基于纳米磁流体微通道内流动换热性能研究

为探究磁场强度和肋片高度对微通道内Fe₃O₄-H₂O纳米磁流体流动换热性能的影响,采用数值模拟的方法,以开放式间断微通道热沉为研究对象,在雷诺数为200到500之间展开数值模拟研究,模拟微通道内流体工质流动换热过程。结果表明：进出口压降随雷诺数的增大而增大,且随着磁场强度的增大,压降的增大趋势愈显著;微通道的换热性能随着磁场强度的增大,呈现出先增大后减小的趋势;通过增加肋片高度,可以有效的提高热沉的传热性能。研究发现,开放型微通道综合换热性能优于封闭型,在所研究的参数范围内,微通道肋片高度达到0.9 mm时,综合换热性能和均温性最佳。     

常温与低温下波纹翅片流动传热性能模拟研究

低温换热器是低温系统中的关键设备,对系统性能有着直接影响。翅片作为换热器的核心部件,其结构很大程度上决定了换热性能。采用数值模拟方法,对低温氦气在波纹翅片通道内的流动换热特性进行研究,模拟了不同工况对翅片性能的影响,并且分析了低温与常温下波纹振幅以及波长对翅片性能的影响程度。结果表明:低温工况下,氦气在波纹翅片通道内的传热性能优于常温工况,且随着雷诺数的增大,这种差异更明显,而阻力特性在这两种工况下无明显变化;随着波长的减小和振幅的增大,j、f因子均增大;低温下,随着振幅及波长的增大,其换热阻力特性的变化幅度与常温下相比逐渐降低。     

翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响

基于某车用空调多元平行流蒸发器,以平行流蒸发器的百叶窗翅片为研究对象,利用ANSYS 15.0软件对百叶窗翅片模型进行数值模拟,研究探索百叶窗翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响,并分别对其五种结构在不同雷诺数Re_(LP)时的传热与流动性能进行了综合评价分析。将数值模拟结果与经验关联式进行对比,传热因子j与阻力特性f因子的最大误差分别为12.16%和5.29%,满足实际工程误差允许范围。结果表明:在雷诺数ReLP不变时,换热系数与压降均随着百叶窗翅片厚度的增加而增大;采用综合评价因子j/f~(1/3)分析得出,A型结构翅片综合性能最好,能够有效强化空气侧换热、提高系统的换热能力,其研究结果可为百叶窗翅片结构优化提供参考依据。     

微通道-微槽群中间换热器特性实验研究

 对用于固体激光介质冷却的组合式中间换热器的流动与传热特性进行了实验研究。实验研究结果表明：努塞尔数随雷诺数的增加而增加，总热阻随微通道侧蒸馏水流量的增加而减小，总换热量随微通道侧蒸馏水流量的增加而增加，且换热器的传热系数可以达到1.5×104 W/(m²·K)，总热阻小于0.3 K/W，能较好地解决当前固体激光介质冷却系统中间换热器所存在的问题。     

DN板通道传热阻力特性的实验和数值研究

本文分别采用了实验和数值模拟两种方法对DN板通道的阻力特性和传热特性进行了研究。本文的实验采用了稳态实验法,数值模拟分别采用了三种典型的湍流模型(LBKE、SKE和SST)。结果显示,平均努塞尔数Nu随雷诺数Re增大而增大;表面换热因子j和阻力系数f随雷诺数Re的增大而增大。拟合得到了该型DN板的传热阻力特性关联式。同时,对数值模拟结果和实验结果进行了对比分析,对比发现,当Re2000时,三种模型对DN板换热能力和摩擦阻力的预测值均偏高;当Re2000时,LBKE模型和SST模型对DN板的换热预测值与实验值吻合较好,但三种模型对DN板通道摩擦阻力系数的预测值均偏低。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明:对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

波纹通道换热特性的三维数值研究和场协同分析

应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,对顺人字组合及软硬板组合波纹通道内三维稳态湍流流场进行了数值模拟,定量计算了不同流动速度和不同结构参数下波纹通道的传热因子j和摩擦系数f,得到了波纹通道换热与流动阻力随波纹夹角β及波纹密度λ/h的变化规律,进而对波纹通道进行了整体性能评价,并从场协同理论角度,分析了波纹通道强化换热的机理。     

入口节流微通道换热器内相变传热特性

设计加工一种带有入口节流结构的铜基微通道换热器,理论分析其传热模型、实验测量微通道换热器内相变换热的传热特性和压力特性。结果表明:换热器内部的热传递过程为其主要换热模式;换热器表面温度随加热热流密度的增大而增大;微通道入口流速对表面温度影响较小;入口工质过冷度线性影响换热器的表面温度。热流密度在不同阶段对换热系数有不同影响,热流密度为360 W/cm~2时,换热器换热系数出现最大值;换热器压降随热流密度和系统流速的增加而增大。     

油基钻屑螺纹推进式换热器流动传热特性

对油基钻屑在螺纹推进式换热器内的流动换热过程进行了数值模拟,研究了螺杆转速、油基钻屑雷诺数Re和螺纹截面形状对流动换热的影响。结果表明:随着螺杆转速增加,传热系数、油基钻屑出口温度均增大;同时发现,当雷诺数Re<250时,壳侧Nusselt数随雷诺数Re增大而迅速增大,此后雷诺数对Nusselt数影响较小;Nusselt数随曲率比d_i/D增大而增大。为方便工程设计,利用数值结果给出了油基钻屑的流动换热关系式。     

流向对管束外混合对流影响的数值模拟

用格子玻尔兹曼方法对微圆管管束外混合对流的换热情况进行了数值模拟研究。在充分验证程序正确性的基础上,对混合流动绕流时不同壳侧进液角度,不同雷诺数Re以及瑞利数Ra等方面对传热的影响进行模拟研究,对衡量传热效果的Nu数及温度场进行了对比,总结出了换热规律。为高效微管换热器的开发提供了理论指导。     

Study on Heat Transfer Performance of Skin Heat Exchanger

Cooling technology is facing new challenges with the increase of electronic equipment power onboard aircraft. The traditional heat sink based on high-altitude bleed air does not satisfy this increase of cooling demands. In this article, an air/air-type skin heat exchanger is studied for cooling aircraft electronic equipment. It uses outside high-altitude cold air rather than bleed air as a heat sink. This cooling technology can effectively remove the heat load of high-power electronic devices without greatly increasing aircraft performance penalty. To assess its high-altitude heat transfer performance, an experimental prototype was designed and made. Some experiments were conducted on a ground experimental test. The heat transfer criteria formulas were obtained for both the side air in the skin heat exchanger and its convective heat transfer coefficients. Based on these experimental analyses, the heat transfer performances of the skin heat exchanger in a high-altitude cruise condition are deduced when it is assumed to be installed at an unfavorable position and a favorable position, separately. This work tries to provide a technical support for its future onboard application.     

热交换器表面镀层对传热性能的影响

采用化学镀的方法对热交换器表面进行表面改性,使其换热表面沉积一层表面能不同的均匀镀层。传热实验表明,随着磷含量的增大,凝结传热系数增大。进一步可视化实验研究表明,镀层换热表面均表现为珠膜共存状态,增大镀层的磷含量,换热表面促进珠状凝结的效果更加明显。这归于镀层降低了传热表面的表面能值。     

分离式热管换热器传热特性的实验研究

本文在自行设计分离式热管实验装置的基础上,对其传热特性进行了实验研究。其工作温度为170～250℃,热流密度为25～50 kW/m~2。蒸发段和冷凝段构成相同,均是由7根直径30 mm的无缝钢管短管束组成,管长为160 mm,带有紧套的钢帛环形肋片结构尺寸为:外径45 mm、厚1 mm、片间距4 mm。实验结果表明,在本实验条件下,分离式热管的最佳充液率按管束总容量计为18%～38%。根据实验结果拟合了最佳充液率(24%)下蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷凝段内部凝结换热努塞尔数综合关系式。     

二维变几何域下的表面热流反演

采用共轭梯度法,给出二维变几何域下的热流反演算法,并对算法的有效性和稳定性进行验证.结果显示:测点数目对反演结果有较大影响,测点数目的选取和热流的空间变化剧烈程度有关;反演初值的选取对反演结果,尤其是末时段,会有较大影响,应尽可能选择传热过程末时刻热流作为反演初值.     

A Three-Terminal Quantum Well Heat Engine with Heat Leakage

We propose a model for a three-terminal quantum well heat engine with heat leakage. According to the Landauer formula, the expressions for the charge current, the heat current, the power output and the efficiency are derived in the linear-response regime. The curves of the power output and the efficiency versus the positions of energy levels and the bias voltage are plotted by numerical calculation. Moreover, we obtain the maximum power output and the corresponding efficiency, and analyze the influence of the heat leakage factor, the positions of energy levels and the bias voltage on these performance parameters.     

移动式间隔蓄热器的蓄放热特性分析

通过FLUENT软件对不同布置方式的蓄热器进行数值模拟,结果表明,采用间隔式蓄热器会使蓄热器的材料温度更高,前中期蓄放热速率更快;但存在很明显的区域不均匀的现象:具体表现为中心区域要较其他区域反应速率更快,温升明显更高.从模拟结果来看,此种布置方法虽然一定程度上节省了余热资源,但由于区域反应的不平衡,致使总反应时间滞后.将模拟所得到的数据整理结合云图分析出现"类死区现象的原因",并在此基础上进行优化.具体优化方法主要有两个方面:改变肋片的几何构型、改变肋片的布置方式;另一方面在蓄热器的边璧区域使用导热系数更高的蓄热材料.通过对优化后蓄热器的蓄放热速率与优化前相比,发现蓄热器中出现的"类死区"的区域在优化后蓄放热性能均得到了很大的增强,蓄放热总时间分别减少了19.4％.     

不同金属材料在不同热源加热下的热传导研究

本文分别采用酒精灯火焰和CO_2激光器发射的波长为10.6μm的红外线对铜、铝、铁正入射加热,用DIS信息化系统测量各种情况下的温升情况。通过实验发现采用CO_2激光器发射的波长为10.6μm的红外线正入射加热时铝、铁出现反常温升现象,从理论上进行分析得到了正确的解释。     

低品位烟气余热回收换热器热力学分析

低品位烟气余热回收过程存在冷凝现象,烟气的放热过程分为显热、潜热两部分。冷凝时,局部热流率和熵产率明显增大;增加水蒸气质量分数、冷却水质量流量和降低烟气入口温度都会导致烟气提前冷凝;存在最优冷却水质量流量使得热回收过程熵产数最小。另外,提出热回收效率评价烟气热回收程度,该指标受冷凝的影响很大。随着烟气中蒸汽质量分数的增加,冷凝过程的影响明显增强,因此,在低品位烟气的全热回收中必须考虑潜热的影响。     

带有蓄热装置的直膨式太阳能热泵系统的模拟研究

介绍了一种带有相变蓄热装置的直膨式太阳能热泵系统。以青岛天气为例,对该系统的蓄热模式进行数值模拟,得出蓄热装置进出口制冷剂的温度、蓄热材料的液相率随时间的变化,结果表明在太阳能辐射量变化时,该系统的蒸发温度维持25℃左右,系统能够稳定运行;对系统热力学性质进行理论计算得出系统在冷凝温度为70℃时,系统的COP能维持在5.3左右,系统能够高效运行。