微管道内壁面轴向热流实验研究

以蒸馏水流过内径分别为168μm和399μm的不锈钢微管,研究了微管壁面温度分布和壁面轴向导热特征.依据微面热成像技术,用红外热像仪获得了恒定雷诺数和不同加热功率下微管壁面温度分布图.用一个简化的数学模型表示了壁面轴向导热和流体对流传热关系.实验和理论分析表明微管内壁面轴向导热量微小,与液体对流换热相比可以忽略.     

微粗糙管内部流动与对流换热的实验研究

以蒸馏水为工质,流过内径分别为168μm和399μm、内部粗糙度分别为8％和3％的不锈钢管．通过直接电加热,采用红外成像仪测量了各种恒定加热功率及不同雷诺数(Re)下的钢管壁面的温度场,同时测量了微管进出口压力降和流量,由此计算了在不同Re下的努谢尔特数(Nu)和管内摩擦阻力系数(f)．实验结果表明, 在低Re下,微管内部f的值与Hagen-Poiseuille解基本一致,但微钢管内部的Nu要略高于Hausen的解;当Re 达到800左右时,内径为168μm的管内部f的值已开始偏离Hagen-Poiseuille解,Nu急速上升并形成拐点,这是由于流动发生转捩导致的．     

梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究

以去离子水为流动工质,对梯形截面的硅基微通道热沉进行了流体流动与传热的实验研究.通过测量流体的流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,获得了梯形硅基微通道热沉在不同体积流量、不同加热功率条件下流体流动与传热特性参数.实验得出,梯形微通道的流体传热特性值与经验公式预测值相比存在明显的差异,梯形微通道角区对流体流动与传热有重要影响.最后,在实验基础上根据经验公式修正得出层流条件下的梯形硅基微通道的对流换热关联式.     

微管内部流动粘性耗散的实验研究与数值模拟

为深入了解微管内部流动及换热机理,对液体在微管内部流动引起的粘性耗散问题进行了理论分析、数值计算和实验验证.以蒸馏水为工质,流过内径为25μm及50μm微光滑石英管,采用非接触式温度测量方法——红外热成像测量液体粘性耗散导致的微管壁面的温度场变化,获得精确的微管外壁温度分布.同时利用SIMPLEC计算方法对其内部流动耗散进行了数值模拟,得到了微管内部流动雷诺数Re和流体温升的关系.实验结果与数值模拟结果相吻合,表明忽略粘性耗散的影响会最终影响微管摩擦系数和Re数的表观实验结果.     

微管内流动与换热实验研究与分析

采用不同压力下的水蒸汽来加热微管,蒸馏水流过内径分别为215μm、322μm、530μm及765μm微管,实验同时测量了微管两端的压力降及流量.实验得到了Re数在100-7 000之间变化时的摩擦阻力系数f及Nu数,并与经典的流动阻力系数及经典层流、过渡流及紊流换热准则方程式进行了对比.实验结果表明,在Re数较低时,微管内部f值与经典的理论值基本相等,微管内部的Nu数略低于常规经典的换热准则方程式的解;在Re数增加到1 800-2 000时,f值偏离经典的层流解,但微管内的Nu数与过渡流准则方程式的解基本一致;当Re数增加到3 000-7 000左右时,f值达到或接近勃拉修斯解,管内部换热的Nu数达到常规尺度下的紊流换热方程式的解.[关键词]微管,摩擦系数,努谢尔特数     

壁面加热热流密度对微柱群内部换热特性的影响

采用实验与数值模拟相结合的方法研究去离子水在不同加热热流密度下流过叉排排列微柱群内部时工质热物性对对流换热的影响规律.实验中采用电加热棒对一体化微柱群散热元件进行加热,测得不同加热功率下微柱群内部努塞尔数(Nu);同时建立考虑粗糙度影响的三维数学模型模拟了该实验段在不同热流密度下的温度场与换热特性,并与实验结果进行了对比.研究发现:工质热物性随着温度变化对微柱群换热特性有着较为明显的影响,且数值模拟结果略高于实验值;对流换热系数均随加热热流密度增加而略有增大,且低雷诺数(Re)下该现象更为明显;定义了不同的影响因子来对各热物性参数的影响进行定量分析,发现动力黏度对微柱群内换热特性影响最大,影响因子接近10%.     

印刷电路板换热器中S-CO2换热特性数值分析

为了探究超临界二氧化碳(S-CO2)在直通道印刷电路板换热器(PCHE)中换热特性,本文采用数值模拟方法对此问题进行了研究.计算分析了S-CO2在印刷电路板换热器中的换热特性,并对比了在单独改变一侧通道入口温度、工作压力及工质流量时对流换热系数和壁面努塞尔数的变化趋势.研究结果表明:由于工作压力不同,超临界二氧化碳工质存在从类液区向类气区过渡的情况,导致印刷电路板换热器换热通道入口温度或流量变化相同时对流换热系数和壁面努塞尔数呈现出不同的变化趋势.保持超临界二氧化碳工作压力和流量一定时改变冷侧入口温度比改变热侧入口温度对印刷电路板换热器热功率的影响更大;改变热通道的压力或流量要比改变冷通道的压力或流量对PCHE热功率的影响更大.     

定热流加热下微管内部换热特征的实验研究

以蒸馏水为工质,流过内径分别为242 μm、315 μm 及520 μm石英管,石英管外部缠绕外径为80 μm的铜丝,通过给细铜丝通电来加热石英管以研究石英管内部的换热。根据细铜丝电阻值与温度的关系来确定石英管外壁的温度值,实现了定热流加热与温度测量的同步。实验得到了雷诺数Re在100～7000之间变化时的Nusselt数,并与经典的层流、过渡流及紊流换热准则方程式进行了对比。实验结果表明,在Re较低时,微石英管内部的Nu数低于常规经典的换热准则方程式的解,但随着Re数增加到1700～1900时,微石英管内Nu数已与过渡流准则方程式的解基本一致;当Re数增加到4000～5500左右时,微石英管内部换热Nu数达到常规尺度下的紊流换热方程式的解。     

用瞬态平面热源法测定花生油的导热系数

利用瞬态平面热源法测量花生油在30²40℃下的导热系数,主要探讨了温度、测试时间、加热功率等参数对花生油导热系数的影响.结果表明:在低温和高温段,其导热系数随着温度升高而非线性增大;为使测量结果可靠,需设置合适的试验参数,其导热系数随测试时间和加热功率增加而稍微增大;但是在高温下,如果测试时间和加热功率设置偏大,会导致花生油发生对流传热,使试验结果误差很大.     

微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO2-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究. 模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2 × 106 W/m2 . 结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降. 纳米流体的传热性能强于水;随着TiO2纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.     

变截面微通道散热器流动和传热特性

为了解决电子芯片散热问题,通过数值模拟的方法,研究了去离子水流经微通道散热器时的流动和传热特性.微通道散热器由无氧铜层叠焊接而成,散热器内微通道当量直径为0.23 mm,去离子水流经散热器时平均雷诺数为252~1 060,加热面热流密度为2×106W/m2.结果表明:不同雷诺数时,三角凹穴周期性变截面微通道散热器的传热性能明显优于矩形等截面直通道散热器;前者加热面平均温度和最高温度均比后者低2~3℃,且两者压降相差不大;随着去离子水流量的增加,散热器加热面平均温度降低,但当流量增加到一定程度后,加热面温度变化不明显,说明不能单靠增大泵功来强化传热.     

R245fa传热特性的实验研究

对R245fa水平光滑管管内流动沸腾换热特性进行了实验研究,主要包括加热水质量流速、工质质量流速、蒸发温度以及干度对局部换热系数的影响,结果表明在相同蒸发温度及加热水质量流速下,随着工质质量流速增大,管内流动沸腾换热系数迅速升高;在相同工质质量流速及蒸发温度下,随着加热水质量流速的增大,管内流动沸腾换热系数升高;在相同工质质量流速及加热水质量流速下,随着蒸发温度的升高,管内流动沸腾换热系数降低。分别采用Chen公式、Liu-Winterton公式、Shah公式计算了与本实验相同工况下R245fa的管内流动沸腾换热系数,其结果表明:3个预测公式的计算结果与实验值之间的平均误差分别为31.6%、6.3%、37.4%。采用Liu-Winterton公式计算R245fa的流动沸腾换热系数满足工程实际的要求。     

打印电路板式换热器流动与传热数值模拟研究

印刷板式换热器是一种新型高效紧凑式微型通道热交换器,具有紧凑、耐高温、高压的优点,在太阳能、液化天然气和核能等清洁能源领域受到广泛地关注与重视。针对印刷板式换热器应用于LNG行业的汽化器,采用超临界氮气作为工作流体。利用数值模拟和理论分析的方法研究PCHE不同流道弯曲角度、不同直径下进口截面温度变化对内部流动与传热效率的影响。结果表明,弯曲角度增大时,所对应的对流换热系数的数值也随着增大,压降也随之升高;流道直径的加大不仅使对流换热系数增强,压降也随之减小,有较好的传热效果。     

波纹管传热性能与污垢特性实验

采用污垢热阻动态试验法对波纹管和光管的流动阻力、污垢性能和传热性能进行实验研究,用氯化钙和碳酸钠配制硬度为800mg/L的硬水,在流速为0.25m/s,水浴温度为60℃的条件下,对两者析晶污垢进行了对比实验.两套实验系统都在一个恒温水浴内,设备系统的主体用两根管模拟换热器,一根为光管,另一根为波纹管.实验中,水泵将工作介质由低位水箱送至高位水箱,高位水箱向实验管分别同时提供水源,通过溢流式水位调节器保持恒定的水位.结果表明,波纹管具有良好的抗垢性能,表现出诱导期长、结构速率慢、污垢热阻小等优点;其平均传热系数都大于光管,表现出了良好的强化传热特性.     

考虑结垢传质时管内紊流对流换热系数的确定

从热质传递的薄膜理论出发,结合Kern和Seaton提出的渐近污垢模型,研究在紊流状态下污垢形成阶段管内的对流换热特性,得到在考虑结垢传质过程条件下管内紊流对流换热系数的计算式。研究结果表明,污垢的沉积使总的对流换热系数随时间的推移逐渐下降最后趋于一定值,与没有污垢时的情况相比,在污垢形成的初始阶段出现换热增强的现象,但此效果并不明显,且污垢对管内对流换热效果受到管径、管壁温、流速及流体入口温度等因素的影响。     

火电机组吹灰过程中对流受热面熵产数变化规律和吹灰效果判定原则的研究

从不可逆热力学出发,分析电站锅炉运行中对流受热面的不可逆能量损失,建立传热熵产、流阻熵产以及吹灰过程中产生的传质熵产、吹灰蒸汽散热熵产和吹灰器电机熵产的计算模型,并在此基础上建立相应的总熵产和熵产数模型。以某电厂600MW锅炉的对流受热面为实例计算对象,采用现场实时数据进行了吹灰前后各对流受热面的污染率、各项熵产以及熵产数的计算。在分析吹灰对锅炉对流受热面的污染率和熵产数变化规律的基础上,提出了基于熵产理论的吹灰效果判定原则,对改进现有的单一根据污染率在线监测的吹灰优化模型有重要的参考价值和工程实际意义。     

含内热源管内填充多孔介质的强迫对流传热解析解

基于非局部热平衡假设,研究了管内填充多孔介质的强迫对流传热问题.在附于多孔介质圆柱的外表面施加恒定热流,采用Darcy动量方程描述多孔介质内流体的流动.为考虑工程实际中可能的物理或化学发热源,将多孔介质液相和固相内热源引入传热模型中,获得了液相和固相温度分布的解析解,同时推导了表征传热性能的Nusselt数显式表达式.计算结果表明:计算解析解与文献[10]推导的解析解吻合良好,固相内热源强度愈高,液相和固相温差愈大,Nusselt数愈小,传热性能愈差.此外,还解释了管壁处液相和固相温度梯度出现分岔的原因.