微通道冷板换热及流阻特性计算与结构优化

设计了一种适用于阵列多芯片冷却的微通道液冷冷板。对冷板进行数值分析,研究矩形截面的高宽比对冷板的换热和流阻特性的影响。选择最优矩形截面高宽比的冷板,并对其进行流道结构优化,改善其流阻性能。结果表明,矩形截面当量直径固定时,摩擦阻力系数f和努塞尔数Nu随着矩形截面高宽比变大而增加;当高宽比在2～4之间时,冷板有较好的换热及流动性能;优化流道截面尺寸、弯角半径和出口流道形式后,冷板表现出良好的低压降传热特性,实现有效散热及满足压降要求。     

高温下平直翅片管传热与阻力特性的数值研究

本文通过数值模拟方法对平直翅片管燃气侧在高温和常温两种不同环境中传热与阻力特性进行了对比研究。数值模拟结果表明,燃气进口温度对Nu数影响较大,温差对阻力系数f影响较大,辐射对Nu数影响较大,对阻力系数f影响很小。高温换热器用平直翅片管的传热与阻力特性不同于常温条件下的平直翅片管,在热力设计中平直翅片管常温下的传热与阻力规律不能直接推广到高温环境。     

波节管氦气流动与传热特性数值模拟研究

本文针对高温氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。比较模拟计算和经验公式的结果,两者基本吻合。比较了Nu和f在波节管和光管中的变化规律,同时,分析了波节管的局部Nu和局部壁面剪切应力τ_w沿壁面的变化规律。数值模拟结果表明相同工况下波节管的Nu大于光管,说明波节管具有较强的强化换热能力,同时,波节管的f也有一定增加,但波节管总体性能优于光管。在较大雷诺数下,波节管具有更佳综合性能。     

涡产生器形状对圆管管翅式换热器传热及阻力的影响

为了研究涡产生器形状对圆管管翅式换热器传热及阻力的影响,本文采用数值模拟的方法分析了具有相同底边长度及相同面积的三角形、矩形及梯形涡产生器对换热器传热及阻力性能的影响。结果表明,在相同Re数下,与平直翅片换热器相比,安装三角形涡产生器,Nu和f都增大的最多,安装矩形涡产生器,Nu和f都增加的最少。并且本文以强化传热因子JF作为评价准则,得出三角形涡产生器能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

微通道换热器流动和传热特性的研究

通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。     

内置扭带波纹管内熔盐传热特性数值研究

本文针对熔融盐吸热器传热与流动特性进行了深入的理论研讨与分析,对于太阳能热发电系统中吸热器传热过程中高辐射热流密度的特点,设计并建立内置扭带波纹管物理模型,采用RNG k-ε模型,对内置扭带的波纹管内熔盐传热特性进行数值模拟。分析了集热管轴向速度分布和横向截面二次流速和温度分布,对比了不同管型的集热管内换热效果和阻力系数f。研究结果表明:在入口雷诺数Re为12000~35000的范围内,相比圆管和普通波纹管,Nu均有提高,且随Re的增加呈递增趋势;普通波纹管和内置扭带的波纹管的阻力系数f都随着Re的增加呈递减趋势,相比于圆管,波纹管和内置扭带波纹管的f分别提高了282.3%~354.9%和1154.4%~1339.0%。     

基于共轭传热的百叶窗翅片换热器操作参数优化设计

在共轭传热的基础上,利用三维数值分析软件对百叶窗翅片换热器操作参数进行优化设计,从1000个样本点中选出使Nu数最大、阻力因子f最小的最优工况点:进口速度3.5 m/s、进口温度303.12 K、扁管温度为336.14 K。此时阻力因子f为0.61353、Nu数为46.46。与原工况相比阻力因子f减小17.73%,Nu数提高31.05%。     

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%.     

氦液化器内纯化器实验与模拟研究

利用内纯化器实验平台,对氦氮混合气体及氦氧混合气体进行了纯化实验,根据实验结果计算出换热器UA随着压力及气体组分的变化,分析冷凝液膜的变化及对内纯化器换热性能的影响;建立全尺寸冷凝换热器模型,增加氦气-空气混合气体,进行模拟计算,得到管内外流体温度场分布,计算UA值的变化并与实验结果对比,进一步计算了管外流体Nu数、Pr数及Re数的变化,并和利用传热科伯因子法计算得到的Nu数相比较,发现在内纯化器冷凝换热器设计中存在的问题及改进的方向。     

正弦波微通道PCHE中超临界LNG流动换热研究

超临界LNG在正弦波微通道印刷电路板式换热器中流动换热时,因物性在拟临界点附近剧烈变化和涡流剪切作用的影响使流动换热过程更为复杂。采用数值模拟方法研究了在6组振幅模型下不同流量时各节距处Nu数、摩阻因子f、对流换热系数h、压降△P及综合换热性能评价因子PEC的变化规律,并提出面协同角概念来分析局部流动换热机理。结果发现:沿流向Nu数先上升后下降,峰值在拟临界点附近出现;由于湍流强度的增大,△P和h随流量的增大而提高;振幅和流量一定程度的增大有利于综合换热效果提升;相比于直流道,由于涡流剪切作用的增强,流体边界层变薄,速度/温度场协同性与流道曲率(振幅)呈正相关,速度/压力场协同性与流道曲率(振幅)呈负相关。     

翅片管式熔盐—气体换热器传热性能的实验研究

对一台翅片管式熔盐-气体换热器进行了传热性能实验。实验热介质为混合硝酸盐,冷却介质为空气。利用修正的威尔逊法获得了熔盐在空气冷却边界条件下的管内流动传热准则关系式,该关系式适用于2378Re12075,10.5Pr11。本文对换热器传热过程中的热阻进行了对比分析,分析结果表明,管程熔盐的对流传热热阻对该换热器传热性能的影响基本可以忽略不计,翅片管的导热热阻和壳程气体的对流传热热阻是影响该换热器性能的两个重要影响因素,并且随着气体流速和换热系数的提高,翅片的导热热阻将会逐渐成为影响换热器性能的最主要因素。     

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。     

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。     

新型螺旋梅花形孔板换热器热力性能仿真计算

依据涡旋流动强化传热技术,变传统直流道的梅花形支撑孔板为螺旋流道的梅花形支撑孔板,进而设计出一种新型螺旋梅花形孔板换热器,建立了相应的数学模型,并对其传热与流动特性进行了仿真计算。通过与梅花形孔板换热器的对比分析,展示了新型换热器壳程强化换热机理,并进一步探索了螺旋流道的螺旋角对新型换热器的影响。计算结果表明:在研究范围内,新型换热器壳程平均对流换热系数高于传统换热器,但同时壳程压降也相对应增加,在一定雷诺数范围内新型换热器综合性能参数优于传统换热器。当螺旋角为27°、雷诺数小于19672时,其综合性能比传统换热器较佳;探究了不同螺旋角的影响,发现螺旋角越大,新型换热器压降越大,同时换热能力也越强。     

三叶孔板换热器壳程流体流动和传热研究

三叶孔支撑板是广泛应用于核电站换热器中的一种管束支撑结构,其性能的好坏对核电厂的运行及安全有着重要的影响。文中运用"单元流道"模型,分析了流道内流动和传热的细观特性,研究了三叶孔支撑板换热器中开孔高度、支撑板间距和壳程流量对传热、压降的影响。结果表明,三叶孔支撑板换热器的性能随开孔高度和支撑板间距的增加而增加,随壳程流量的增加而降低。     

印刷电路板通道的高温传热和阻力特性研究

印刷电路板换热器是超高温气冷堆等高温能量利用与回收领域中极具潜力的备选强化传热技术之一,本文通过数值模拟方法对典型Z字形印刷电路板(PCHE)传热通道的传热和阻力特性开展了相关研究。计算结果表明:层流模型可以较好地获得Z字形PCHE通道的阻力和传热性能,Z字形PCHE通道的阻力系数大于半圆管直通道的阻力系数;当热侧和冷侧通道流体入口温度均不发生改变时,增加两侧流体的质量流量,通道内的阻力系数随之减小,传热效率也稍微减小;当两侧流量及冷侧入口温度均不发生改变时,提高热侧通道入口温度,通道内阻力系数成线性增大,传热效率也随之提高。     

叉流式新风换热器数值模拟

换热器是新风系统的核心部件,以某品牌新风换热器为模型,对该换热器进行数值模型,分析换热过程中换热和流动特性,以及流速、流道高度对换热性能的影响。建立不同流道高度时新风侧温差、压差、努塞尔数、阻力系数、综合传热性能因子随速度的变化关系。发现在换热器内存在"换热死区",随速度增加"换热死区"范围增大,在流速0.5m/s～1.6m/s、流道高度3mm～5mm范围内,增加流速可提高换热能力、减小阻力系数,但压降同样增加;相同速度时,提高流道高度不仅提高了换热性能,还减小了压降。     

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.     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

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。