方腔内竖直板混合对流换热的数值模拟

对方腔内竖直板的层流混合对流换热进行了数值模拟.结果表明,竖直板处于水平方向两个不同位置时,竖直板背风面的混合对流换热量大于纯自然对流换热量.送风口高度比取0.667、0.767时,竖直板背风面的混合对流换热量大于纯自然对流换热量.当送风口高度比为0.167～0.467、0.767～0.867区间内,流动与换热得到定常解.在送风口高度比大于0.467小于0.767范围内,流动与换热为非定常解.     

倾斜封闭立方腔内多块孤立平板自然对流换热的实验研究

本文研究了平板的相互位置、腔体倾角及Rα数对倾斜封闭立方腔内多块孤立平板自然对流换热的影响．实验查明：在一定Rα数下存在着一个使每块板换热强度相当的间距；平均换热特性对位置很不敏感；平板的换热强度比相同Rα数下的大空间自然对流更弱，且随倾角增加，Nu数随Rα数增加的增长幅度逐渐减慢．     

垂直矩形通道内混合对流的实验研究

通过实验研究了内置均匀加热板的垂直矩形通道入口段混合对流换热的温度场和阻力特性。实验分别针对同向流动和反向流动两种情况进行了研究,其中Re=329-5565,Gr=9．7×105-7．7×106。通过实验得到了矩形通道内混和对流换热的总体平均Nusselt数和压力损失的变化规律。实验表明固体壁面的导热对总体换热具有非常重要的作用。平均Nusselt数随Re的增加而增加; Re<1000时反向流动的Nusselt数大于同向流动时Nusselt数,Re>1800时二者相差很小。压力损失与Re近似为乘幂关系,且随热流密度变化很小。     

入口段协同式翅片强化单相对流换热数值模拟

对二维平行平板通道入口段内设置协同式折流翅片的层流换热和流动特性进行了数值模拟。研究了翅片倾角以及通道长高比L／H对换热和阻力特性的影响。研究的Re数范围为100-1000。在翅片倾角β=0°-21.8°范围内, 通道内平均Nu数随翅片倾角β的增大而单调增大,随通道长度增大而单调减小。如果从相同泵功下强化效果来评价, 则是小倾角翅片较优,并且随Re数增大强化效果减弱。另外,分析表明,场的协同确实与换热率密切相关。     

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。     

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。     

竖直恒温面自然对流边界层不稳定性研究

在无扰动、随机式扰动以及正弦式扰动下,通过对竖直恒温面处状态Ra为1.328×10^9、Pr为6.24的自然对流进行模拟,探索了热边界层的不稳定性和共振强化自然对流换热。结果表明:(1)竖直自然对流边界层上游位置的随机式扰动对热边界层的影响主要体现在稳定阶段;(2)该状态下的竖直自然对流边界层的特征频率为15 067,且相比于无扰动状态,频率为15 067的正弦式扰动能在竖直恒温面处提高5.15%的换热量;(3)在竖直自然对流边界层上游位置加入特征频率的正弦式扰动,竖直恒温面处的局部努塞尔数Nu均出现明显波动,且波动随着边界层高度的增加而增大。     

复合肋套管导热和对流耦合换热的数值模拟

在层流范围内,数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热。结果表明间壁温度沿管长变化 较大且分布呈非线性变化;在通道人口流体内部温度和速度分布呈现层流附面层特征,换热的入口段比例随Re增大而加 大,入口段换热的Nu也随Re增大而加大;换热的Nu随管长增加趋于不变。     

多孔介质方腔内混合对流格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法,对多孔介质方腔内的混合对流现象进行研究.方腔内部中心有一发热圆,径宽比D/L=0.4,冷流体从方腔左下角入口流进,从方腔左上角出口流出,四周壁面绝热.在普朗特数Pr=0.71和格拉晓夫数Gr=1.4×10~4时,分析理查德森数Ri和达西数Da对发热圆表面平均努赛尔数Nu的影响.结果表明:Ri数位于10-3~10范围内,Nu随Ri的增大而减小.Da越大,Ri对Nu的影响越显著;Da数位于10-5~10-2范围内,强制对流占主导的情况下(Ri≤0.1),Nu随着多孔介质的Da的增大而增大.自然对流占主导的情况下(Ri=10),Nu对Da的变化不敏感.     

肋片双面带涡产生器的扁管管片式散热器数值研究

采用数值模拟的方法,研究了流道内上下两肋片均布置有涡产生器的扁管管片式散热板芯的传热与阻力特性,并与流道单面布置涡产生器的换热板芯进行了对比.结果表明,采用双面带涡产生器的肋片表面能在提高Nu的同时,降低流动阻力,换热性能得到了明显的提高,在Re=1500时,平均Nu数提高了8.6%,横向平均Nu最大提高了30%,阻力下降了6.5%.     

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.     

NATURAL CONVECTION FROM A VERTICAL RECTANGULAR FIN

An experimental investigation of steady-state natural convection from vertical rectangular mild steel and aluminum fins was conducted using laser holographic interferometry. Infinite-fringe interferograms demonstrate the effect of fin base heating. Depending on the fin material and base temperature, the local heat transfer coefficients vary along the fin with maximum values at positions about 22-48% of the fin height measured from the base. Temperature measurements along the fin show good agreement with the classical one-dimensional corwective and adiabalic tip solutions. Hence, in the thermal design of vertical aluminum fins of low Biot numbers, the classical one-dimensional fin solutions may be used together with an average heat transfer coefficient obtained from established correlations for natural convection from an isothermal flat plate.     

EFFECTS OF FREE STREAM VELOCITY ON TURBULENT NATURAL CONVECTION FLOW OVER A VERTICAL FORWARD-FACING STEP

Measurements of heat transfer and fluid flow of turbulent boundary-layer air flow in natural and mixed convection over an isothermal two-dimensional, vertical forward-facing step are reported. The upstream and downstream walls and the step itself were heated to a uniform and constant temperature. Air velocity and temperature distributions and their turbulent fluctuations are measured simultaneously using a two-component laser-Doppler velocimeter (LDV) and a cold wire anemometer, respectively. The present study treats buoyancy-dominated mixed convection over a vertical forward-facing step and examines the effect of a small free stream velocity on turbulent natural convection. The experiment was carried out for a step height of 22 mm, for a range of free stream air velocities 0 m/s ? u_∞ ? 0.55 m/s (corresponding to a range of Reynolds numbers of 0 ? Re\abinf{s} ? 712), and a temperature difference, ΔT, of 30°C between the heated walls and the free stream air (corresponding to a local Grashof number Gr_xi = 6.45 × 10¹⁰). It was found that the reattachment length increases while the heat transfer rate from the downstream heated wall decreases as the small free stream velocity increases.     

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。     

EFFECTS OF FREE-STREAM VELOCITY ON TURBULENT NATURAL-CONVECTION FLOW ALONG A VERTICAL PLATE

A detailed measurement of heat transfer and fluid flow of turbulent boundary-layer air flow in natural and mixed convection adjacent to an isothermal vertical flat plate are reported. A cold-wire anemometer and laser Doppler velocimeter were used, respectively, to measure simultaneously the time-mean turbulent temperature and velocity distributions and their turbulent fluctuations. In this experimental study, measurements of the flow and thermal fields were carried out at one streamwise location, x     

具有纵向外肋片的水平复合管外表面自然对流换热的数值计算

为了方便而有效地模拟具有纵向外肋片的水平复合管外表面大空间自然对流换热的数值计算时计算区域外边界条件,本文提出一种新的边界条件处理方式。数值实验表明,用该条件计算的具有恒壁温的水平圆柱外表面自然对流换热数值解与文献中的基准解相比,平均Nu数的误差在0.5％以下。本文在极坐标系下,采用固体区与流体区耦合计算原始变量法,模拟计算了具有纵向外肋片的水平复合管外表面在不同肋片高度和肋片数下的自然对流换热量。数值计算表明,管外布置6个对称的肋片时,在肋片相对高度h/r04.0时,对换热最为有利,对应的肋片管平均肋效率为87.92％;而在相同肋片高度下,布置8个对称的肋片时,换热量最大。     

出口高度对非能动安全壳冷却系统影响

对某大型核反应堆非能动安全壳冷却系统(PCS)中安全壳外部的热环境进行了研究。建立了安全壳外部狭长空间的自然对流换热计算模型,基于Navier-Stokes(N-S)方程进行了求解,同时研究了安全壳出口高度对非能动安全壳冷却系统冷却性能的影响规律。结果表明:在标准大气压下、进口空气温度308.15K时,基准型安全壳按面积加权的出口平均温度为330.33K,引射的冷却空气质量流量为275.85kg/s,冷却空气带走的热量为6160kW;随着安全壳出口高度的增加,安全壳出口质量流量、换热量不断增加,但变化曲线斜率不断降低,最后趋于平缓,同时,衡量冷却空气有效冷却能力的温度效率线性降低,流动损失线性增大,兼顾换热量与流动损失存在一个最优解。     

方形空间内混合对流换热的数值研究

以建筑物内人工环境控制为应用背景,对有对称空气射流的方形空间内混合对流换热进行了数值模拟,探讨了这种具有对称结构的混合对流换热解的分岔问题。数值结果表明,Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、强制通风气流的射流角度、以及方形空间的宽高比都会影响解的分岔。当Ｒｅ数超过某一临界值时,会出现非对称数值解。宽高比减小,出现非对称解的临界Ｒｅ数也随之减小。Ｒｅ数、宽高比一定,仅当通风气流的射流角度在某个范围内时,能够得到非对称的数值解。     

竖直管道内湍流混合对流换热研究

本文对空气在竖直圆管中的湍流混合对流换热进行了实验研究和数值模拟,并对异种气体(氦气)对混合对流换热的影响进行了初步的实验研究。研究发现,空气在竖直圆管中向上流动时,随着热流密度的不断增大,出现换热恶化现象。如果浮升力足够大,则换热效果在降到最低点后又好转。在实验过程中,由于实验条件所限没有发现异种气体对混合对流换热有显著的影响。