缩放管内流动与换热的数值模拟

数值模拟了波峰尖端分别为尖角和平面的三角形黄铜缩放管流动和换热状况,获得两者换热效果相近,但波峰尖端为尖角的缩放管比为平面的缩放管压降大、换热与流动阻力综合效果欠佳的结论,为三角形缩放管的设计提供参考。     

第三流体在冷却通道内流动换热数值研究

以某液氧煤油火箭发动机冷却系统设计计算为基础,基于计算流体力学(CFD),并采用三维流固耦合算法对以水作为第三流体的冷却循环系统进行了计算和分析。比较了冷却剂入口温度、流量和冷却通道内压力损失等因素对冷却通道内流动换热的影响。结果表明:冷却剂流量增加0.01kg/s,推力室壁面整体温度和喉部温度降低分别降低9K和15K左右,冷却剂出口干度降低0.011左右;当冷却剂流量较低时,入口温度变化对换热效果几乎无影响,而当冷却剂流量较高时,入口温度每增加10K,冷却剂出口干度增加0.009左右;冷却剂流量每增加0.01kg/s会导致冷却通道压力损失增加54kPa左右;入口温度每增加10K,冷却通道压力损失将减少24kPa左右。由此,本文得出冷却剂流量的最佳范围12~14.4kg/s,入口温度的范围为300~350K。     

天然气井输出管道中流动和换热的数值模拟

建立了模拟气井内天然气向地面流动时其热力参数沿流程变化规律的模型。据此模型探讨了对天然气井实施保温措施的方案,并预估了采用某些保温措施的效果。     

强化换热凹槽管内流动与传热数值模拟

以水为工作介质,应用三维常物性不可压缩流体稳态湍流模型,对凹槽管内的流动、阻力与传热性能进行了模拟研究,并与光滑管进行对比。结果表明,凹槽管主要通过扰动、漩涡使层流底层的局部温度梯度变大,从而使换热性能比光滑管强。凹槽结构能显著增强流体的扰动和相互掺混,并产生径向漩涡,减小边界层厚度,加剧流体湍流,促使边界层表面快速更新,从而强化传热,但同时也使其流动阻力增加。最后应用场协同理论,从局部换热角度分析了凹槽管强化换热的机制。强化换热另一重要途径是使换热器内速度场与温度梯度场之间夹角变小,改善速度场与温度场协同程度。     

微肋阵通道流动沸腾换热与压降特性

为探究不同截面微肋阵通道内的流动沸腾换热机理,以去离子水为工质,在质量流速为96～224 kg·m^-2·s^-1,有效热通量为10～240 W·cm^-2的范围内,对圆形、菱形、椭圆形微肋阵通道内流动沸腾换热及压降特性进行了实验研究,同时对微通道内流动沸腾的不稳定性进行了分析。通过实验发现：在低热通量下,核态沸腾占主导地位,而在中高热通量下,薄膜蒸发对流换热为主要沸腾机制;沸腾传热系数随着热通量和出口干度的增加而减小,两相压降随着热通量和出口干度的增加而增大;微肋阵肋间形成的次级通道宽度对换热和两相压降有很大的影响,次级通道越宽,气泡越容易脱离,换热效果越好,压降越大;微肋的存在抑制了气泡的反向流动,减小了沸腾不稳定性,推迟了临界热通量的发生,椭圆形微肋阵通道的流动沸腾稳定性最好,而圆形微肋阵通道的流动沸腾稳定性最差。     

横摇工况下PCHE翼型肋通道内流动换热性能研究

研究了带有翼型肋的印刷电路板式换热器（PCHE）在横摇条件下,操作压力和横摇参数对超临界液化天然气（LNG）的流动换热性能的影响。结果表明：PCHE在较低压力条件下具有较好的换热性能,但流动性能较差。瞬时努塞尔数和瞬时达西摩擦阻力系数随时间成准正弦关系,其周期与横摇周期相同。与稳态条件相比,横摇条件下具有更大的时间平均努塞尔数和达西摩擦阻力系数,并且换热性能和流动性能随着横摇幅度和横摇频率的增加而增加。此外,相比于横摇频率,横摇幅度对性能的影响更大。     

水滴型缠绕管换热器壳程流动与传热研究

采用Solid Works建立了水滴型缠绕管式换热器的物理模型,利用Fluent流场模拟软件,考察了不同入口流速下的水滴型管与圆管换热器壳侧流动和传热性能。结果表明:与圆管换热器相比,水滴形管换热器由于换热管截面流线型结构的导流作用,流体在壳程内压力分布更均匀,壳程阻力较小,降低了缠绕管式换热器壳程的压降。水滴形管的阻力系数和压降较圆管大幅度减小,当入口流速为0.4m/s时,水滴形管的努塞尔数是圆管的94.2%,而其阻力系数只有圆管的75%,PEC指数提高了5%,研究工作可为新型换热器的开发与设计提供指导。     

弯曲内肋换热管综合换热性能的数值模拟

基于纵向涡强化换热理论提出了新型的强化换热管--弯曲内肋强化换热管。运用数值计算的方法,在Re=500～40000研究了新型强化换热管结构参数肋宽a、导程p、肋深e和Re数对Nu、f及换热性能评价指标PEC的影响,并拟合出换热管Nu、f的量纲为1关联式。结果表明:由于内肋的作用,在换热管的近壁面区域能够有效诱导产生沿纵向的涡旋结构,破坏壁面边界层,实现强化换热;导程p和肋深e对综合换热性能影响较大,肋宽a对综合换热性能影响较小,在Re=500～40000范围内,新型换热管较优的结构参数为p=10mm、e=0.6mm、a=1.8mm;与普通平滑圆管相比,当Re<2300,其换热性能Nu可达到普通圆管的2.9～7.0倍,沿程阻力系数f约为普通圆管的1.4～3.6倍;当500< Re <2300,其综合换热评价指标PEC可以达到2.6～4.6;当2300 <Re <40000时,其PEC可以达到1.2～2.3。     

内插自振弹簧换热管流动与传热特性的数值模拟

对9种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的换热及其阻力特性进行了数值模拟。结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流的作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管比光管的强化传热综合性能Nu/ξ1/3提高了1.03～3.21倍。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能均优于光管。     

微型硅基内肋管内的流动与换热特性

目前内肋管强化换热研究大多基于铜、铝或者不锈钢等常规材质,其加工精度和加工尺寸均受到限制。本文采用MEMS工艺首次在硅片上制作成带有方形内肋的平行硅基微通道,并对其内部流动和换热特性进行了实验研究,结果表明：在通道深度和宽度相同的情况下,肋高和肋间距对工质在通道内的流动阻力和换热特性有显著的影响;微通道内加肋以后,通道内的流动阻力和换热性能有不同程度的增加,且提高程度与肋高和肋间距有关;通过合理的设计肋高和肋间距,可以起到明显的强化换热作用。结果还显示,进口段效应对硅基微通道内的流动和换热影响较为显著。     

Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in Thermoplates

A thermoplate is a heat transfer device consisting of two metallic sheets that are spot‐welded according to an appropriate pattern over the whole surface area whereas the edges – except for connecting tubes – are continuously seam‐welded. By applying a hydro‐form technique, a channel having a complex geometry is established between the sheets. Such heat transfer devices are encountered in several areas of cooling and heating techniques and process technology, e.g. as condensers or evaporators. The objective of the described investigations was to numerically obtain the optimal geometry of the thermoplate with respect to heat transfer of the inside fluid that passes through the channel as a single phase. The numerical experiments show that the heat transfer potential of the thermoplate having a staggered arrangement of welding spots is markedly higher than that of a common flat channel, particularly at larger Reynolds numbers. The variations of the geometrical parameters show the potential for the heat transfer improvement in comparison to a corresponding parallel plate channel.     

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...     

椭圆管内层流流动与换热的数值研究

对5种不同长短轴之比K的椭圆管层流区管内换热特性与阻力特性进行研究.通过数值计算的方法获得了雷诺数在500～2300范围内椭圆管管内平均与局部对流换热系数与阻力系数,发现椭圆管管内层流区换热系数的计算采用当量直径的方法计算误差较大,引入综合性能参数(Nu/f),绘制5种管型的局部系数沿管壁的变化趋势曲线.研究结果表明,数值计算结果与实验值吻合良好;在一定的雷诺数下,随着长短轴之比K的增大,其平均换热系数逐渐增大,阻力系数也逐渐增大,尤其在低雷诺数下,其增幅更大;更进一步发现,每种类型的椭圆管具有类似的局部换热特性;一定雷诺数范围内,随着椭圆管长短轴之比K的增大,管内综合性能逐渐下降.     

板式换热器内纳米流体单边流动与对角流动强化传热模拟

对纳米流体在板式换热器内单边流动和对角流动时的传热性能进行了三维数值模拟计算,得到了传热工质的温度、换热系数和流场的空间分布,分析了其压降与流速的关系。结果表明,纳米流体可以提高板式换热器的性能,其中以纳米流体作为冷流体单边流动时板式换热器的换热性能和降压效果最佳。     

螺旋折流板换热器流动与传热数值模拟

应用Fluent软件,建立了螺旋折流板换热器壳程通道的三维物理模型,采用RNGκ-ε模型,对壳程内的流动与传热进行了数值模拟,得到了换热器内的速度场和压力场分布情况。通过实验测试,将模拟结果与实验结果进行比较,并根据单位压降下的传热系数对比了螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器的性能差异。     

烧结型多孔管管内流动沸腾传热数值模拟

建立了烧结型表面多孔管多孔层的理论模型,应用Fluent软件对去离子水在烧结型表面多孔管和光滑管竖直管内的流动沸腾进行数值模拟,得到了不同流速下的气相体积分布云图和压力场云图,并利用场协同原理分析了管内的速度、温度场.结果表明,烧结型表面多孔管具有良好的强化沸腾传热性能.同时并未大幅度增加管内压力降.此外还分析了不同体...     

换热器传热数值模拟的两个假设

对管壳式换热器的数值模拟所采用的数值模型发展过程进行了详细介绍,列出了管壳式换热器壳程和管程数值模拟所取得的研究成果。接着对换热器的整体传热模拟作了简化,提出两种假设,并举例进行数值模拟验证,结果表明：温度场的分布与假设相近。这样对换热器的数值模拟给出一个新的思路。