不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。     

基于(火积)耗散极值原理的管外流场优化

本文基于(火积)耗散极值原理得到了对流传热的优化场协同方程,用Fluent数值模拟求解层流状态下的管外流动换热的优化流场。得到了管外流动的优化速度场为多纵向涡结构形态,对优化流场进行分析,发现优化流场的综合换热效果远远高于原型流场。通过在管外添加扰流片的方法,来产生带有纵向涡的流场,达到优化管外流动传热的目的。数值模拟结果表明,添加扰流片在一定程度上可以强化管外对流换热。     

纵向涡强化换热的M-Z干涉流动显示技术

本文采用M-Z干涉测量的方法,研究了半三角形翼片纵向涡发生器强化换热方案对矩形通道内气体流动换热的影响,获得了安装纵向涡发生器前后对流换热温度场的M-Z干涉图像.通过对实验获得的干涉图像进行分析处理,表明安装纵向涡发生器后,通道内入口段流动的热边界层明显变薄,反映了纵向涡对流动换热的强化作用,验证了将M-Z干涉测量方法应用于纵向涡强化换热研究的可行性.     

纵向涡强化换热特性及机理分析

本文在尼Re=190～1125范围内对两种不同形状纵向涡发生器(矩形、三角形)以两种不同方式(渐缩式、渐扩式)布置于平行通道内的流动换热特性进行了三维数值模拟研究,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析.结果表明:纵向涡使通道换热得到很大提高,通道平均Num数最大可提高46%.比较了通道性能评价指标(Num/Num0)/(f/f0),综合性能三角翼优于矩形翼,对于三角翼布置方式不同对综合性能影响不大,对于矩形翼渐扩方式布置优于渐缩方式.纵向涡使速度与温度梯度的平均夹角减小,通道中流场和温度场协同程度得到改善.     

狭窄通道湍流纵向涡强化换热实验和数值研究

本文采用实验的方法,研究了单面加热矩形狭窄通道内,翼片型纵向涡发生器对流动换热的强化作用.在此基础上,应用大涡模拟的方法对通道内的瞬态流场及其对壁面对流换热的影响进行了研究,并将数值模拟与实验进行了比较.结果表明,通过添加翼片可以在流动中产生涡流,强化壁面边界层与流体的物质和能量交换,并验证了将大涡模拟应用于纵向涡强化换热研究的可行性.     

不连续双斜内肋管的管外换热性能

实验和数值研究了不连续双斜内肋管管外的换热性能.在不连续双斜内肋管管外倾斜凹坑的作用下,不连续双斜内肋管和光滑圆管组成的套管内出现了纵向涡流动,雷诺数为30000~90000时比光滑套管换热增强50%,阻力增加60%～70%.     

窄间隙矩形通道内纵向涡发生器间距的数值优化

强化换热在很多领域都有十分重要的应用,引起了人们的广泛关注.在换热表面上周期性地安装纵向涡发生器可以使流动区域产生纵向涡从而能够增强换热,本文采用CFX10.0对一侧安装纵向涡发生器的窄间隙矩形通道进行数值模拟,分析了在不同的Re数下,纵向涡发生器的间距对三维稳态流动和传热性能的影响,通过对综合换热因子j/f以及 出口温度和进出口压降的分析,获得安装间距的优化结果X=30～45.     

最小煅耗优化在椭圆管换热中的应用

本文以(?)耗最小作为目标,以流动过程中的功率消耗一定作为约束条件,结合能量守恒方程和质量守恒方程得到了对流换热的优化场方程。通过数值计算,对优化场方程下的椭圆管对流换热问题进行了研究。结果表明,椭圆管优化速度场为多纵向涡结构,在这种优化场下换热能力增加的幅度远大于阻力增加的幅度,证明了以(?)耗最小作为目标的优化理论能够用于指导强化换热元件的设计。     

带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器数值分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器和圆管翅片换热器的空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.结果表明,在模拟的流速范围内,与圆管翅片换热器相比,带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器的换热效果Num平均强化了32.4%,其综合换热性能(Nu/f)提高了28.93%,明显好于圆管翅片换热器.纵向涡强化换热的内在机理可以用场协同原理进行解释,它改善了速度场和温度场的协同,使全场的速度和温度梯度之间的夹角减小.     

不连续双斜向内肋管纵向涡流动显示

利用染色线流动显示方法,显示并分析了不同雷诺数下不连续双斜向内肋管管内流场。流动显示实验结果表明不连续双斜向内肋管管内存在较强的贴近壁面的纵向涡,纵向涡沿流向可持续约一倍管径距离,并且纵向涡的强度随雷诺数的增加而增强。     

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.     

带有纵向涡发生器的翅片管的流动与传热数值研究

用三维数值的研究方法对带有纵向涡发生器的翅片管流动和传热进行了数值研究。研究发现,使用了45°冲角的矩形小翼纵向涡发生器可以使得翅片管的传热增加10.4-24.6%,同时相应的压力损失增加30.5-57.2%。研究了不同的冲角(a=30,45,60)对于管翅间换热和流动的影响,结果显示冲角为30°时效果最好。     

对称槽道涡波流场流动特征的POD分析

为深入分析层流状态下对称槽道内涡波流场的流动特性及其变化规律,对流场进行了二维粒子图像测速(2DPIV)测量获取瞬态速度矢量数据,利用本征正交分解(POD)技术进行模态分解以及涡波流场的重构,然后根据重构的流场对对称槽道内涡波流场进行了平均速度剖面、流场脉动强度以及特征点的速度和频谱分布等方面的分析。结果表明:POD的前15阶模态能够表征涡波流场的主导结构,第1,3阶模态主要表现为一对旋向相反的涡对特征,第2阶模态具有涡旋和波状主流的特征;提取了5个涡旋涡核的位置作为流场流动特性的特征点;根据POD重构流场分析发现流向平均速度呈抛物线形状分布,法向平均速度呈对称分布特征;流向脉动强度受壁面的影响较大,法向脉动强度呈现抛物线形状分布;距离中心主流较近的1#,4#,5#特征点的速度脉动程度受主流的脉动强度影响较大,速度的脉动主频0.15 Hz与次频、流场的自然频率0.35 Hz共同影响特征点的速度分布;2#,3#特征点的流向速度呈衰减趋势,法向速度在初期幅度变化较大。     

A numerical analysis on flow field and heat transfer by interaction between a pair of vortices in rectangular channel flow

This paper is a numerical study of the effect of flow field and heat transfer created by interactions between a pair of vortices generated by a vortex generator in a rectangular channel flow. In order to analyze the vortices produced by the vortex generator, the pseudo-compressibility method is introduced into the Navier–Strokes (NS) equation of a three-dimensional unsteady, incompressible viscous flow. A two-layer k–ε turbulence model is used on the flat plate three-dimensional turbulence boundary to predict the turbulence characteristics of the vortices. The computational results accurately predict the vortex characteristics, which are related to Reynolds stress, turbulent kinetic energy, and flow field. Also, in the prediction of thermal boundary layers, skin friction characteristics, and heat transfers, the present results are reasonably close to the experimental results obtained by other researchers.     

斜向流换热器壳程流场均匀化研究

传统弓形折流板换热器壳程流体横向流动时存在流动阻力和传热死区大等缺点。为克服上述不足,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,采用导向型折流栅替代传统弓形折流板,倾斜流道内流体斜向冲刷换热管束。考察和对比了斜向流换热器和弓形折流板换热器壳程主流区的流体流速分布和变化规律,证实了导向型折流栅具有显著的控涡均化壳程流场和提高壳程流体整体流速的作用,有助于减小壳程压降,增大有效换热面积,为管壳式换热器结构改良提供了参考依据。     

层流场协同方程的验证及其性质

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程。场协同方程的意义在于能够求解一定边界条件所对应的最佳速度场,从而实现最优的传热效果。本文采用二维方腔内空气的层流对流换热模型,通过将最佳速度场与其它流场的换热结果进行比较,初步验证了场协同方程的正确性,并对场协同方程的优化过程和原理进行了深入的分析。     

Effects of fin pitch and tube diameter on the air-side performance of tube bank fin heat exchanger with the fins punched plane and curved rectangular vortex generators

Tube bank fin heat exchangers with vortex generators are widely used in the field of industrial applications. The effects of the fin pitch and the tube diameter on the air-side performance of the tube bank fin heat exchanger with plane rectangular vortex generators (PRVG) and curved rectangular vortex generators (CRVG) are experimentally studied in this paper. Performance comparison is carried out between the fins with PRVG and CRVG. The experimental results show that both PRVG and CRVG can effectively enhance heat transfer performance compared with the plain fin. Both the fin pitch and the tube diameter have obvious effect on f compared with the effect on Nu, especially for the fin with PRVG. The characteristics of Nu, f, and Nu/f^1/3 are different for the fins with PRVG and CRVG. The fin with CRVG has a better heat transfer performance than the fin with PRVG for all the cases studied in this paper.     

Analysis of heat transfer and nanofluid fluid flow in microchannels with trapezoidal,rectangular and triangular shaped ribs

In the present study, the effect of triangular, rectangular and trapezoidal ribs on the laminar heat transfer of water-Ag nanofluid in a ribbed triangular channel under a constant heat flux was numerically studied using finite volume method. Height and width of ribs have been assumed to be fixed in order to study the effect of different rib forms. Modeling were performed for laminar flow (Re=1, 50 and 100) and nanofluid volume fractions of 0, 2% and 4%. The results indicated that an increase in volume fraction of solid nanoparticle leads to convectional heat transfer coefficient enhancement of the cooling fluid, whereas increasing the Nusselt number results in a loss of friction coefficient and pressure. Also, along with the fluid velocity increment, there will be an optimal proportion between heat and hydrodynamic transfer behavior which optimizes performance evaluation criteria (PEC) behavior. Among all of the investigated rib forms, the rectangular one made the most changes in the streamlines and the triangular form has the best thermal performance evaluation criteria values. For all studied Reynold numbers, heat transfer values are least for rectangular rib from. Therefore, trapezoidal ribs are recommended in high Reynold numbers.