基于(火积)耗散理论的喷淋室内传热传质性能优化研究

基于(火积)理论,在气-水传热传质方程的基础上,建立了立式喷淋室内热学分析模型。利用四阶龙格-库塔方法,对该模型进行了数值求解,分析了不同参数对传热传质过程的影响。结果表明,(火积)耗散热阻用来优化喷淋室内传热传质效果是有效的,(火积)耗散热阻可以用来评价喷淋室参数变化对换热效果的影响,各参数对换热效果影响的显著性按下列顺序依次降低:空气进口温度、空气流量、空气相对湿度、水量、水滴直径、塔高、气流速度、水滴速度。     

双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性

采用耦合的水平集-体积分数法(CLSVOF)对双液滴连续撞击恒定壁温壁面上的热液膜的流动和换热特性进行了数值模拟及分析,得到了双液滴撞击热液膜后形态演变的过程.分析了液滴垂直间距、撞击速度、液膜厚度以及液滴直径对双液滴撞击液膜后的流动与传热特性的影响,结果显示,壁面平均热流密度随液滴撞击速度的增大而增大,液滴垂直间距、液膜厚度和液滴直径对平均热流密度的影响较小,但会对热流密度在撞击区域和交界区的分布产生重要影响.     

功能涂层分割表面降液膜流动过程的CFD模拟

建立二维功能涂层分割表面流动模型,利用CFD方法研究了不同喷淋密度下功能涂层表面的降液膜流动过程。当喷淋密度小于最小喷淋密度时,壁面出现局部干壁并伴随液膜积聚和重新铺展现象产生。当喷淋密度大于最小喷淋密度时,含涂层壁面与不含涂层壁面对液膜的流动形态几乎无影响;但流动稳定之后,液膜内部的掺混加剧,可显著减薄传热边界层的厚度,对吸收器的传热传质性能起到影响。模拟结果与实验结果吻合良好,具有显著的实际意义。     

探针移动速度对等离子体射流热流密度测量结果的影响

采用自行研制的中心嵌有铜柱感应件的小尺寸杆状热流探针,在低扰动条件下,对射入大气环境的纯氩层流等热离子体射流传向铜探头表面的热流密度进行了动态测量.结果表明,在射流最高温度16500 K、最大轴向速度850 m/s、探针垂直于射流流动方向的移动速度130～260 mm/s的实验参数范围内,随着探针移动速度的提高,测得的热流密度值减小;射流温度和速度越高,探针移动速度对热流密度测量值的影响越大.     

微通道内给定壁面热流的气体换热研究

本文利用实施给定热流边界条件的DSMC方法,对短通道内给定壁面热流边界条件下的气体换热情况进行了模拟.结果表明,壁面热流密度增大导致通道内压力分布非线性程度增加.随着热流密度的增大,截面速度分布趋于平缓,滑移速度增大.给定热流密度的通道壁面温度与气流截面平均温度的差值沿程增大,温度梯度沿程下降,气体稀薄性增大时,通道换热减弱.     

超临界CO_2在三叶管内换热特性研究

建立了内径为2 mm的三叶管三维模型,使用ANSYS Fluent软件对超临界二氧化碳在三叶管内的对流换热特性进行了研究,分析了流动方向、进口雷诺数、壁面热流密度和冷却压力等因素对局部换热系数的影响,结果表明:在本文研究的范围内,流动方向对超临界二氧化碳在三叶管内局部换热系数的影响较小,可以忽略,进口雷诺数、壁面热流密度和冷却压力对局部换热系数的影响较大;二氧化碳进口雷诺数越高,对应的局部对流换热系数也越高,壁面热流密度的大小对局部换热系数出现峰值位置有较大影响,对其大小影响不大;超临界二氧化碳冷却压力越高,对应的局部对流换热系数的峰值也越大;局部对流换热系数峰值所对应的温度只与冷却压力下的临界温度有关。     

边界条件局部变化对二维发汗冷却的影响

本文通过对发汗冷却的多孔区域进行二维非热平衡数值模拟,研究了多孔介质区域进口处对流换热系数、冷却剂流量局部降低以及多孔介质受热表面热流密度局部增大对青铜、陶瓷两种不同多孔材料的温度场的影响。计算结果表明,冷却剂在进口处与多孔壁面对流换热系数的增大使多孔介质内部趋向于热平衡;热端壁面对流换热系数、冷却剂流量的局部变化对陶瓷多孔壁面在该局部区域的影响要大于青铜多孔壁面,但青铜多孔壁面受影响的区域更大,而冷却剂流量的局部降低对两种材料固体、流体间温差的影响程度基本一致。     

CFETR超临界CO2锂铅双冷包层第一壁热工水力学分析

基于CFETR超临界CO2锂铅双冷包层基本结构,对超临界二氧化碳冷却第一壁方案进行了热工水力学分析。采用计算流体力学(CFD)的方法,通过限定第一壁最高温度,分析了流道间距、壁面粗糙度、流道尺寸和内壁面热流密度对驱动功率、出口温度和内壁面温度的影响,并与氦冷方案进行了比较,为后续包层结构设计提供参考。结果表明,减小流道间距、增大壁面粗糙度可以获得更好的冷却性能。增大流道极向尺寸可以有效降低驱动功率,而增大流道径向尺寸可以有效降低内壁面温度。考虑第一壁与增殖区换热后,内壁面最高温度会有较大提升。此外,超临界二氧化碳冷却第一壁所需的驱动功率小于氦气的驱动功率。     

水平管降膜蒸发器传热特性研究

建立了水平管降膜蒸发和管内凝结传热实验台,通过对实验结果的归纳,获得了水平管降膜蒸发器总传热系数随喷淋密度、蒸发温度、传热温差和蒸汽入口流速的变化规律,以及管间距对传热特性的影响。结果表明,总传热系数随喷淋密度、蒸发温度的增大而增大,随传热温差的增大而减小,而蒸汽流速对传热系数影响较小;在本文研究的管间距范围内,当管间距为46.7 mm时,总传热系数最高。     

热法磷酸塔内传热与燃烧的数值模拟

本文对热法磷酸塔内的燃烧过程及辐射传热进行了数值模拟研究,针对云南省磷化工中试基地所提供的燃磷塔的设计结构,探讨了燃磷塔壁面温度、磷火焰辐射吸收系数和壁面黑度对燃烧温度、燃磷塔山口平均温度和壁面热流的影响。数值模拟结果表明,磷火焰辐射吸收系数对塔内的传热及燃烧特性的影响最大。壁面黑度对燃烧温度、燃磷塔出口平均温度和壁面热流的影响近似呈线性规律,对燃烧温度影响作用较弱。壁面温度仅对出口平均温度的影响较大,对火焰最高温度的影响较小。上述三种因素对壁面平均热流的影响作用基本相同。所预报的壁面热流平均值与现场试验结果符合较好。     

R1336mzz闪蒸喷雾冷却传热特性的实验研究

闪蒸喷雾冷却是高热流密度电子器件有效的散热技术之一.本研究采用新型工质R1336mzz,建立了一个闭式闪蒸喷雾冷却实验平台,研究了喷雾流量和入口温度等影响因素对其传热特性的影响.实验结果表明,闪蒸喷雾冷却的传热性能随流量的增加先增大后减小,在流量为1.4 L/min时,获得最佳的传热性能,临界热流密度最高可达349 W...     

液滴撞击液膜的流热耦合界面追踪方法数值模拟

采用界面追踪方法研究蒸馏过程中液滴撞击高温薄液膜的流动和传热特性,将数值结果与解析解和实验进行比较验证模型的正确性,研究气液界面和热流分布的演变过程.同时,分析液滴We数和无量纲液膜厚度对传热的影响.液滴撞击后的热流密度分布显示：液膜可分为撞击区、过渡区和静态区.由于液滴的撞击作用,强制对流是撞击区内主要的传热机制.增大液滴的韦伯数或减小无量纲液膜厚度会加强热量传递.随着液滴韦伯数的增加,冲击引起的扰动增强,在动量和能量共同作用下,平均热流密度明显增大,撞击区冠状水花越明显.无量纲液膜厚度越小,平均热流密度越大,且有更长的时间保持高热流密度换热.     

Study on Ultra-fast Cooling Behaviors of Water Spray Cooled Stainless Steel Plates

Spray cooling is an effective tool to dissipate high heat fluxes from hot surfaces. This article thoroughly investigates the effect of thickness of a hot stainless steel plate on the cooling time, cooling rate, heat flux, and heat transfer coefficient under constant mass flow rate maintained at 1 MPa using water as the coolant. Cylindrical samples of stainless steel with constant diameter (D = 25 mm) and thickness (δ = 7.5, 12, 16.5, and 21 mm) were used in the present study. Critical droplet diameter to achieve an ultra-fast cooling rate of 300°C/s was estimated by using an analytical model for samples of varying thicknesses. The analytical model (one side spray cooling) showed good agreement with experimental results with a relative error of 3.2% in the plate thickness range of 1–12 mm. An increasing trend in maximum heat flux was found with increasing thickness of the plate. Maximum heat flux as high as 1,800 kW/m² was achieved for a 21-mm-thick sample. Heat transfer coefficients in the range 0.092–96.24 kW/m²K, 0.111–98.9 kW/m²K, 0.074–63.4 kW/m²K, and 0.127–55.63 kW/m²K were reported for sample of varying thicknesses in the present study. Limited published work is available with reference to water spray cooling dynamics and thickness of stainless steel plate. Therefore, the present study focuses on the correlation between the thickness of the plate and spray dynamics of water spray cooling.     

交变热流下燃烧室外对流传热特性数值研究

采用数值计算对水对流换热边界下天然气燃烧及外部对流传热特性进行了研究。研究了相同燃烧功率不同水入口流速下燃烧及传热特性,得到各个区域交界面温度分布及燃烧室内辐射换热与对流换热占总换热量比例。对天然气高温空气燃烧技术在工业锅炉等设备上的应用具有很好的指导意义。     

烟气型吸收式制冷机的变工况特性研究

基于分布式冷热电联产系统变工况运行的实际需要,建立了烟气型双效溴化锂吸收式制冷机的变工况模型。制冷机变工况模拟计算时,保持浓溶液流量及换热系数(高压发生器除外)不变,得到了烟气进口温度、烟气流量及冷却水进口温度变化时的制冷机各重要性能参数曲线,发现当烟气流量低于50%时,COP下降较快,冷却水进口温度降低时有利于制冷机运行,但是要注意防止浓溶液结晶。制冷机额定工况模拟计算时,与已有文献进行对比,验证模型的可靠性。     

气体直接接触式制取冰浆实验研究

冰浆具有良好的流动性,有着广泛的用途。气体直接接触式换热具有换热系数高的优点,由于气流的速度可以更高,换热也就可以更充分,换热性能更好。本文利用氮气作为直接接触制冰系统的低温介质进行了制冰实验,分析了流量、流速、温度等因素对系统换热性能和冰堵的影响。     

Numerical simulation of tissue freezing by liquid nitrogen based cryoprobe

A model is presented to simulate the cooling processes during tumor cryosurgery with different kinds of flows through the cryoprobe. The heat flux between the cryoprobe wall and the tumor, the heat transfer coefficient under different inflow conditions are obtained numerically. The impact of the inlet mass flow rate, gas volume fraction on these parameters is investigated. It is found that the heat transfer coefficient decreased significantly when inflow changed from two-phase annular flow to droplet flow, and to gas flow. The inlet gas volume fraction and flow velocity only significantly affect the freezing ability of the probe when the inflow is gas or in droplet phase. Simulation of the tumor temperature profiles under different flow conditions show that the heat transfer coefficient is a crucial parameter in temperature prediction during cryosurgery. Results indicate that when the cryoprobe wall is assumed at a constant temperature conventionally, the cooling effect could be overestimated. It would be more reasonable to use the constant wall heat transfer coefficient to simulate the cooling progress under a specific flow.     

大冷量相变喷雾冷却的实验研究

相变喷雾冷却具有很高的换热效率和临界热流密度,为了获得大冷量相变喷雾冷却特性,文中设计并搭建了开式喷雾冷却性能实验台,采用R22制冷剂开展了大热流密度喷雾冷却特性的实验研究,详细研究了不同喷嘴入口压力、不同喷雾高度以及不同加热功率下R22的喷雾相变冷却效果。实验结果的分析表明:采用R22时最高热流密度可达到150W.cm-2,其对应的被冷却表面温度为-29.0℃,具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点;实验还从一定程度上揭示了喷嘴高度和喷嘴入口压力对R22喷雾冷却效果的影响。     

竖直微槽道内沸腾换热CHF实验研究

对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。文中对矩形微槽道中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同尺寸(0.15mm;0.4mm;1mm)微槽道中,在较大范围的面积质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。实验过程中发现,达到CHF时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明:CHF随质量流量的增加而增加;进口过冷度对CHF没有明显影响;CHF随着出口干度的增加而降低。