螺旋半圆管夹套内湍流流动与传热的数值模拟

应用CFD分析软件Fluent,在简化模型的基础上对螺旋半圆管夹套内的三维湍流流动及换热进行了数值模拟. 结果表明,夹套内与螺旋线垂直的横截面上,切线方向的时均速度等值线呈鞍状分布,弯曲外壁侧的速度梯度远大于直内壁侧;二次流为稳定的两涡结构,二次涡的中心位置在半圆形截面的2个尖角附近. 由于二次流的作用,换热壁面上局部努塞尔数Nulocal分布不均,最小值在壁面中心点处,最大值在中心点两侧,研究范围内,最小值为平均值的0.8~0.85倍,最大值为平均值的1.15~1.25倍. 螺距对夹套内充分发展段的流体流动及换热的影响很小;增大曲率,夹套的换热能力增强,同时流动阻力也增大.     

渐扩渐缩波纹通道内脉动流的传热强化

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法, 数值研究了周期性渐扩渐缩波纹通道内脉动流动与换热情况,流动Re数的范围为10～1000,Pr数为0.7.计算考察了不同Re数、脉动频率以及振幅对通道内强化传热和压力损失的影响.研究结果表明,稳态下Re数大于40以后,流动出现分离,Re数大于600以后,流动显得复杂和混乱;受入口脉动流的影响,通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移,从而增强了流体之间的扰动和掺混,强化了传热;传热的强化效果随着流动Re数、脉动频率以及振幅的增大而增强;另外,流动阻力随着无量纲时间呈正弦规律变化,但与脉动频率无关.     

气粒两相流与夹套耦合传热的数值模拟

采用夹套对造粒塔内的气粒两相流体进行冷却是一个既有多相流对流换热、单相流对流换热,又有固体导热不同流体之间相互作用的复杂过程.采用分区耦合的计算方法对该过程进行模拟,获得了造粒塔和夹套内详细的温度分布.考察了冷却水入口 温度、冷却水总量和3段夹套的冷却水比例对造粒塔内温度的影响.结果表明,冷却水入口温度显著影响造粒塔内...     

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(k) 对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式. 结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强. 由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面. 换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%. 随Re和k增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大. 在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和k增大,E逐渐增大.     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

管内层流强化传热的数值模拟

通过数值模拟,研究了85%甘油在含旋流片缩放管管内的传热与流阻特性,并与光滑管、缩放管的传热与流阻特性进行了对比。研究结果表明,层流时含旋流片缩放管的综合因子大于缩放管,且缩放管内插入6个小角度旋流片具有更好的传热性能。在有旋流片段可以通过减薄边界层厚度与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低流体的输送功耗。     

流动过冷沸腾传热强化及阻垢

在流动沸腾传热实验中,考察了CaCO3污垢溶液的形成过程及各种工艺条件对流动过冷沸腾传热的影响. 研究条件包括流体速度、溶液温度、CaCO3溶液浓度及热通量,实验中发现了一些规律. 同时还考察了不同阻垢剂[聚天冬氨酸(PASP)、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)及氨基三甲叉膦酸(ATMP)]对流动过冷沸腾传热的影响. 结果表明,所选阻垢剂均能抑制污垢的生成并降低了污垢热阻,而且存在最佳浓度范围. 但不同阻垢剂的阻垢效果不尽相同,在本实验条件下,ATMP的阻垢效果最好,PBTCA次之,PASP的阻垢效果较差.     

国外强化传热技术的研究与进展

本文综述了国外传热技术中开发出的各种强化传热表面以及其它一些强化手段、强化传热机理、不同学者在这一领域的研究成果。     

Convective Heat Transfer Enhancement of a Rectangular Flat Plate by an Impinging Jet in Cross Flow

Experiments were carried out to study the heat transfer performance of an impinging jet in a cross flow. Several parameters including the jet-to-cross-flow mass ratio （X=2%-8%）, the Reynolds number （Red=1434-5735） and the jet diameter （d=2-4 mm） were explored. The heat transfer enhancement factor was found to increase with the jet-to-cross-flow mass ratio and the Reynolds number, but decrease with the jet diameter when other parameters maintain fixed. The presence of a cross flow was observed to degrade the heat transfer performance in respect to the effect of impinging jet to the target surface only. In addition, an impinging jet was confirmed to be capable of en-hancing the heat transfer process in considerable amplitude even though the jet was not designed to impinge on the target surface.     

外换热器为复杂流向的搅拌容器中液体不稳定传热计算

本文论述了带复杂流向外换热器的搅拌容器中液体不稳定传热计算方法,对几种常见的这类情况进行了算式推导,并举例说明。     

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热特性的数值模拟

应用CFD软件对网状孔板换热器壳程流体流动及换热特性进行了数值模拟研究,揭示了网状孔板强化传热的机理,分析了孔板间距及开孔率对其换热、压降性能的影响,推导出网状孔板纵向流换热器壳程换热与流动的准数关系式. 结果表明,流体流过网状孔板产生射流及二次流现象,强化了壳程流体的传热;在Re=2300~6300范围内,网状孔板换热器比弓形折流板换热器的Nu数增大约50%,但压降比弓形折流板换热器高约2.5倍;在研究范围内,孔板间距减小、开孔率减小均能使壳程流体的Nu数及压降增大,且Re数越大,开孔率、折流板间距对Nu数及压降的影响越大;但随开孔率、折流板间距减小,流体压降增加的速度明显比Nu数快.     

聚合物添加剂对流动沸腾传热与减阻的研究

研究了两种不同相对分子质量 (2 5 6× 10 4 和 85 5× 10 4 )的聚合物添加剂聚丙烯酰胺 (简称PAM )在垂直铜管内对水的流动沸腾传热的强化情况 ,研究了添加剂水溶液浓度、质量流率、热通量等对流动沸腾传热的影响 ,根据测得的稀溶液在垂直铜管内流动沸腾的总压降 ,用Martinelli分离流模型求得了相应的摩擦压降。结果表明在低热通量下 ,在适当的浓度范围内 ,两种不同分子量的PAM不仅可提高流动沸腾传热系数 ,还可降低流动沸腾的阻力。研究还表明 ,在相同操作条件下 ,在同样质量浓度下 ,两种不同分子量的PAM对水流动沸腾具有较为相近的强化传热与减阻作用     

Effect of Thermal Asymmetry on Heat Transfer in a Laminar Annular Flow

The effect of thermal asymmetry on heat transfer in a hydrodynamically developed annular flow has been investigated numerically. The surfaces confining the fluid space are kept at constant but different temperatures. Depending on the fluid inlet temperature, the thermal asymmetry can lead to a discontinuity of the Nusselt number on one surface. With the thermally developed flow the exact expressions for the Nusselt numbers have been obtained.     

螺旋半圆管夹套内层流流动及换热特性研究

将螺旋半圆管夹套的物理模型简化为半圆形截面螺旋管,对4种不同结构夹套内的三维层流流动及换热进行了模拟求解,所得的结果与文献中的实验数据进行了对比。给出了发展段以及充分发展段的流场和温度场的分布,通过坐标变换得到了二次流的矢量图;分析了雷诺数Re、量纲一曲率δ和量纲一螺距λ对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:二次流对螺旋半圆管夹套的换热起强化作用,λ的影响很小,仅增大,δ流动阻力及壁面平均努塞尔数Nu均增大。     

螺旋片强化的套管式换热器壳侧传热特性

为揭示螺旋片强化套管式换热器壳侧传热的机理,以指导此类换热器的进一步强化,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行了实验研究,并与光滑内管换热器进行了比较;利用可实现的k-ε湍流模型,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧流体的流动和传热特性进行了数值模拟,研究了正交螺旋坐标系下壳侧螺旋通道中的流场结构.实验结果表明...     

强化传热技术及其应用

重点介绍了有源强化传热和无源强化传热的原理和方法。列举了一些强化传热的典型应用,如电场强化传热、流体诱导振动强化传热、超声波强化传热,翅片管、波纹管、多孔物质结构、纳米材料强化传热等。     

三相流沸腾传热

对三相流沸腾传热进行了理论分析和实验研究，研究了三相流沸腾传热特性，提出了三相流沸腾传热系数的计算方法，实验结果表明，由于固体粒子的存在，强化了沸腾传热，三相流沸腾传热系数是相同条件下汽－液两相流沸腾传热系数的两倍。固体粒子的存在，能有效地防止和清除传热壁面上的污垢。     

交叉间断肋片与凹槽强化传热的实验与数值研究(英文)

Experimental and numerical investigations have been conducted to study turbulent flow of water and heat transfer characteristics in a rectangular channel with discontinuous crossed ribs and grooves.The tests investigated the overall heat transfer performance and friction factor in ribbed and ribbed-grooved channels with rib angle of 30°.The experimental results show that the overall thermo-hydraulic performance for ribbed-grooved channel is increased by 10%-13.6% when compared to ribbed channel.The investigation on the effects of different rib angles and rib pitches on heat transfer characteristics and friction factor in ribbed-grooved channel was carried out using Fluent with SST(shear-stress transport) k-ω turbulence model.The numerical results indicate that the case for rib angle of 45° shows the best overall thermo-hydraulic performance,about 18%-36% higher than the case for rib angle of 0°.In addition,the flow patterns and local heat transfer characteristics for ribbed and ribbed-grooved channels based on the numerical simulation were also analyzed to reveal the mechanism of heat transfer enhancement.     

环形管内涡旋流动特性及传热机理研究

对不同初始旋流强度的空气介质在环形管内涡旋流动特性及传热机理的试验研究，得到了表示涡流喷嘴位置及方向的几何参数与传热系数及压力降的关系。实验表明，涡旋流动有明显的强化传热作用。     

垂直受热通道中气液两相流传热性能的研究

在垂直受热通道中气液两相流的传热是一种从单相流、泡状流、弹状流、搅拌流直至环状流的各种流型的气、液两相复杂传热。本文采用了特制的实验研究设备,以水及其蒸汽为介质,研究了各种流型的传热特性及其影响因素(进料质量流速、热通量以及干度等),探讨了成膜条件,并用J.C.Chen双机理传热模型计算、分析了在不同情况下各机理对传热所起的作用。