纵向涡流发生器强化传热数值研究进展

对近年来纵向涡流发生器在换热器气侧强化传热和流阻性能的数值研究进行综述,内容包括:纵向涡流发生器类型及布置方式;纵向涡流发生器强化传热和流阻性能;纵向涡强化传热机理.分别对带斜截半椭圆柱面和斜截半椭圆柱体矩形通道内的层流流动和传热进行数值模拟.结果表明,两涡流发生器强化传热效果几乎相同,比平直通道高72.7%～133.1%;压力损失分别比平直通道增加100.4%～168.3%和108.1%～183.5%,斜截半椭圆柱面强化传热和流阻综合性能优于斜截半椭圆柱体.     

H型翅片管传热与阻力特性数值模拟以及场协同原理分析

针对国内外研究人员对H型翅片管传热与阻力特性的研究结果差异较大以及对翅片厚度研究较少的情况,根据电站锅炉低温省煤器的运行工况,采用FLUENT软件计算低温省煤器横截面积恒定的6种H型翅片管的传热和流动阻力特性的变化规律。将数值模拟结果与采用其他文献计算方法以及实验关联式所得的结果进行对比,并利用场协同原理进行分析。结果表明:当H型翅片管横截面尺寸为2 mm×50 mm时,换热区域温度场和速度场的协同性较高、流动阻力较小,因此其综合传热性能较优。     

脉动热管传热性能实验研究

建立了铜管脉动热管实验台,分析水冷条件下充液率、工质、倾斜角和是否为闭环路等因素对脉动热管传热性能的影响。研究结果表明：随着充液率的增加,整体热阻变大,原因是管内的工作流体增加,流动摩擦阻力增大,气泡的份额减小,脉动驱动力减小,加热段冷却段的温差增大;选用蒸馏水、无水乙醇以及丙酮为工质时,丙酮在脉动热管中更容易形成循环流动而使得传热性能增强,热阻最低;不同倾斜角的实验中,垂直底加热时脉动热管热阻最低,表明重力在工质回流到冷却段起到重要的作用;环路型脉动热管传热性能在相同条件下要比非闭合回路脉动热管传热性能好。     

不锈钢轧制式翅片管传热性能研究

本文通过对不锈钢轧制式翅片管进行传热性能试验，得出了翅片管传热系数关系曲线和关联式，有效验证了不锈钢轧制式翅片管的传热能力。     

非对称翅片管式换热器管外对流传热强化实验研究

提出一种新型非对称翅片管式换热器,通过不同工况的实验,研究其传热过程和传热效果,并通过计算传热系数比较其与环状翅片管管束和光管管束的传热性能。结果表明：非对称翅片管对流体的扰动强于环状翅片管和光管;相同参数条件下,非对称翅片管换热器的换热效果优于环状翅片管和光管式换热器;采取相同面积的换热面,非对称翅片管换热器比环状翅片管换热器更加紧凑。     

纵向翅片管在热管换热器中的应用

文章阐述了纵向翅片管换热器用于多灰烟气流体余热回收的必要性,并分别就纵向翅片管换热器与圆翅片换热器进行了传热性能与烟气流动阻力的对比试验。结果证明在试验条件相同,热管管径及材质相同,回收热量相同的情况下,纵向翅片管除换热系数略有下降外,其流动阻力、金属耗量、制造成本均低于圆翅片管,且运行中不需吹灰,是一项有发展前途的新产品。     

H型翅片椭圆管束传热及阻力特性的试验研究

对椭圆H型翅片管的传热及阻力特性进行含尘烟气条件下的热态试验研究,得到工业应用条件下的椭圆H型翅片管换热管传热及流动特性变化规律,给出了管外换热试验关联式及阻力试验关联式,并通过洁净管及稳定积灰工况的比较,得出试验元件的积灰变化规律,同时针对不同的翅片管布置方式进行分析,认为顺列布置条件下,积灰对于其传热特性及阻力特性的影响均小于错列布置,最高可达50%。     

层流脉动流横掠圆柱体强化传热研究

为研究脉动气流横掠等热流密度圆柱体的换热特性,进行了层流中雷诺数Re为85～426的脉动气流横掠高温共烧陶瓷发热管的换热试验研究.结果表明,在脉动气流的脉动频率f=30 Hz、脉动振幅Prms=283 Pa条件下,脉动气流能大幅度提高等热流密度圆柱体的换热性能,层流中脉动流横掠等热流密度圆柱体时,圆柱体表面的温度平均值为稳定流条件下温度平均值的88.7％；脉动流中圆柱体背风面后端点与迎风面前端点的温差仅为稳定流条件下温差的16.7％；脉动流强化换热因子的区间为1.78～1.98,平均值为1.88,随雷诺数的增加而线性地降低.     

多向扰流换热管管内传热与流动特性数值模拟

采用Realizable k-espilon湍流模型对不同雷诺数下的多向扰流换热管进行数值模拟,首先在光滑管中进行数值模拟,并与经验公式进行对比,验证了该数值方法的可靠性;其次研究了该换热管的结构参数及雷诺数的变化对努塞尔数和阻力系数的影响,进而分析出同一雷诺数下槽深比、节距比的变化对湍流动能和出口温度分布的影响,最后归纳出努塞尔数和阻力系数随结构参数及雷诺数变化的准则关联式。结果表明:随着结构参数的变化,多向扰流换热管的传热与流动性能都会发生显著的变化;当节距比和雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能都随着槽深比的增大而增大;当槽深比、雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能随节距比的增大而减小。研究表明多向扰流传热特性优于光滑管,可以起到较好的强化传热作用,准则关联式可为强化换热提供理论指导。     

带肋矩形单通道流动传热数值模拟

针对燃气透平第一级动叶内部冷却通道,建立一个带45°斜肋的冷却通道的流动模型和固体模型,对流动模型进行计算,分析肋片对冷却气体流动和通道中传热的影响,并将流动计算得出的传热系数导入到固体模型中进行计算。结果表明:肋片引起气流的分离与再附着,并引导气流产生横向的流动,加强了壁面大部分区域的传热;当入口Re达到19 413时,可以满足冷却要求。     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

叶片旋流管内核心流强化传热分析与结构优化

管内湍流强化传热方法一般是增加壁面换热面积,但这会显著提高管内流动阻力。本文根据管内核心流强化传热的原理,提出了一种高效低阻的叶片旋流管,分析其传热强化的机理,建立相应的物理和数学模型。数值分析的结果表明,在圆管内置若干组旋流叶片后,可显著强化管内湍流换热,且流动阻力的增幅低于换热强化的增幅;当常温水流过管长为960 mm,管径为20 mm的圆管,且在管内核心流区域设置4组4叶片旋流单元时,其性能评价系数SPEC在Re数为3 000~15 000的范围内均超过1.5,最高可达1.9左右。     

交错蛇形短翅片对扁平管外传热的强化

在火电机组直接空冷凝汽器中采用空冷技术,可以有效降低富煤缺水地区火力发电对水资源的消耗。通过数值模拟的方法,对锯齿形短翅片应用于火电机组直接空冷凝汽器扁平管空气侧强化传热的可行性进行探讨。研究发现,,采用所提出的扁平管交错蛇形短翅片结构,与传统的连续蛇形翅片相比,在各种迎面风速条件下均能起到强化空气侧传热的效果。随着短翅片交错排数的增加,翅片变短,强化传热的效果更为明显。在n 5时,强化传热综合性能评价准则数(performance evaluation criteria,PEC)可达到1.05~1.09;但随着迎面风速的增加,流动阻力的增加变得更为显著,强化传热的效果受到抑制。利用实际数据对模型的有效性进行验证,并对计算域网格数进行校验,结果表明所得结论具有一定的可靠性。     

针肋套管换热元件的传热及阻力性能试验研究与分析

对气流纵掠不同结构参数的针肋套管换热元件的传热及阻力特性进行了试验研究,得到了该种换热元件的传热及阻力性能的实验准则关联式,进一步就不同结构参数对针肋套管热力性能的影响进行了比较分析,并为该种换热元件的工业应用提供了可靠的试验数据和设计依据。     

管内变物性流体减速时对流换热实验结果的数值模拟

用一组封闭的迟豫方程来计算湍流应力τT 和湍流热流密度 qT,从而建立起湍流迁移模型 ,此模型与大量实验结果相吻合 ,具有普适性。采用此湍流迁移模型对圆管内变物性流体在减速流时并考虑非定常流的影响 ,对热交换过程进行数值模拟研究。与实验相比较 ,得到较一致的结果。表明 :同时考虑变物性和非定常性的影响 ,使得数值模拟和实验的比较具有实际意义     

涡流发生器对直接空冷凝汽器换热的影响

通过数值模拟研究了矩形小翼、三角小翼、梯形小翼、柱面梯形翼、柱面三角翼和柱面矩形翼等6种涡流发生器分别安装于直接空冷凝汽器单排蛇形翅片扁管中的压降和换热性能。Re数在600~1800范围内,涡流发生器采用相同高宽比、尾高、攻角以及安装位置。结果表明:矩形小翼的换热及压降增大最多,Re=1729时,相比平直翅片分别增加了14.27%和18.32%。Re=1 729时,柱面梯形翼的压力损失比矩形小翼少4.7%,换热低1.5%。当以(j/j0)/(f/f0)1/3作为综合换热性能评价标准时,柱面梯形翼的综合换热性能最好。另外,考察了柱面梯形翼倾角的影响(0°、6°、12°、20°、24°和26°),相同工况下,倾角为12°的柱面梯形翼换热最好(较平直翅片增强4.29%~14.1%)、压降最小(增大7.5%~12.8%)且综合换热性能最好。柱面梯形翼因其迎流面积与斜边长度的匹配以及流线型柱面,具有良好的强化传热效果以及较小的压降。     

弧线管微粒污垢特性的实验研究

微粒污垢的沉积造成换热面流动阻力增大，传热效率降低，腐蚀加剧。文中通过不同流速和微粒浓度下微粒污垢的加速实验，得到了弧线管微粒污垢渐近热阻值和诱导期；同时，用数值方法模拟了弧线管的内部流场和壁面剪切力。结果表明：弧线管微粒污垢的渐近热阻值和诱导期与微粒浓度和流速有关，流速增大、微粒浓度降低，其诱导期延长，渐近污垢热阻减小。而且，在清洁状态、析晶污垢和微粒污垢状态下，弧线管比对应光管都具有良好的传热和阻垢性能，其主要原因是由于弧线管内部流场和壁面剪切力周期性变化所引起的。     

A numerical study of heat transfer and turbulent flow of carbon dioxide in a tube at supercritical pressure

Operating modes with normal and degraded heat transfer (the latter with peaks of wall temperature) during turbulent flow of carbon dioxide in a round tube at supercritical pressure are calculated. The calculated results are compared with experimental data on the wall temperature, pressure drop, and friction obtained under the conditions of a weak effect of thermogravitation. An explanation for the specific features of convective heat transfer in the region of supercritical pressures is given.     

Turbulent flow separation and characteristics of heat transfer under unsteady hydrodynamic conditions

Results from an experimental study of hydrodynamics and heat transfer in turbulent separation flow under the conditions of its periodic pulsations are presented. It is found that an essential change occurs in the spatial and timing structure of separation flow under the effect of superimposed unsteadiness. Phenomena involving reduction of the longitudinal dimensions of the separation region and essential enhancement of heat transfer in the separation region of pulsating flow are revealed. The physical mechanism of these phenomena is described.     

Specific features of the convective heat transfer under the conditions of pulsating turbulent gas flow in a tube

Heat transfer and friction under the conditions of the pulsating turbulent flow of a compressible gas are calculated for the first resonance harmonic. An increase in heat transfer rate in resonance regimes (averaged over the oscillation period) as compared to that in a steady flow, which was observed in experiments, have been reproduced. Effects of the regime parameters on heat transfer and friction have been analyzed. Maximum values of Nusselt number and friction factor are shown to somewhat decrease when convective terms are taken into account in the equation of motion.