扭曲三叶管传热与流阻性能的数值研究

扭曲管换热器是一种新型高效换热器。在扭曲管强化传热机理研究的基础上,提出了一种新的扭曲管管型--三叶管。验证了标准k-ω湍流模型在圆管及扭曲椭圆管计算中的精确度,并采用该湍流模型对扭曲三叶管Re在4000～20000范围内的传热和流阻性能进行了研究。计算结果表明,扭曲三叶管的Nusselt数比扭曲椭圆管大,虽然压差增大较多但综合传热性能比扭曲椭圆管高。这是由于扭曲三叶管特殊的三叶区结构以及过渡区曲率的变化,使得三叶管内的螺旋流动比椭圆管更为复杂,速度场与温度梯度场的协同程度更好。随着Reynolds数的增大扭曲三叶管的压差及Nusselt数都逐渐增大,但综合性能逐渐降低,在低Reynolds数下扭曲三叶管的强化传热效果较为明显。内切圆直径及过渡圆弧直径越小,扭曲三叶管的综合性能越好,其中内切圆直径的影响更为显著。     

规则间隙内置扭带管的强化传热特性研究

圆管内置扭带能大大强化管内传热,利用周期边界对规则间隙扭带的6种结构形式采用CFD方法进行了研究,比较了各结构下管内传热能力Nu、阻力因子f、流动传热增强因子(f/f0、Nu/Nu0)和综合性能η。结果表明:扭带提高了管内流速,使高速区向壁面靠近,形成径向旋流冲刷管壁减薄边界层;规则间隙扭带加速了流体的扰动,使之形成间歇式的混合与分离;内置扭带结构的Nu/Nu0随Re增大成指数规律减小,最小值大于2.5;交替排列正反旋向扭带提升了Nu,但也使f/f0大幅升高,不同结构的f/f0变化规律各异,综合性能表明s=1的内置扭带总体性能最优。根据数值模拟结果拟合出了各结构流动传热关联式。     

微管液滴形成模拟及关键阶段分析

在轴对称坐标系下,采用有限体积法求解液滴形成的N-S方程,运用Ansys 13.0中的VOF(Volume of Fluid)方法对重力作用下,流体在微管口液滴形成过程进行数值模拟,采用PLIC(Piecewise Linear Interface Construction)的几何重构方法成功捕捉液滴形成、变化与脱落过程的气液交界面,得到与实验相一致的研究结果,表明建模方法可行。分析了速度对液滴运动过程的影响,在颈缩阶段,入流速度决定流体内部速度,轴线压力呈线性增加趋势;断裂阶段,重力决定流体内部速度,轴线压力与速度波动趋势一致,最后得到无量纲数A(液滴完整长度与管内径比)和We的关联式A 8.611 We 2.98。     

连铸钢坯二冷喷嘴热态特性的实验研究

根据非稳态传热学原理,采用对大钢坯试样一侧加热使其温度达到实际连铸二冷区板坯温度,在试样另一侧进行喷水冷却的实验方法,模拟连铸二冷区喷嘴喷水对板坯的冷却过程。实验结果表明:无论哪种形式的喷嘴,随着喷水压力的增大,传热系数都在增大;钢含碳量的高低对传热系数有一定的影响,含碳量越高,传热系数相对更大。将实验结果和工厂实际采集的生产数据计算得到的结果进行比较可知,实验结果和工厂实际生产数据计算所得结果的绝对误差在5%以内,可以满足实际工程生产的需要。