非稳态横掠管束周期性充分发展对流换热的数值模拟

本文采用非稳态数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100以后流场和温度场随时间发生振荡,并且振幅随Re增加而增大;进一步增加Re到一定值后,在管束间会有交替出现的涡。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中的实验关联式基本是吻合的。平均Nusselt数的计算值随流动方向管间距的增加而增加。     

超临界CO_2横掠管束对流换热数值模拟

随着第四代核能系统的研发,使用高效、安全、经济的超临界二氧化碳作为冷却剂或二回路能量转换工质的反应堆成为研究热点。管壳式换热器具有制造维护简单、流动压降小的特点,在超临界二氧化碳对流换热中具有一定的应用前景。本文使用数值模拟方法研究了超临界二氧化碳横掠管束对流换热特性。结果表明:超临界二氧化碳横掠管束是周期性流动,拟临界区的超临界二氧化碳横掠管束流动换热不同于远离拟临界点的超临界区。Zukauskas关联式适用于远离拟临界点的超临界区对流换热Nu计算,不适用于拟临界区Nu计算。本文对Zukauskas关联式在拟临界区进行了修正,修正后的公式适用于7.5 MPa下主流温度300～310 K的拟临界区Nu计算,最大误差为21.40%。     

气液两相流沿水平方向横掠水平管束时流动特性的研究

本文对常温常压下空气－水两相流在卧式理想管壳式换热器壳侧流动时的截面含气率进行了实验研究。换热器的管排形式为顺排，管间距与管径之Ｐ／Ｄ为１．２８折流板被垂直切割，在折流板交叉区，气流两相流沿水平方向横掠水平管束。结果表明平均截面含气率小于体积含气率，平均截面含气率在一定的马蒂内利参数下随质量流速的增加而增加，且能与马蒂内利参数和全液相佛鲁德数很好的关联。     

液态铅铋合金横掠管束对流换热数值计算

直流螺旋管式蒸汽发生器具有结构紧凑和换热系数高等优点,能够进一步提高液态金属反应堆的紧凑性和经济性。此时蒸发器壳侧为液态金属横掠管束流动,而在可查阅文献中专门针对液态金属横掠顺排管束的换热关系式却很有限。本文采用SST k-ω模型和湍流普朗特数模型数值研究了液态铅铋合金横掠顺排管束的流动和换热特征。首先采用前人的实验结果对数值模型进行了验证,模拟结果与努塞尔数实验值偏差小于8%。研究了普朗特数、雷诺数以及管束结构对液态金属横掠顺排管束换热特征的影响。讨论了不同工况下分子热扩散系数和湍流热扩散系数对于换热的贡献以及传热管周向局部换热特征。最后根据计算结果拟合出了液态铅铋合金横掠顺排管束的努塞尔数公式。     

横掠管束周期性充分发展对流换热的混沌分析

本文利用混沌理论分析了横掠管束周期性充分发展对流换热的非稳定性问题,即通过速度U的时间序列的重构相空间计算出关联维数D2,并通过时间序列分析了该非线性动力系统的功率谱特性。分析结果表明,本文所研究的横掠管束周期性充分发展对流换热系统在所给出的控制参数Re=937.7下出现的非稳定性问题属于混沌现象。系统的整体状态可用奇怪吸引子来描述,当延迟时间选择为5,该时间序列的重构相空间的嵌入维数增至5时,该吸引子的分维数趋于定值1.63。     

确定换热器换热系数的一种新方法——离散流动瞬态法

本文提出了离散流动新概念,建立了计算流体从换热器流出时温度变化的数学模型;设计了配比方法,从而导出了一种确定换热器换热系数的新方法——离散流动瞬态法.作者用该方法确定了空气横掠顺排管束的换热系数,与文献啪的经典公式相比,结果是令人满意的.     

恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型,对恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的强制对流进行了边界层分析。通过建立二维流动的连续方程、动量方程和考虑流体与多孔介质局部非热平衡时的能量方程,应用数量级分析和积分的方法对方程组进行简化和求解,得出了流体的速度分布、温度分布、速度边界层和温度边界层的厚度、对流传热的理论关联式。研究结果表明:恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的速度边界层与光板时完全不同,其在平板前端迅速增长,随后沿着流动方向变得非常平坦并趋于一定值;而温度边界层的厚度发展则与光板时类似,沿着流动方向不断增长,且与壁面处热流密度的大小无关。     

平板通道内充分发展湍流直接数值模拟

采用有限差分法对平板通道内充分发展湍流进行了直接模拟(DNS),Reτ=150,网格数64×64×64。得到了湍流脉动速度沿y 分布的等值线图,分析了近壁面脉动特性研究的重要性,为理解湍流物理机制提供数据。获得了雷诺应力的变化、雷诺应力输运方程中各项的平衡关系以及湍动能方程中各项的变化曲线,为进一步评价和改进湍流模式提供依据。     

翅片管束式管壳式换热器三维数值模拟研究

本文提出了运用多孔介质模型、分布阻力模型和k-ε湍流模型对壳侧为翅片管束的壳管式换热器壳侧速度场与温度场进行三维数值模拟的方法,并对一相应类型换热器壳侧的流动与换热进行了数值模拟,得出了壳侧流场参数的图示以及壳侧进出口压降,温差,换热量随壳侧Re变化的特性曲线。     

横向粗糙元壁面槽道湍流的大涡模拟研究

采用大涡模拟和浸没边界法相结合对不同高度和不同间距横向粗糙元壁面槽道湍流进行了模拟,得到了光滑壁面和粗糙壁面湍流的流向平均速度分布,雷诺剪切应力,脉动速度均方根和近壁区拟序结构。结果发现横向粗糙元降低了流向平均速度,增大了流动阻力,粗糙壁面湍流的雷诺剪切应力大于光滑壁面。粗糙元降低了流向脉动速度,增强了展向和法向脉动速度。粗糙元高度越高,对湍流流动影响越大,而粗糙元间距对湍流统计特性的影响不大。粗糙壁面仍然存在着和光滑壁面类似的条带结构。     

垂直上升管内液体横掠流动传热特性研究

本文对单相水和单相油横掠流动时的平均换热特性进行了实验研究,对试验的结果进行了分析和讨论,并对实验数据进行关联,得到了垂直上升管内单相水和单相油横掠流动时的换热准则关系式。结果表明,狭窄空间条件下的液体横掠柱体时的流动换热对液相Re数的依赖,较大空间条件下的流动换热相比明显减小,并对单相水和单相油横掠流动时的换热性能进行了比较。     

膜片管束通道传热性能的数值研究

以膜片管束通道为研究对象,通过数值模拟分别对通道的入口段和充分发展段建立非稳态数学模型。在不同Re下的通道入口段中不同几何周期的相应截面上设置无量纲速度和无量纲温度的监测点,分析了入口段的换热特性,并且重点探讨了流动与换热进入周期性充分发展段后,改变管束排列方式对换热Nu的影响。结果表明:Re不同时,流动和换热进入充分发展需要经过的几何周期数也不同;进入充分发展段后,Nu随着管间距的减小而逐渐增加,而且对于大间距排列管束,改变圆管竖直方向间距对Nu的产生的影响更显著。     

异形管束降膜流动流型及波长的分布规律

采用可视化方法对水的降膜流动过程进行了实验研究,考察了两异形管(蛋形管和滴形管)管间流型及其转变、降膜波长随Re数和管型的分布规律,并与圆管进行了对比分析。实验结果表明:各管的管间流型均随Re数的增大依次呈现滴状流、滴柱状流、柱状流、柱片状流和片状流;相较于圆管,两异形管的各流型更易在较低的Re数下获得,且流型较稳定。随着Re数增加和管间距S的降低,降膜波长呈减小趋势。两异形管的降膜波长较圆管的低,且蛋形管的流型转变Re数最低。     

稠密气固流动二阶矩摩擦应力模型和模拟

基于统一二阶矩两相湍流应力模型和稠密颗粒动力学理论,建立了欧拉-欧拉双流体二阶矩颗粒摩擦应力模型。模型充分反映各向异性的气固两相相间雷诺应力相互作用,并引入有效颗粒弹性恢复系数,考虑了因颗粒表面不光滑产生的摩擦力对湍流流动结构和颗粒弥散特性的影响,对于下降管的计算结果与实验吻合较好。因颗粒摩擦产生能量耗散降低了颗粒温度和导致颗粒雷诺应力再分布。在入口和出口区域因颗粒碰撞频率较高而产生的能量耗散对流动结构影响明显。     

粘弹性减阻流动的雷诺应力模型研究

针对由Giesekus本构方程描述的粘弹性槽道减阻流动,建立了低Re数雷诺应力模型.通过与DNS数据的比较,该模型对平均速度、平均变形、减阻率和应力的预测较准确,而对时均速度剖面和脉动速度强度的预测精度有待提高.另外,对雷诺应力再分配项(压强变形率相关项)的模化有待改进.     

两相壁面射流PDF方程有限分析方法及数值模拟

提出求解位置-速度相空间中高维两相流PDF(probability density function)方程的有限分析方法,将位置-速度相空间颗粒PDF方程约化到速度空间,并解析求解,颗粒的位置PDF用轨道方法求解.对壁面射流两相流动进行数值模拟,并与颗粒雷诺应力轨道方法进行比较计算,结果优于颗粒雷诺应力轨道方法.     

管间距对翅片管换热器热力性能的影响

分析了翅片管换热器传热及流动阻力性能的影响因素;叙述了场协同理论的基本机理,并与等流速排列方式联系起来加以分析讨论;概述了翅片管换热器研究中管间距对传热及流动阻力影响的国内外研究现状;讨论了不同翅片及基管类型结构尺寸下管间距对换热器传热及流动阻力影响的规律。在此基础上,对管束排列的研究前景进行了展望。     

新型管壳式换热器三维流场分析

本文应用周期性简化模型，对弓型、杆式以及H型壳程支撑结构的管壳式换热器壳程内的流动特性进行了分析。对于其对应的三种典型流态，反映在壳程内流体流动方面的主要差别是壳程内横向流速度分量的不同，且三种流态各自在不同流量下的横向流速度分量与纵向流速度分量之比几乎均为一定值。具有不同管束支撑结构的管壳式换热器壳程内流体阻力降与传...     

纳米通道内气体剪切流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了表面力场对纳米通道内气体剪切流动的影响规律.结果显示通道内的气体流动分为两个区域:受壁面力场影响的近壁区域和不受壁面力场影响的主流区域.近壁区域内,气体流动特性和气体动力学理论预测差别很大,密度和速度急剧增大并出现峰值,正应力变化剧烈且各向异性,剪切应力在距壁面一个分子直径处出现突变.主流区域的气体流动特性与气体动力学理论预测相符合,该区域内的密度、正应力与剪切应力均为恒定值,速度分布亦符合应力-应变的线性响应关系.不同通道高度及密度下,近壁区域的归一化密度、速度及应力分布一致,表明近壁区域的气体流动特性仅由壁面力场所决定.随着壁面对气体分子势能作用的增强,气体分子在近壁区域的密度和速度随之增大,直至形成吸附层,导致速度滑移消失.通过剪切应力与切向动量适应系数(TMAC)的关系,得到不同壁面势能作用下的TMAC值,结果表明壁面对气体分子的势能作用越强,气体分子越容易在壁面发生漫反射.     

水平管气液两相泡状流紊流结构的准三维测量

用两个X型热膜探针对内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的三维紊流结构进行了准三维测量,得出了沿不同直径的轴向、径向和周向的紊流脉动速度和雷诺应力分布。发现在水平管下部脉动速度和雷诺应力与单相流动时的分布规律相似;在管子上部由于空气泡的存在增强了脉动速度;在某些区域内,周向的脉动值甚至比径向和轴向的相应值还要高。水平气液两相泡状流中雷诺应力-uw不为零,在管子的上部甚至和-uv有相同的量级。给出了由于气泡引起的紊流脉动与总素流脉动比值沿径向的分布。