扭曲流道内混沌对流及传热特性研究

采用数值方法对两种扭曲流道(平面流道和曲面流道)进行了研究,分析了扭曲流道和平直流道在雷诺数处于20～1 000范围内时的混沌对流、传热和流阻特性,对比了流道的综合传热性能。结果表明：两种扭曲流道具有混沌特征,雷诺数越大,混沌对流强度越高;流道的传热性能随着雷诺数增大而提高,平面流道传热略优于曲面流道,显著优于平直流道;流道的摩擦系数与雷诺数近似成反比,两种扭曲流道摩擦系数均高于平直流道,曲面流道略低于平面流道。不同流道的综合传热性能在不同的雷诺数范围下具有优势,当雷诺数取1 000时,曲面流道强化传热评价指标值约为1.55,比平面流道高约4.3%,曲面流道倾向于在较高的雷诺数下取得更好的综合性能。     

准逆流平板膜接触器流道内流体流动与传热模拟

研究了具有准逆流特征的六边形平板膜接触器流道内流体流动与传热特性。选择平板膜接触器内两块膜之间的流道和流道内的流体作为研究对象,建立相应的物理模型和表征流体流动与传热的控制方程,再通过计算流体软件fluent对控制方程进行离散和求解,得到计算单元内流体流动的f Re数、平均努塞尔数Nu_m,分析在不同的流道内不同流体的流动和传热特征。研究结果对用于液体空气加湿或除湿的准逆流平板膜接触器的性能评估和结构设计与优化提供参考。     

双级轴流泵内部三维紊动流场CFD分析

双级轴流泵可用作船舶的推进装置,具有推进效率高、抗空化能力强、工作平稳、噪声低等优点。采用标准k-ε紊流模型和SIMPLEC算法,对双级轴流泵内360°全流道的三维紊动流场的速度和压力分布进行数值模拟计算,并对装置的性能进行预估。计算结果与试验数据的比较表明:所采用的紊流模型和数值方法可用来描述实际流动现象。     

小尺度涡流发生器强化传热机理的研究

在矩形槽道内布置了不同高度的小尺度涡流发生器,采用湍流模型对流体在其中的流动与传热特性进行了数值模拟,并对流体在槽道中的传热和流动特性进行了对比研究.分析了小尺度涡流发生器诱导涡的特性及其对湍流相干结构的影响与作用,讨论了湍流相干结构对温度场的作用机理,解释了涡流发生器强化换热的机理.     

印刷电路板式熔盐氦气换热器热工水力特性研究

印刷电路板换热器换热性能好,结构紧凑,在核反应堆发电领域极具潜力.本文研究对象是应用于钍基熔盐堆的熔盐氦气中间换热器,文中采用数值模拟的方法,研究了Z型流道的熔盐-氦气印刷电路板换热器的传热和阻力特性。计算当量直径为0.922 mm的流道结构的熔盐侧的总的压降因子f与Nu,与经验公式进行对比,结果基本吻合;然后对流道进行优化,对比不同结构流道对流动和传热的影响,经过综合传热特性的比较,最终选用当量直径为1.83 mm,特征角为15°的流道结构,拟合出该结构下的Nu和f关于Re的经验关联式。     

用谱方法数值模拟槽道内的气固两相流动

在数值模拟领域内,谱方法具有收敛快、分辨率高和精度高的优点．谱方法处理边界方便,随着数值方法的改善和计算机的发展,它在数值模拟中的作用愈加重要．这里采用谱方法数值求解三维Ｎ—Ｓ方程,用这一方法计算了直槽道内流体的流动．计算得到的层流和湍流结果与理论结果符合地较好．在此基础之上进一步模拟了几种不同槽道内的三维粘性流体层流流动,特别在弯曲槽道内的流动计算中,发展了源项处理方法,正确地反映了弯曲固壁对流体流动的影响．通过对湍流计算获得的脉动速度场的统计可以得到湍流运动的许多统计量,正确地反映了湍流运动的特征,说明可以用模拟得到的流场来代替真实的流场．进行了气固两相流动的研究,由直接模拟得到的流体瞬时速度场对固体粒子的作用进行了粒子运动的模拟计算,得到了颗粒在真实流场中运动的浓度,轨道等有用信息和运动特性,得到了令人鼓舞的结果．     

基于基液连续假设的大体系Cu-H2O纳米流体输运特性的模拟研究

分子动力学模拟是研究纳米流体的输运特性的重要手段, 但计算量庞大. 为研究能体现流动传热过程的大体系纳米流体的输运特性, 本文对基液采用连续介质假设, 将基液的势能拟合在纳米团簇的势能中, 大幅度减小了计算量, 使得大体系输运特性的模拟成为可能, 且模拟结果与多组实验结果吻合较好. 采用此方法模拟研究了速度梯度剪切对Cu-H₂O纳米流体颗粒聚集过程和聚集特性的影响, 进而对Cu-H₂O纳米流体在流动传热过程中的热导率和黏度进行了模拟计算, 定量揭示了宏观流动传热过程中不同的速度梯度、速度、平均温度和温度梯度对于Cu-H₂O纳米流体热导率和黏度的影响.     

纵流壳程换热器壳程近壁区流场和温度场数值研究

对新型纵流壳程换热器壳程近壁局部区域的流场和温度场进行了数值模拟研究,总结了换热器横截面内各换热管壁面对流传热系数与换热管距壳体轴心距离的关系,分析了近壁区域非规则流道内流体对流传热系数较壳体中心主流区内规则流道大的原因,为换热器壳程内关键局部区域流体流动和传热状况的改善以及进一步的结构优化提供了直观依据.提出的纵流壳程换热器周期性全截面计算模型,为发现和解决换热器中与局部位置流体流动和传热细节相关的深层次问题提供了良好的辅助手段.     

基于真实流道的电解质膜除湿三维建模研究

由于结构紧凑、易操作、环保等优点,电解质膜除湿系统引起了众多学者的关注。但以往理论建模多为基于理想化矩形空气流道的1D或2D稳态模型;而实际系统中空气流道不规则且流动不稳定。本文利用Comsol Multiphysics软件,构建了基于真实流道结构的除湿组件三维模型,并对除湿过程起始阶段模拟计算。通过与实验比较,该模型计算结果与实际运行中空气流道内的速度及温湿度场分布吻合度较高。由模拟结果可知导流柱结构的存在会导致空气流动特性的改变,使得靠近空气出口处温度最高、湿度最低,同时,空气流道内的温湿度分布与空气流道结构密切相关。该研究可成功模拟电解质膜除湿过程中真实流道内的不稳定流动及温、湿度特性,有效地提高了这一系统性能的预测精度。     

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。