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。     

周期性矩形槽通道内对流换热的振荡

采用非稳态数学模型,通过数值模拟对周期性矩型槽通道内流动和换热的振荡特性进行了研究。结果表明:随着Re的增大,对流换热从入口后某一个几何周期开始振荡,振幅沿着通道逐渐增加,并经过若干周期后振幅基本不变;对于不同的Re开始振荡的几何周期数不同;当振幅基本不变时,各几何周期的平均Nu及相应点的速度按时间的平均值基本相等,表明振荡的流动和换热特征参数的时均值仍然具有周期性充分发展的特征;通道中突出物高度对振荡有显著影响,突出部分越高,开始振荡的几何周期数越小。     

内螺纹肋管内流动与传热的数值模拟

本文以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法在Re=600-2000的范围内对内螺纹肋管内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了不同Re、螺纹肋的旋转角度α、螺纹肋的牙数N8对速度环量、Nu、Nu和阻力系数的影响,并通过对Nu和速度环量之间的关系进行了分析,得出在内螺纹肋管内强化换热流动中决定换热强度的物理量一速度环量。     

不同组分天然气在绕管内流动传热特性数值研究

针对目前LNG绕管换热器设计时,考虑不同天然气组分对流动换热性能的影响,采用数值模拟方法分析了不同组分天然气在绕管内流动的传热特征。研究采用6.4MPa的6组不同组分的甲烷和乙烷混合物作为工质,探讨了混合物乙烷组分比重、雷诺数Re、普朗特数Pr对压降和努塞尔数Nu的影响。结果表明:在气态时随着乙烷组分比重的增加,混合物压降随Re数增加幅度变小;而在液态时混合物压降则随着混合物中乙烷组分比重的增加,压降随Re数增加幅度变大。在气态时乙烷组分增大有利于传热,而在液态时乙烷组分增大不利于传热,最后根据模拟结果拟合出适用的Nu公式。     

U型通道内部流动与换热的数值研究

应用数值方法研究了燃气轮机叶片内部U型通道内流动与顶部换热特性.采用SST k-ω模型,分析了U型通道内光滑和带凹坑顶部结构以及不同Re数和旋转数对U型通道内部流动和顶部换热的影响。结果表明:在静止条件下,带凹坑结构的通道顶部Nu数较高,并且随着凹坑深度的增加,通道顶部换热能力增强;并且凹坑结构对通道压降的影响较小。随雷诺数增大,凹坑对通道顶部换热增强的幅度降低。在旋转状态下,随着旋转数的增加,通道顶部换热能力增强,但通道压降增大。     

锯齿型通道湍流流动和换热的自维持振荡

采用RNG k-ε湍流模型对锯齿形通道内流动和换热进行了数值模拟。对以时均方程法模拟得到的流场、温度场以及U-V相图、Nu-θ相图进行了分析。研究表明,在本文计算的Re范围内,数值计算结果仍能反映出周期性通道内流动和换热的自维持振荡特性,无量纲速度U,通道平均Nu数随时间作周期性振荡,并且振荡幅度、频率随Re数的增大而增大。     

周期性锯齿型通道内流动和换热研究

用非稳态层流模型对锯齿型通道内周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟．Re=600时数值结果已发生明显振荡,而从入口段算起的第9、10个几何周期的平均Nu数与用周期性充分发展条件计算得到的平均Nu数吻合良好;在此基础上,计算通道周期长度L与通道垂直高度b的比值及通道倾角α等几何结构尺寸对周期性充分发展流动和换热的影响,计算结果表明,增大α和减小L／b都易促使流动产生涡旋,从而增强换热．     

圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性研究

圆管内液态铅铋合金的强制对流换热特性研究对加速器驱动的次临界核能系统的发展具有重要意义。运用大涡模拟方法,对恒热流密度条件下三维圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性进行了数值计算,对比发现模拟结果和实验数据及关联式吻合良好。对比了不同入口速度条件下流场的速度和温度分布、传热Nu数、无量纲时均温度、无量纲均方根温度和湍流涡分布等,进一步分析了不同雷诺数对圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性的影响规律。在恒热流密度条件下,随着Re数的增加,液态铅铋合金的Nu数逐渐增大,圆管不同截面的温差逐渐减小,湍流涡分布增多,提高Re数能够增强液态铅铋合金的传热性能。     

锯齿型通道流动和换热的周期性研究

本文对锯齿型通道内流动与换热的周期性进行了数值模拟.在Re=550～700范围内,入口段后的各几何周期的平均Nu数已随时间发生振荡,且随Re数增大,振荡起始位置朝入口方向移动;发生振荡的各几何周期的流场、无量纲温度场虽然在同一时刻不尽相同,但在不同的时刻可以找到近乎相同的流场和温度场,而且各几何周期平均Ⅳu数其振荡幅度基本相同,对时间求平均值后也基本相同,因此仍具有周期性充分发展的一些特性.     

斯特林回热器振荡流换热特性模拟研究

建立局部三维丝网模型研究斯特林回热器在振荡流下的换热特性,分析不同热端温度、入口流速及工作频率下回热器中振荡流周期内的瞬态换热规律。结果表明工质在振荡流的加速与减速期间内的加热及冷却过程的换热特性存在较大差异;冷却过程的最大Re数比加热过程高133%～474%;相同Re数下,加速与减速期间内的Nu数最大差别为14.6%;冷却过程的Nu数比加热过程高1%～22%;整体而言,一个周期内振荡流的换热量比对应工况下的单向流高20%左右。通过实验对比数值模拟结果,提出加热及冷却过程的Nu-Re关联式:Nu=3.56+0.36Re~(0.66)和Nu=17.67+0.37Re~(0.64),误差在7%以内。     

锯齿形通道内流动与换热的数值分析

本文采用非稳态数学模型对锯齿形通道的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。计算结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100时温度场和流场随时间不断变化,同时Nu数也随时间发生周期性振荡,并且随着Re的增大这种变化越明显;Re≥250时通道内开始产生旋涡,换热不断增强。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中相近问题的试验关联式基本吻合。     

多孔扁管内单相对流换热特性的实验研究

对水力直径为0.715 mm的方孔及0.86 mm的圆孔多孔扁管内液相流体对流换热特性进行了实验研究,Re数范围为50~2300,入口温度为5~45℃,加热热流密度为3~9 kW/m~2。实验结果表明,对流换热在Re=2000附近发生过渡;入口段效应明显;在Re数较小时,Nu数明显小于充分发展流动的预测值;热流密度越大、入口温度越高,对流换热强度越低。两种管型扁管的实验值变化趋势一致,但圆孔Nu数高于方孔。基于尺度效应的影响及经典层流换热理论对实验结果进行了修正。     

微圆管内环状流凝结换热特性的数值模拟

本文提出了微圆管内环状流凝结换热的分析模型,考虑了重力、汽液界面剪切力、表面张力以及界面凝结热阻的作用。文中主要研究凝结换热过程中重力、入口蒸汽Re数及外壁面温度的影响。模拟的结果表明,重力对微圆管流动凝结换热的影响非常小,可被忽略;凝结液的排除主要依赖于汽液界面的剪切应力作用,使Nu随蒸汽进口Re数的增加而明显增大;冷却外壁面的温度对凝结换热也具有一定的影响, Nu将随外壁面温度的降低而增大。     

扁管管片式散热器中马蹄形涡的数值模拟

本文通过数值模拟的方法对扁管管片式散热器中的流场、涡量场、速度环量、 Nu数、马蹄形涡进行了模拟。在Re=1450时,对马蹄形涡的形成、发展、衰减进行了模拟。对在Re=1050时平均Nu数在流动方向的分布,与横断面上速度环量在流动方向的分布进行了比较分析,得出在扁管管片式散热器中决定换热能力的物理量-速度环量。     

锯齿型通道流动与换热的自维持振荡实验研究

本文对锯齿型通道内流动与换热的自维持振荡特性进行了实验研究。从可视化实验中观察到,Re300时,流场随时间几乎没有明显的变化;Re300,流动出现了明显的回流现象,且随着Re数增大,回流形成的涡增大,流动产生的涡的位置随时间呈有规律的周期性变化;在恒热流边界条件下,通道上、下壁面温度沿流动方向的变化与数值模拟所得到的Nu数、壁温的变化规律一致。     

自激励旋进射流的流场及换热模拟

本文使用大涡模拟模型对自激励旋进射流的内部流场和冲击平板换热的温度场进行数值模拟,得到了不同进口Re数和不同膨胀比情况下的旋进射流的内部流场和冲击平板的温度场,并在此基础上分析了不同进口Re数和不同膨胀比对换热Nu数的影响.数值模拟表明,在本文所研究的进口Re数和膨胀比的变化范围内可以得到自激励旋进射流,射流对加热平板的冷却具有不对称的特征,Re数和膨胀比的增加对Nu数都有影响.     

几何因子对波纹通道内稳态流动与换热的影响

采用曲线坐标系下压力与速度耦合SIMPLER算法,数值研究了一种波纹通道内周期性充分发展的稳态层流流动与换热情况,流动Re数的范围为20～500,Pr数为0.7.计算考察了不同Re数、纵宽比γ及纵横比∮对换热与阻力的影响.计算结果表明,Re数、纵宽比γ及纵横比∮较小时流体不出现任何回流;整体Nu数及fRe数随着Re数,纵宽比γ及纵横比∮的增加而增加,换热增强,但同时流动阻力增加.其计算结果可为波纹通道的设计提供参考依据.     

过渡流下后向台阶流动与瞬态传热特性研究

为了研究过渡流下后向台阶的流动与瞬态传热特性,建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值传热模型,采用非定常数值方式模拟了后向台阶的内部流场,比较了台阶下游底面瞬时努塞尔数Nu和时均努塞尔数Nu_m的分布,分析了台阶下游通道内温度分布规律。结果表明:过渡流下台阶底面Nu数沿着流动方向出现多个峰值,Nu数始终围绕Nu_m数发生波动。Re数为700时,主回流区未出现二次回流,Nu数在主回流区下游才发生波动;Re数为1200时,主回流区出现二次回流,Nu数在主回流区就发生了波动。台阶下游通道内温度沿法向呈阶梯式变化,Re数越大,近底面处的温度变化梯度也越大。     

管外包覆多孔介质强化换热的数值研究

本文对管外包覆多孔介质的无限长圆管绕流的流场和温度场进行数值模拟,研究了多孔介质层的无量纲厚度ep,达西数D_a以及雷诺数Re对流动和强制对流换热特性的影响。研究结果表明,管外包覆多孔介质后的强制对流换热效果明显强于光管条件下的效果,换热增强了2.8~5.4倍;壁面平均努塞尔数Nu随e_p和Re的增大而增大,随Da的增大而减小;管壁处的流动阻力系数C_D随ep的增大而增大,随D_a的减小,先增大后减小,当Da小于1×10~(-5)时,阻力系数保持不变。     

自然对流对横纹管内湍流对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下横纹管内的流动传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,横纹管内下侧Nu数大于上侧Nu数,随着Re数的增加,管内下侧Nu数与上侧Nu数的差值逐渐减小。考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数与不考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数基本相等。强制对流的Re数越低,自然对流对横纹管单侧传热影响越明显。横纹管槽宽越小,槽深越深,自然对流对单侧传热影响相对越小。通过非线性拟合,分别得出横纹管内下侧传热Nudown/Nuave-b、上侧传热Nuup/Nuave-b与浮升力参数Bo的关联式。