应采取措施确保管内对流换热流动的有序性。建议加装导流板,并初步探讨了导流板的长度,确立了最佳板长模拟结构,为后续的理论研究与试验打下基础。     

变速运动相变胶囊强化传热实验研究

为了研究变速运动对相变胶囊的强化传热效果,选用十六烷为相变材料,黄铜为壳制备圆柱形相变胶囊,利用曲柄摇杆往复装置实现变速运动并搭建实验平台;实验设计相变胶囊在蓄、放热过程中温度的变化范围为10~30 ℃,变速运动的方向为沿胶囊轴向或径向往复运动,振幅为6~12.5 mm,频率为1.55~3.78 Hz,通过测量均匀分布在胶囊内部轴线上8个测点的温度数据分析变速运动的方向、振幅和频率对胶囊蓄、放热效果的影响。实验结果表明：变速运动显著增强了相变胶囊的换热效果,在实验范围内,相比于静止状态,换热系数最大可增加35.6%;胶囊沿径向运动比沿轴向运动强化换热效果更好,沿径向运动时换热时间最多可缩短26.7%;不同工况下胶囊的放热时间均高于蓄热时间,增加振幅和频率可以有效提高蓄、放热效率且对蓄热过程的影响更加显著。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。