换热管内自旋扭带传热性能的研究

通过大量的实验数据对内置自旋扭带换热管的总传热系数关联式、管内给热系数关联式、综合评价关联式进行分析,使自旋扭带结构参数得到了量化研究,总结出了相关经验公式.     

内置旋转扭带换热管的传热强化机理

针对换热设备的低效率和污垢沉积问题,研究开发具有强化传热和污垢在线清洗双重功效的旋转清洗扭带技术.提出旋转扭带强化传热的机理包括:①换热管当量直径减少效应强化.②近管壁区域流速加大效应强化.③螺旋线流动流速加大效应强化.④二次流流速增大效应强化.对旋转扭带的这些强化传热机理进行理论分析,建立湍流工况下强化传热的努塞尔数预测关联式.研究结果表明:当扭率大于等于10时,当量直径减小效应和近管壁区域流速加大效应是传热强化的主要控制机理;当扭率小于10时,螺旋线流动流速加大效应是强化传热主要控制机理.二次流流速加大效应对强化传热的贡献与其他三种机理相比相对较弱,只有在扭率小于等于1时,对强化传热的贡献份额才比较大.对内置旋转扭带换热管的努塞尔数预测值与试验值进行了比较,两者吻合较好.     

螺旋四叶换热管传热与流动性能数值模拟研究

设计了一种新型高效螺旋四叶换热管。通过数值模拟分析,得到速度场云图和温度场云图,研究雷诺数为4 000～20 000时曲率半径对螺旋四叶换热管传热与流动性能的影响。研究结果表明:螺旋四叶换热管的传热与流动性能随雷诺数的增大而提高;曲率半径增大能够破坏或减薄边界层,提高螺旋四叶换热管的传热与流动性能,同时减小压降。     

内置转子圆管内三维流动与传热数值模拟

建立了内置转子圆管的三维流动模型,采用RNGk-ε湍流模型对内置不同截面转子的管内流场进行数值模拟,得到了流动特性和传热特性。研究表明:内置组合转子的管内流动是复杂的三维螺旋流动;转子管内流体的径向速度比光管内流体的径向速度大;流体在转子直径范围内的切向速度随半径的增大而增大,流体在转子与管内壁间的环向区域内存在明显的切向运动;转子截面的改进明显改善了管内流场的分布,提高了管内换热效率,同时增大了阻力系数。     

管内自旋扭带转速的研究

通过对换热管内流体的运动分析和自旋扭带的转动力矩与阻力矩分析，推导出扭带的转速计算式。扭带转速特性的实验结果与理论推导较一致。理论分析及实验结果均表明，影响换热管内自旋扭带转速的主要因素是流体轴向流速及扭带半扭距。     

内置液轮机换热管的换热研究

介绍了微型液轮机的结构及其自动除垢防垢并强化传热的原理。采用自行设计的套管式传热实验装置及流程，进行了内置液轮机换热管的换热性能实验研究。实验研究结果表明，换热管内置液轮机时的总传热系数比无液轮机时要大，说明内置液轮机可提高换热效果。     

内置开孔梯形波带换热管数值模拟及实验研究

提出一种新型开孔梯形波带插件,目的是减少传统波带对流体产生的过高阻力,增加其Re数适用范围。建立相应的物理和数学模型,采用Fluent对其不同结构参数设定下的传热与流动特性进行数值模拟并对插件结构进行了设计优化,同时通过实验验证模拟结果并根据实验数据拟合出4000Re10000时内置开孔梯形波带的换热准则关系式与管内流动阻力关系式,为开孔梯形波带实际应用提供理论依据。研究结果表明:新型开孔梯形波带在中高雷诺数条件下减阻效果明显,综合传热性能优于传统梯形波带并且具有一定的核心扰流作用。     

换热管内置塑料扭带阻力及转动特性的试验研究

换热管内王自旋扭带能够起到在线除垢防垢和强化传热的双重作用,是换热器节能降耗的有效途径之一.为了研究扭带的主要结构参数对扭带阻力及转动特性的影响,将9根不同结构参数的塑料扭带安置到换热管,比较在不同流速下,扭带管的压力降和扭带转速的变化规律.用多元线性回归方法.推导出了实验状态的扭带阻力、扭带转速关联式.结果表明,除流速外,扭带节距和带宽是影响压力降增量的主要因素;扭带节距是影响扭带转速的主要因素.为以后有效制作和选取扭带提供了理论依据.     

缩放管内脉动流动对流换热的数值模拟研究

通过数值模拟计算,研究在不同脉动频率、脉动振幅下的管内流体脉动对缩放管的传热和阻力的影响。研究结果表明:管内流体脉动能够强化缩放管的传热效果,相比稳态时,传热被强化了约为16%;管内流体脉动在一定条件下,也会增大缩放管的沿程阻力。     

波浪管内部流动的三维数值模拟

为分析弯曲管道内部流体流动的阻力损失，分别对不同几何条件下的3种波浪管内部流动进行了数值模拟。通过流场三维数值模拟，详细分析了弯曲管道内部流动损失机理，说明由于曲率的急剧变化导致压力损失的显著增大。     

热量运输机理及在管内螺带强化传热的应用

在较小流速和较低粘度的假设条件下,通过对流体微元能量方程变换,提出热量运输的观点.据此观点分析影响对流传热的主要因素并发展场协同理论.对螺带插入换热管内的流体受力情况进行分析,指出各个力对流场的影响.结合热量运输的观点,提出改善管内流动阻力、提高综合传热效率的方法.运用数值模拟得到管内流体流动和传热特性的分布规律.分析表明螺带后光管长度大约500～600 mm时,此段光管具有最大的综合传热系数.分析还表明在较长换热管条件下,螺带插入长度有更大的调整空间,可根据实际情况调整螺带长度以获得较大的传热系数或者较低阻力损失,而综合传热系数依然保持较高水平.证实了在热量运输机理指导下开发新的强化传热结构的可行性.     

钢塑共挤模具分流段成形过程数值模拟

以聚合物挤出过程模拟的罚有限元模型为基础,采用VC++语言自主开发了模拟软件,对Carreau流体在钢塑共挤模具分流段的流动过程进行模拟,获得模具内聚合物熔体的三维速度场分布,采用SUPG方法求解能量方程,在对流项占优的情况下获得温度场的分布,分析不同体积流量对速度的影响。结果表明实例分析给出钢塑共挤模具内流场的一般规律对模具设计具有一定的指导意义。     

三维方管层流冲击射流流动与传热的数值研究

通过求解三维稳态不可压缩N-S方程和能量方程,对半封闭层流方管冲击射流的流动与传热特性进行了数值研究。根据计算结果分析了射流中四个偏心速度峰值形成的原因,在层流范围内考察了射流雷诺数和冲击高度对流场结构和传热性能的影响。计算结果表明,冲击射流的传热特性受流场结构的控制,冲击面附近水平断面上四个偏心速度峰值的形成,导致在相应断面上形成温度分布的四个偏心最小值,以及在冲击面上形成局部Nu数的四个偏心峰值。     

微小矩形通道内气体层流换热的数值模拟

在基于贴壁层概念和已经求得的贴壁层内气体热导率变化规律的基础上 ,数值求解了微小矩形通道内气体层流已充分发展时 ,在壁面等热流边界条件下的温度分布和换热 ,得到了矩形微通道在不同截面长宽比 ζ和不同Knudsen数下的量纲一的温度分布和 Nu 值 ,并进行了相应的讨论。     

离散叉排肋化内冷通道流动与传热的数值模拟

运用数值模拟方法,计算肋片导流角θ为15°～45°的离散叉排肋化冷却通道在雷诺数介于1×104～20×104之间时的换热和流阻特性。研究结果表明,(1)各算例的强化换热能力随雷诺数的增大而减小,流动阻力随雷诺数的增大而增大,综合换热效率随雷诺数的增大而减小。(2)肋片导流角的改变可以显著改变通道的换热和流阻特性。相同雷诺数下,θ=45°的强化换热比和通道阻力增大比最高,θ=15°的强化换热比和通道阻力增大比最低。在研究范围内θ=15°的综合换热效率最好。     

NUMERICAL SIMULATION FOR INCOMPRESSIBLE TURBULENT FLOW IN THE IMPELLER OF SEWAGE PUMP

The 3-D turbulent flow in the impeller of sewage pump is simulated. The time-averaged N-S equations and the k-ε turbulent model is modified. The calculation is carried out in body-fitted coordinated grid by applying SIMPLE-C algorithm. The calculated velocity, pressure distributions of the turbulent flow in the sewage pump are obtained for the first time, which will be helpful for the optimal design and performance prediction of sewage pumps on the basis of flow field simulation.     

TIG电弧传热传质过程的数值分析

以ＴＩＧ电弧为对象,建立了焊接电弧传热传质过程的完善数学模型,引入欧姆定律计算电流密度分布并用Ｋ－ε模型处理紊流问题。使用ＦＯＲＴＲＡＮ语言在ＳＵＮ工作站上进行了数值分析,得到了１００Ａ～３００Ａ电流下的流场分布、温度分布及电流分布等重要物理数据,且与重要的试验结果吻合良好。     

离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k – e 两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场,并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上,提出设计上的一些改进措施,为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。