通道中串列倒转柔性体的运动与传热

为研究柔性结构运动对通道换热性能的影响，采用任意拉格朗日-欧拉（Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE）法，对通道中串列布置的倒转柔性体进行数值模拟。研究不同长宽比的柔性体在抗弯刚度系数相同时的拍动状态、流场特性以及对通道换热性能的影响。结果表明：随抗弯刚度系数变化柔性体存在稳定模式、大幅度拍动模式和偏转拍动模式3种运动模式；随抗弯刚度系数减小，小长宽比柔性体的拍动状态变化具有滞后性；大长宽比柔性体在净换热量提升上更有优势，在合理的机械能损失范围内拥有更高的热效率系数，相较小长宽比通道，平均净换热量提高了3.87倍，最高热效率系数可达1.3；在实际工程应用中，应采用大长宽比并处于大幅度拍动模式下才能有效提升通道内传热性能。     

通道内柔性体流固耦合对流动和换热的影响

以新型冲孔矩形涡流发生器流道内的流动与换热为背景,模拟了流道内插柔性体的流固耦合对流换热过程,研究柔性体涡流发生器的振荡对通道内涡量场及其换热性能的影响,探究通道内柔性体流固耦合强化换热的机理。结果表明:柔性体在变形过程中会使流场中产生尾涡,且当其在一个拍打周期内达到最大弯曲程度时,尾涡会在后缘脱落到尾流中,使得冷、热流体剧烈掺混,从而起到强化换热的作用;随着Re的增大,换热强度提高得更快,在Re=3 000时通道中安装单个柔性体涡流发生器可以使通道对流换热强度提高39.4%。     

通道内置三维柔性元件强化传热特性的数值模拟研究

基于双向流固耦合方法，对流体通道内安插柔性元件的换热过程建立数值计算模型。分别计算了不同雷诺数下通道内安插刚性元件、传统柔性元件和新型三维柔性元件的速度场与温度场，调整新型柔性薄板的高度与通道高度之比进行多组计算，以验证新型三维柔性元件对换热效果的积极作用，并得到其最佳换热尺寸。结果表明：在换热的充分发展区域，三维柔性元件在扰流与避免后方蓄热等方面的效果优于刚性元件和传统柔性元件；当新型柔性薄板的高度与通道高度之比在13%~15%左右时强化换热效果最好；当Re为1 500时，换热的综合强化传热因子(PEC)可达1.25。     

几种带冷却结构的双层管换热及流动对比

对相同质量流量下的光管、双层光管、带冷却结构（肋、扰流柱、凹坑、螺旋通道）的双层管等不同结构的管流动进行了流固耦合三维数值模拟,获取了固体壁温的分布特征;对各结构下,外层壁冷热侧温差、冷气温升、流动特性及综合换热效率进行了研究分析。研究结果表明：相同质量流量下,带螺旋通道双层管的外层壁冷热侧温差最小、综合换热效率最高;凹坑结构双层管与双层光管的流动及换热特性相似,流阻较小但换热效果也较差;扰流柱和肋结构双层管的流动换热特性相近,其温度分布均匀性、换热量介于双层光管和螺旋通道双层管之间,其流阻大且综合换热效率低。     

太阳能平板空气集热器内部流动与传热分析

基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程及能量方程,对内设挡流板的太阳能平板空气集热器内部流动和传热特性进行数值分析和实验验证,模拟结果与实验测量结果显示出良好的一致性。研究表明:挡流板的存在致使内部流动非常复杂,挡流板背侧发生显著的流动分离与再附着现象,同时对温度场产生重要影响,因此消除各种涡流是提高集热效率的有效途径之一;气流在挡流板末端发生180°偏转形成的二次流增加了流动损失,但同时实现了冷热流体的掺混,强化了换热;集热板的多种换热方式中对流换热占主导,辐射换热占总换热量的1/7,为提高集热效率,应设法进一步降低集热板平均温度。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO_2管内对流换热特性

提出了考虑小通道内流体温度变化时测量管内对流换热系数的扩展温度振荡法模型，该法可用于测量各种光滑表面通道内流动的局部对流换热系数。实测了典型压力温度条件下2mm内径不锈钢圆管内超临界CO2对流换热系数。     

交错叶片型定位格架对SCWR堆芯子通道流动及换热影响分析

数值模拟已经成为研究超临界水冷堆堆芯热工水力特性的重要工具。采用Ansys CFX模拟超临界水冷堆堆芯带交错叶片型定位格架子通道与无格架子通道的流动及换热。结果表明,堆芯子通道的流动及换热都存在周向不均性。交错叶片的导流作用在子通道内产生低压区形成涡,产生较强的二次流,这种流动会使包壳表面流体快速脱离壁面,同时会有其他位置处流体冲撞壁面,促进包壳表面热量的转移。从而有效地降低包壳温度,有利于功率的进一步提升。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO2管内对流换热特性

提出了考虑小通道内流体温度变化时测量管内对流换热系数的扩展温度振荡法模型,该法可用于测量各种光滑表面通道内流动的局部对流换热系数.实测了典型压力温度条件下2mm内径不锈钢圆管内超临界CO     

麻面管管内流动与传热特性的数值分析

采用三维数值模拟方法,研究了麻面管的结构参数对流体流动和换热特性的影响,运用多元线性回归的方法,分别拟合出换热与阻力的准则关联式。结果表明:管内壁面的周期性凸包对近壁处边界层有较好的扰动作用,改善了流体速度场与温度场的协同性,实现了强化换热;相比于光管,麻面管的努塞尔数Nu增幅为16%～40%,摩擦阻力系数f增幅为15%～53%,综合换热性能指标C_(PEC)范围在1.05～2.5,与光管换热器相比,当换热量与流体功耗相同时,麻面管换热器的相对换热面积可减小10%～35%,当换热面积与流体功耗相同时,相对换热量可提高1.08～1.36倍,极大地提升了换热器的经济性。     

常温空气无焰燃烧在燃煤锅炉煤改气中的应用

在燃煤锅炉的炉膛内安装常温空气无焰燃烧反应器,可将燃煤锅炉改造为燃气锅炉。计算表明与其它燃气锅炉以对流换热为主的热交换方式不同,该锅炉强化炉内换热,辐射换热量提高。实测结果锅炉热效率达到92.92%,比改造前提高30%以上,比现有同吨位的燃气锅炉高4%以上。由于锅炉实现了无焰燃烧,反应器温度分布均匀,尾气污染物排放远低于国家标准。     

内翅几何形状对油散热器流道性能影响研究

为了研究内翅几何形状对平行流式油散热器流道流动性能及换热性能的影响,文中对平行流式油散热器流道进行简化,并建立矩形、锯齿形、正梯形及倒梯形4种不同内翅几何形状的流道物理模型,采用Fluent软件对4种流道进行数值仿真分析。以液压油为流道工质,对比4种不同内翅几何形状的流道在不同流体入口速度时流体的出口平均温度及进出口压降。结果发现,在换热条件相同的情况下,四种内翅几何形状的流道中,锯齿形内翅流道的换热性能最好,流动性能也最好。     

基于正交试验的涡流发生器传热特性结构数值分析

为进一步提高管壳式换热器壳程换热效率,设计了一种布置于壳程肋片上的仿生鸟喙式涡流发生器。采用ANSYS FLUENT软件结合田口正交试验模拟了矩形通道中鸟喙式涡流发生器的传热特性,分析了纵向高度、斜截角度、迎流攻角、入口距离、流向间距5种结构参数对强化传热和综合热性能的贡献率及最佳结构组合。流动通道为长方体,其长、宽、高分别为1 600,240和40 mm,温度为286.86 K的空气流体从入口以1.491~3.195 m/s的速度流入,通道底部为337.048 K的恒温换热面。结果表明：纵向高度对于强化换热特性的贡献率最高,达到4744%,最强换热效果组合的换热因子较空矩形通道提高了185.71%;迎流攻角对于综合热性能的贡献率最高,达到了总占比的31.35%,利用正交试验分析得到的最强组合较空通道的综合热性能提高了47.82%     

汽车空调暖风系统平行流换热器换热性能研究

平行流换热器以其结构紧凑、换热效率高的特点已广泛应用于汽车空调中.简要介绍了汽车空调暖风系统平行流换热器结构,采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对平行流换热器的换热性能进行了分析,比较了空气侧风速和水流量对其换热量和流动阻力的影响.模拟结果表明:在增加相同百分比的情况下,增加空气侧风速比增加水流量对换热器换热量的影响大16%左右,但增加空气侧风速和水流量对换热器换热能力的影响均有限;随着风速的提高,换热量增加率逐渐减小,而空气侧阻力增加率越来越大;随着水流量增加,水侧压降增大非常明显;但两者增加对空气侧出口温度影响均不明显.     

表面微结构对流动沸腾中核沸腾抑制因子的影响

用两根内表面微结构不同的水平光滑管环状流区流动沸腾换热实验数据，采用叠加模型分别建立了流动沸腾换热关系式，并比较它们的抑制因子。结果表明，表面微结构对抑制因子有显的影响；当表面的平均凹腔半径较大时，抑制因子明显增大。表明表面微结构改变对流动沸腾换热能起到较好的强化作用。     

不同宽高比旋转方形通道内部流体流动与换热的数值研究

分析了不同宽高比截面的燃气轮机涡轮叶片内冷径向出流通道模型，对其内部流体的流动与换热进行了数值模拟，计算工况为Re=25000、密度比△ρ／ρ=0．13、旋转数Ro=0．24。对比不同宽高比通道的计算结果得出：小宽高比的通道能够强化主流速度型向后缘的偏移，并且可以强化通道后缘表面的换热；在大宽高比的通道中，主流速度型向后缘的偏移减弱，哥氏力二次流漩涡向两侧偏移明显加剧，通道后缘表面的换热被削弱，通道前缘的换热有所增强。     

不同组合方式下新型凹凸壳换热板通道的换热性能研究

应用数值模拟方法对新型凹凸壳换热板通道的流动换热特性进行了研究,凹凸壳在流动方向上取顺排和叉排两种组合方式。结果表明:无论是叉排还是顺排,每个凹凸壳内都产生3个纵向涡,位于壳底部的纵向涡扰动程度最小,换热强化主要作用于凹凸壳部位;叉排时x方向相邻两壳之间也形成两个纵向涡,纵向涡大大强化了壳壁面的换热,叉排时虽然产生较多的纵向涡,但通道的流动阻力较大,使得流体的整体扰动程度不大,换热系数较顺排时提高不明显;Re=4930时,与叉排组合的凹凸壳通道相比,顺排组合的j因子增加了5.63℅,f因子减小了39.1℅,凹凸壳顺排组合时的j、f因子比酒窝板增加8.44℅和7.9℅。     

扰流柱对间断交叉肋流动换热特性的影响研究

为了探究扰流柱对间断交叉肋通道流动与换热特性的影响，针对不同扰流柱数量和排布位置建立了不同的交叉肋模型，并通过数值模拟的方法，计算了各模型的阻力系数比、强化换热系数以及综合热效率3个性能指标的变化情况。研究结果表明：随着扰流柱数量的增大，阻力系数比和强化换热系数逐渐增大，而综合热效率不断下降；在进口雷诺数为20 000时，14柱模型与32柱模型相比，阻力系数比升高了15.4%，强化换热系数升高了32%，综合热效率提高了2.6%；将相同数量的扰流柱排布在通道内的不同位置对综合热效率的影响并不明显。     

板壳式换热器流动与传热的数值模拟

基于计算流体力学方法对板壳式换热器内部流场进行模拟,建立了板壳式换热器流动及换热计算的模型,模拟了换热器内部流动和换热情况,分析了流道内温度场和压力场及流线的分布情况,对流体的流动和传热进行了详细的描述,分析了换热器内流体流动和传热特性,对实际工程具有一定的指导意义。     

哥氏力对旋转方通道内流动与换热的影响

在雷诺数亿为6000,旋转数助为0～0．26内,数值模拟了旋转光滑径向出流通道的内流动与换热分布,分析了哥氏力对旋转管流的作用机理。计算结果表明,切向哥氏力推动了通道截面内的双涡二次流,径向哥氏力则使得近侧壁流体加速和中心流体减速。换热计算结果从定性趋势上吻合公开文献中的实验现象。反映了旋转附加力的基本影响规律。     

交错内肋微通道的流动和传热特性研究

为了研究带有交错内肋微通道的流动和传热特性,采用数值模拟的方法分析了肋片的形状对微通道热力性能的影响,对比了矩形肋、菱形肋、三角形肋和圆形肋4种不同形状内肋结构的微通道和光滑矩形微通道的热力性能。结果表明：矩形肋、菱形肋、三角形肋和圆形肋微通道的努塞尔数Nu都大于光滑矩形微通道的努塞尔数Nu,最大值分别为光滑矩形微通道的2.59,2.71,2.90和2.48倍;肋片对微通道的传热特性具有显著的强化作用,这是由于流体在交错内肋的后方产生涡流,实现整个流场的全局强化传热,极大提升微通道传热特性;交错内肋的应用也增大了通道的摩擦系数,矩形肋、菱形肋、三角形肋和圆形肋微通道摩擦系数的最大值分别为光滑矩形微通道的8.66,7.96,17.50和5.96倍。