颗粒多孔层在真空状态下的沸腾两相流与传热

在前文［１］实验研究的基础上，利用带液池的多孔壁微热虹吸蒸发段模型，对颗粒多孔薄层在真空状态下的沸腾两相流与传热进行了分析，综合实验数据，建立了传热关联式。     

流态化固体颗粒对对流沸腾传热的强化

在对流沸腾系统中引入固体颗粒,固体颗粒在液体中呈流态化,从而形成气液固三相对流沸腾过程。对气液固三相流对流沸腾过程的传热特性进行了实验研究,结果表明流态化固体颗粒对液体的对流沸腾传热具有显著的强化作用。基于固体颗粒撞击沸腾气泡时的受力分析,获得了固体颗粒穿透气泡并使气泡破碎的条件,分析了流态化固体颗粒强化沸腾传热的机理。实验结果与理论分析符合良好。     

烧结多孔表面强化冷凝传热的实验研究

实验研究了不同粒径金属粉末烧结制备的多孔涂层表面对垂直管外水蒸气冷凝传热的强化作用。发现:粒径为50μm的细粉覆盖一层及两层的多孔管的传热效果反而不如光管,使冷凝传热效果恶化;而粉末粒径为250μm的烧结表面的强化传热特性比光管提高10％～15％,而且也明显优于粒径为50μm的表面。同时,两种不同粒径表面,两层粉末错落堆积烧结表面的传热效果也优于单层粉末烧结表面。基于孔隙微观结构变化对冷凝液流动与导热的影响分析讨论了多孔烧结表面强化膜状冷凝传热的机理。     

锅炉炉内含尘气流冲刷管束换热器的流动和传热特性研究

本文通过模型计算和实验对于含尘烟气冲刷圆管和螺旋肋片管的管束换热器的流动和传热特性进行研究。结果表明,换热管束的形式对颗粒的传热强化作用具有明显的影响。颗粒对圆管的传热强化作用必须予以考虑,而对于螺旋肋片管则可忽略。     

缩放管混合污垢特性的实验研究

实验室里进行了缩放管与对应光管管内混合污垢的对比实验,实验工质为加有MgO或CaSO颗粒的人工硬水.实验结果表明:在相同流速、浓度条件下,与对应光管相比,缩放管不仅有较好的阻垢性能,还有较好的传热性能;流速、颗粒浓度和颗粒粒径对混合污垢热阻有较大影响:增大流速、减小颗粒浓度、增大颗粒粒径都会使缩放管混合污垢热阻的渐近值减小.     

振荡流热管自激强化传热特性实验研究

针对回路型振荡流热管,从自激强化(被动强化)传热的角度出发,通过实验对比分析,分别研究了热管采用非均匀截面结构、管内工质为Cu-H2O纳米流体以及热管采用不等径结构时的强化传热特性.实验研究结果表明:采用上述三种强化传热的方法,在特定条件下,都分别不同程度地起到了强化传热的效果,为振荡流热管强化传热的进一步研究奠定了基础.     

流体诱导振动复合强化传热的实验研究

本文提出了流体诱导振动复合强化传热新方法并进行了实验研究,实验结果表明流体诱导的振动与其他方式一样对传热有足够的影响。弹性管束在流体诱导下的面内振动与面外振动,可以低流速下在提高对流换热系数,降低污垢热阻,使传热效果显著增强。     

流化床传热机理分析

针对迄今为止对于流化床传热过程存在着相互混淆或模糊的机理性解释的情况，本文根据作者近期提出的一个流化床传热模型［１，２］，对发生在流化床内的传热过程进行了较为详尽的机理性分析，对传导、对流分量进行了新的定义，给出了一个新的传热过程模式图，并对不同颗粒尺度和温度范围给出了不同分量所占分额的定量变化结果。     

进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响

通过对水力旋流器内液固多相流动的固体颗粒运动进行理论分析、数值模拟和实验测试,探讨了进口颗粒浓度对采用水力旋流器进行高炉污泥颗粒分级的影响。液固多相流动的数值模拟证实,固体颗粒在水力旋流器内的径向沉降速度近似与颗粒粒径的平方成正比。实验给出了不同进口浓度的颗粒分级效率曲线。本文的实验结果、数值模拟结果以及颗粒离心沉降的理论分析都表明,进口浓度对水力旋流器内高炉污泥的颗粒分级影响不大,该结果诠释了在高炉污泥脱锌操作所考虑的颗粒浓度范围内为什么低浓度下水力旋流器颗粒分级的数值模拟结果与较高浓度下的实验结果基本一致。     

超声波强化传热的链式反应机理与模拟研究

利用超声外场作用实现强化传热的技术越来越受到人们的关注。本文开展超声波强化传热技术的作用机理分析及数值模拟研究。在理论方面,提出了超声波强化传热机理的新解释——"空化链式反应";在数值模拟方面,建立了超声波强化换热的数值模型,验证了超声波对换热的强化作用。理论分析显示超声空化核心的链式破裂具有减薄边界层、增强换热的效果;模拟给出了不同波动压力和频率下的强化换热情况,当驱动压力为7 kPa和频率为20 kHz时,超声波对流体传热的强化效果最好。     

Numerical Simulation of Heat Transfer in Rectangular Microchannel

Numerical simulation of heat transfer in a high aspect ratio rectangular microchannel with heat sinks has been conducted, similar to an experimental study. Three channel heights measuring 0.3 mm, 0.6 mm and 1 mm are considered and the Reynolds number varies from 300 to 2360, based on the hydraulic diameter. Simulation starts with the validation study on the Nusselt number and the Poiseuille number variations along the channel streamwise direction. It is found that the predicted Nusselt number has shown very good agreement with the theoretical estimation, but some discrepancies are noted in the Poiseuille number comparison. This observation however is in consistent with conclusions made by other researchers for the same flow problem. Simulation continues on the evaluation of heat transfer characteristics, namely the friction factor and the thermal resistance. It is found that noticeable scaling effect happens at small channel height of 0.3 mm and the predicted friction factor agrees fairly well with an experimental based correlation. Present simulation further reveals that the thermal resistance is low at small channel height, indicating that the heat transfer performance can be enhanced with the decrease of the channel height.     

泡沫铜填充曲折槽道散热器内对流换热研究

设计了高孔隙率泡沫金属铜填充的曲折槽道散热器,采用去离子水为工作介质,实验研究了单相对流换热时散热器的压降、散热量、热阻等特性.结果表明,流体流过槽道时压降和流速成二次多项式关系;随着受热表面温度升高,散热量变大,热阻减小并趋于定值.相同雷诺数时,Nu数随着表面温度的升高而增大;综合评价散热器的性能发现,该换热器在相同压降时热阻要低于微槽道散热器和平板多孔介质散热器.     

基于康托尔分形微通道流动与传热的模拟

高密度、 小体积和高集成的电子元器件散热困难, 易造成过早失效, 采用微通道换热器可以实现小体积内高热流的散热, 但流动阻力很大. 为了保证传热效果, 降低流动阻力, 本文提出了一种新型的微通道结构并对其流动与传热特性进行了数值模拟. 首先研究了微通道形状和结构, 模拟结果表明: 进出口截面宽高比为0.8 的矩形微通道的换热效果最好; 并在此基础上提出一种康托尔分型凹槽结构, 研究了有无康托尔分形以及不同分形级数对流动与传热性能的影响, 综合对比发现: 第二级康托尔分形模型 N2 既能保证热阻显著降低, 又能相比阵列结构降低压降, 具有明显的换热优势; 最后对这种康托尔分形结构的凹槽形状, 尺寸及不同方向上的分形进行研究, 结果表明梯形凹槽的下上表面长度比b/a 为0.6 、 流动方向分形比fx 为1 .25 和通道高度方向分形比fy 为1 .5 时换热流动性能最佳.     

Analytical Analysis of Heat Transfer and Entropy Generation in a Tube Filled with Double-Layer Porous Media

The heat transfer and entropy generation in a tube filled with double-layer porous media are analytically investigated. The wall of the tube is subjected to a constant heat flux. The Darcy-Brinkman model is utilized to describe the fluid flow, and the local thermal non-equilibrium model is employed to establish the energy equations. The solutions of the temperature and velocity distributions are analytically derived and validated in limiting case. The analytical solutions of the local and total entropy generation, as well as the Nusselt number, are further derived to analyze the performance of heat transfer and irreversibility of the tube. The influences of the Darcy number, the Biot number, the dimensionless interfacial radius, and the thermal conductivity ratio, on flow and heat transfer are discussed. The results indicate, for the first time, that the Nusselt number for the tube filled with double-layer porous media can be larger than that for the tube filled with single layer porous medium, while the total entropy generation rate for the tube filled with double-layer porous media can be less than that for the tube filled with single layer porous medium. And the dimensionless interfacial radius corresponding to the maximum value of the Nusselt number is different from that corresponding to the minimum value of the total entropy generation rate.     

基于拉格朗日跟踪法的波纹流道流体特性研究

采用正交实验方法考察了具有不同结构参数的三维周期波纹流道中的流体性能,并采用Webb评价方法对其进行性能评价。比较了不同波纹宽度的波纹流道的阻力因子e_f、传热因子e_Nu和能效因子η的值,结果表明三者都随Re的增大而增大,波纹宽度最小时能效因子η最大。流体在波纹流道中垂直于主流方向的横截面上产生二次流,随着Re增大,二次流增强,阻力增大,温度边界层减薄,温度等值线分布变得不均匀,传热增强。采用拉格朗日粒子跟踪技术分析了不同Re下,流体粒子在波纹流道内的运动轨迹,绘制了不同周期出口流体粒子的庞加莱截面图,结果表明流体粒子在波纹流道中被反复拉伸和折叠,增加了流体粒子的接触面积,提高混合效率,强化了传热。     

微针肋槽道内去离子水换热特性

设计了槽肋比为1:2和2:1的矩形大长宽比微针肋散热器,并实验研究了去离子水在其内的流动换热性能。结果表明:当进口温度为40 ℃、微针肋槽道在雷诺数小于650、最高壁面温度低于77 ℃时,单位面积散热量可达21.32 W/cm2。当雷诺数一定时,同一个槽道壁面温度沿着流动方向不断增加、同一个位置壁面温度随着加热功率的增加而增大,局部努谢尔数沿着流动方向先减小后逐渐增加并趋于定值。当针肋流动换热长度较长时,其入口效应可以忽略,槽道平均努谢尔数随着雷诺数的增大而增大,与加热功率无关;为了更好地表达微针肋槽道内的换热特性,考虑了槽肋比、流动雷诺数等影响,拟合了去离子水在微针肋槽道内的对流换热关系式。     

梭形百叶窗结构内传热强化数值分析

提出一种新型百叶窗结构—梭形百叶窗,它与一般的矩形百叶窗结构相比,流道从翅片中间截面到管连接处逐渐变宽,有较多流体冲刷管壁表面,增加管壁附近流体温度梯度,从而使传热增强。同时降低了流体流动阻力。具有较好的流动和传热性能。应用FLUENT软件对两种百叶窗结构下空气的流场、温度场和压力场进行了CFD研究,分析不同Re数对换热和流动性能的影响。     

LOW REYNOLDS NUMBER FORCED CONVECTION IN MICRO WIRE SCREENS AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND LOW PRESSURES

Very low Reynolds number forced-convection heat transfer of air flow through microscale wire screens with equivalent channel diameters of 34.34 and 93.75 mum (surface area density 67,400 and 32,300 m² / m³) was measured using resistance thermometry, in which the surface temperature was detected through the measurement of electric resistance of the screens. The dependency of the Nusselt number on the Reynolds number, screen porosity, and Knudsen number was investigated at Reynolds numbers ranging from 0.03 to 5.7. The results show that the screen porosity has great influence on the heat convection and the Nusselt number is higher in the case of higher porosity. When the Reynolds number increases from 0.03 to 3, the Nusselt number increases by two orders of magnitude, and the growth rate gradually slows down. In the very low Reynolds number region, the j factor has a maximum value. In the test region, the influence of the Knudsen number on heat convection is small.     

流体在烧结多孔槽道中对流换热的实验研究

本文对空气和水流过烧结青铜颗粒水平多孔槽道表面上的对流换热进行了实验研究。结果表明:与空槽道表面换热相比,实验段充满烧结多孔介质后,水流过实验段的平均对流换热系数可提高7～9倍,空气可提高3～30倍;烧结多孔结构的强化换热能力大于非烧结的堆积床;直径的增大能提高水在多孔结构内的换热能力,但对空气而言在实验流量范围内无明显作用。     

具有隔板的平行通道内空气混合对流换热数值模拟

本文以锅炉干排渣装置为背景,对抽象的理论模型具有隔板的平行通道内空气混合对流换热进行了数值模拟.数值计算表明,在Re＞1000时应采用非稳态数学模型进行数值模拟;在Re＞500时,自然对流机制对流动和换热的影响基本可以忽略.数值计算给出了不同Re时的进出口无量纲压差、局部的Nux和平均Nu以及流线图.这些结果可为深入研究干排渣装置中流动和换热特性提供参考.