纳米流体在内置扭带管的传热数值模拟

为了对比纳米流体在内置扭带管中的强化传热效果,建立了以Cu-水纳米流体和水为传热介质的内置扭带强化换热管的管式换热器物理模型,采用RNG k-ε进行数值模拟研究,并与实验结果对比,得到了内置扭带换热管流体流动的速度、温度、湍流强度场的分布规律及特性。比较了两种质量分数的纳米流体与水在六种不同扭转比的扭带换热管中和两种不同材质的内置扭带分别对强化传热的影响。结果表明,以Cu-水纳米流体为工质的内置扭带管的换热效果明显优于纯水;质量分数为0.8%的Cu-水纳米流体换热效果优于0.5%的Cu-水纳米流体,扭转比越小,则换热效果越好,质量分数为0.5%的Cu-水纳米流体在扭转比为2.5的内置扭带管中相对于水在光管的强化幅度为0.51;铜制扭带的换热效果优于铝制扭带。     

管内流体动力清洗式传热强化元件的性能比较

在试验比较的基础上,评价了传热管内传热强化幅度的大小、阻力性能及综合性能,结果表明在雷诺数为8 000～43 000的范围内,流体动力自转式光滑螺旋扭带、斜齿螺旋扭带、平齿带和钢丝螺旋线的传热强化幅度分别为14 %、33 %、39.5 %和16.5 %;在Re低于10 000的范围,采用平齿带和斜齿螺旋扭带效果较好;钢丝螺旋线和光滑螺旋扭带在 Re＝12 500达到最佳;在Re高于10 000的广阔范围,选用钢丝螺旋线和光滑螺旋扭带更合理.     

内置扭带管内湍流流动与传热数值模拟

为了提高内置扭带管的综合性能,开发了一种三边扭带,并对空管、普通扭带管、格栅扭带管及三边扭带管内流体流动与传热特性进行了数值模拟.以水为工质,采用RNG k-ε湍流模型,扭带扭率y=2.0,取Re=5 000~30 000,计算了扭带管内努赛尔数Nu、阻力系数f和综合性能评价因子η,与同工况下空管进行了对比.结果表明,相比于空管、普通扭带管和格栅扭带管,三边扭带管的综合性能较好,其η值比空管高出11.9%~33.2%.     

内置扭带管Cu-水纳米流体的流动和传热特性

为了研究纳米流体在内置扭带管表面传热特性及流动特性,设计并建立一套纳米流体表面传热实验系统,Reynolds数(Re)在2 000-7 000的范围内,分别对质量分数为0.1%,0.3%和0.5%的Cu-水纳米流体在不同扭转比的内置扭带管中的传热特性进行实验研究。结果表明:随着Re增加,Cu-水纳米流体和去离子水的沿程阻力系数均减少;水的沿程阻力系数小于Cu-水纳米流体,内置扭带管的沿程阻力大于光管,且随着扭转比的增大而减少;Nusselt数(Nu)随Re和纳米颗粒质量分数的增大而增大;Cu-水纳米流体的Nu比水高,质量分数为0.5%的Cu-水纳米流体在Y=3.5与Y=5.5的内置扭带管的增强幅度分别为2.29与2.14;内置扭带管的Nu比光管大,且随扭转比增大而减少。     

管内流体动力清洗式传热强化元件的性能比较

在试验比较的基础上,评价了传热管内传热强化幅度的大小、阻力性能及综合性能,结果表明：在雷诺数为8000～43000的范围内,流体动力自转戈光滑螺旋扭带、斜齿螺旋扭带、平齿带和钢丝螺旋线的传热强化幅度分别为14％、33％、39．5％和16．5％;在Re低于10000的范围,采用平齿带和斜齿螺旋扭带效果较好;铜丝螺旋线和光滑螺旋扭带在Re=12500达到最佳;在尺e高于10000的广阔范围,选用铜丝螺旋线和光滑螺旋扭带更合理。     

管内插入扭带的强化传热数值模拟

为了定量研究管内插入扭带的强化传热方式,建立了以空气为传热介质的管内插入扭带强化传热的套管式换热器模型,进行了数值模拟研究,与实验结果相比较,在高Re的紊流流动状态下,得出了非常一致的结果.研究表明,扭转比越小,传热效果越好,同时摩擦阻力系数越大;流体温度越高,辐射传热的效果越明显,传热效果越好;压力对传热效果的影响包含在Re和Pr中.     

旋转扭带管内传热与阻力性能的数值模拟

为了研究生物质锅炉换热管内插入外源驱动旋转的扭带对传热及阻力性能的影响,建立了不同扭曲比的扭带在不同转速时管内流体流动的三维物理模型.采用RNGk-ε湍流模型对传热过程进行模拟,得出了旋转扭带管内流体的换热及阻力特性.结果表明:旋转扭带提高了管内流体的轴向速度和切向速度;转速为0～10rpm时,转速越大、扭曲比越小,表面传热系数越大,阻力损失也越大;扭曲比在2.06～5.1的扭带,综合评价因子在1.13～ 1.41之间,扭曲比为3.15的扭带综合评价因子最高.     

错位角对管内双螺旋扭带层流换热特性的影响

为了提高管内层流换热性能,根据螺旋扭带的传热强化机理开发了双螺旋扭带作为管内扰流元件.在管内双螺旋扭带间隙比和长径比不变的情况下,通过数值模拟对内置不同错位角的双螺旋扭带在Re=100~1 200范围内的管内层流换热与流动特性进行研究.结果表明:在Re500情况下错位角为0°的连续扭带Nu最大;当Re=500~1 200时,Nu分别在错位角为60°和错位角为0°达到最大值和最小值,前者比后者大2%~12%;阻力系数f在Re=100~1 200范围内随雷诺数的增大而减小,随扭带错位角的增大而增大;当100Re≤900时,错位角为0°对应的强化传热比PEC最大,而在Re900情况下,PEC在60°错位角最好,Re500情况下,90°错位角的PEC值最小,始终小于其它错位角,在双螺旋扭带结构设计中应引起注意.     

含扭带管内液压油流动与传热实验研究

针对几种常见液压油在不同扭率的含扭带管内的流动与传热特性进行了实验研究,得出了液压油在含扭带管中层流的摩擦系数及对流放热系数的准则关系式,并将实验结果与光管时的摩擦系数及对流放热系数对比,结果表明,扭带在扭率１．９２～２１．０５范围内均可强化液压油的层流对流换热过程．     

低压省煤器H型鳍片管优化传热数值研究

为研究低压省煤器H型鳍片管的传热特性及阻力特性,采用realizable湍流模型数值研究H型鳍片管管束外烟气的流动传热特性。研究结果表明:H型鳍片管具有均匀气流的作用,在管壁面形成的漩涡能够加强通道内绕流作用,利于强化传热;当烟气的流速越高,H型鳍片管传热系数越大,流动阻力逐渐增大;当鳍片节距增加,H型鳍片管传热系数增加,流动阻力逐渐降低;在节距为18 mm时,鳍片管传热系数较高,流动阻力最小,选用18 mm的鳍片节距最为经济。     

管内插入螺旋线的降膜蒸发传热性能研究

提出了管内插入螺旋线的竖管降膜蒸发传热强化方法，并通过实验探讨了液膜雷诺数、传热温差和螺旋线插入物的结构参数对降膜蒸发传热性能的影响。结果表明，插入螺旋线与光管相比，传热膜系数可提高20％以上。     

多孔介质流动显示与强化传热的实验研究

对添加挡流板、螺旋板及多孔介质的管束外掠流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究。实验表明 ,直挡流板的管束流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热。螺旋板的管束流道的Nu比直挡流板高 79% ,而具有螺旋板和多孔介质组合的管束流道的对流换热系数比直挡流板高 94%。同时得到了最佳螺旋角和多孔介质的最佳孔隙率     

梯形波带扰流元件对高黏度流体强化传热效率影响的实验研究

在流体介质为高黏度流体下,对管内插入梯形波带强化传热效率进行了实验研究。实验过程中,采用水浴换热器。管壳外为85℃的水浴,管内介质流体为原油。实验在雷诺数Re为15.4～36.9进行测量。实验结果表明,与光滑管比较,插入梯形波带后虽然压差阻力略有增加,但强化传热效果提高显著。通过评价分析得出曲线图表,表明梯形波带内插件适用于高黏度流体。     

高温高热流密度熔盐吸热管传热试验研究

以三元熔盐为传热介质,在熔盐吸热传热实验平台上进行高温高热流密度下316L不锈钢熔盐吸热管传热特性试验。吸热管外径为20 mm,实验流体温度控制在250~500℃,热流密度为180~470 kW/m2。实验揭示了不同温度及不同热流密度下熔盐吸热管内对流换热的Nu-Re关系,Nu随Re增加显著增大,实验Nu数普遍高于按Sieder-Tate关联式计算的值。分析了温度及热流密度对熔盐吸热管传热特性的影响,发现熔盐平均温度相同时,低热流密度下的Nu数大于高热流密度下的Nu数,同时实验结果显示高温高热流密度下熔盐吸热管的传热性能主要取决于熔盐流速,且高热流密度对传热过程中的温度影响非常显著。     

横掠1.6/1.0椭圆管换热及流阻特性的实验研究(英文)

利用热质比拟原理及萘升华技术对空气横掠半轴比为 1 .6/1 .0椭圆管的局部及平均换热特性以及流阻进行了实验研究。实验雷诺数范围为 70 0 0 - 5 0 0 0 0。实验结果表明 :该椭圆管表面上的局部换热系数分布规律与圆管相似 ,但分离点位置不同 ;其最大值在前驻点 ,之后 ,随着边界层的发展逐渐降低 ,在分离点达到最小值 ,而在尾部区域又有所回升 ;其平均换热系数高于圆管 ,而阻力低于圆管。最后 ,给出了平均对流换热系数和阻力实验关联式。     

波纹管层流传热与流动的三维数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT对波纹管在层流情况下的传热与流动问题进行了三维数值模拟。所模拟的波纹管的母线由多段凹凸圆弧组成(半径分别为R1和R2),其公称直径为20mm,长度为2m。模拟了几何参数R1、R2对其传热与流动性能的影响。在模拟过程中压力-速度耦合选用SIMPLEC格式,压力方程的离散选用Standard格式,其他方程的离散均选用QUICK格式。结果表明:与光管相比,层流情况下波纹管能显著强化传热,在雷诺数(Re)相等情况下,波纹管的R1越大、R2越小时的强化传热效果越好;在几何参数相同情况下,Re越大,强化传热效果越好,在所研究的范围内,Nu最大增加了199.5%。同时,波纹管还具有良好的流动性能,大部分Re的范围内流动阻力系数小于光管的情况,并且随着Re的增大而逐渐接近于光管的摩擦系数。     

管内插入物强化传热及除垢的研究进展

介绍了内插物强化传热技术的特点,运用了场协同理论来解释其强化传热的机理,主要是速度矢量场和热流矢量场之间的协同对传热过程的影响。总结了近年来研究者们对管内插入扭带强化传热和除垢的研究结果及进展,并对将来的研究工作提出了建议。     

倾斜螺旋片强化的套管换热器数值模拟

为了减小螺旋片强化的套管换热器的摩擦阻力系数f,提出倾斜螺旋片强化的方法.基于RNG k-ε模型对倾斜螺旋片强化的套管换热器进行模拟;将雷诺数Re为2 362～16 860范围内螺旋升角α为35°,螺旋片倾斜角β为5°、10°、15°时的传热性能与光滑管以及α为35°的普通螺旋片强化管的传热性能进行对比;考察f、努塞尔数Nu和综合传热性能PEC值的变化规律;并运用火积耗散理论对传热性能进行分析.结果表明：模拟结果与实验结果吻合较好,证明模拟方法是可行的;普通螺旋片和倾斜螺旋片均有强化传热的作用,与普通螺旋片相比,倾斜螺旋片能够有效地减小f,且对f的减小程度随着β的增大呈现出先增大后减小的趋势,分别减小1.7%～3.3%、12.5%～14.5%和6.3%～7.8%;Nu随着β的增大呈现先减小后增大的趋势,但变化不大;倾斜螺旋片的PEC值均高于普通螺旋片,当β为10°时PEC值最高,相对于普通螺旋片的1.26～1.62,增大到1.38～1.71;采用倾斜螺旋片强化的火积耗散率均低于采用普通螺旋片强化的火积耗散率,当β为10°时,火积耗散率最小,与等泵功条件下所得出的结论吻合.     

Convective heat transfer enhancement of laminar flow of latent functionally thermal fluid in a circular tube with constant heat flux: internal heat source model and its application

Latent functionally thermal fluid is a kind of new two-phase fluid, in which phase change material is microencapsulated and suspended in a conventional single-phase heat transfer fluid (fig. 1). Such a slurry is of much larger apparent specific heat than conventional single-phase fluids during the phase change period, which enhances the heat transfer rate between the fluid and the tube wall. The flow rate and pump power required can be reduced evidently by using the slurries …     

扁管管内传热性能实验研究

对扁管的管内传热和流阻性能进行了实验研究。结果表明：在管程进口体积流量相同条件下，扁管管内进出口温差、传热系数和雷诺数均高于圆管，虽其压降也高于圆管，但其传热与流阻综合性能指标显著高于圆管。说明扁管是一种高效强化传热元件。