三维内肋管换热及流阻的实验研究

一、前言 为使换热设备更加轻小高效,各国学者着力研究了强化传热技术。近年研制出的不少高效传热表面已在空冷、海水淡化、化工、宇航、船舶、动力工程等方面得到应用。 强化管内对流换热的主要手段是促进管内湍流和扩展管内换热面积。R.L.Webb     

强化水平管内沸腾换热的实验研究

一、前言 水平管内沸腾换热的热交换器应用十分广泛。如动力装置中的蒸发器、制冷装置中的干式蒸发器等。为有效地节约能源、减少材料消耗,深入研究强化水平管内沸腾换热及开发高效换热管就成为迫切的需要。水平管内受迫对流沸腾换热,是一复杂的换热过程。采用强化措施后,使得从机理上分析及理论求解异型水平管内对流沸腾换热过程更加困     

纳米流体对流换热的实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数的实验系统,测量了不同粒子体积份额的水-Cu纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数,实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一。综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素,提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式。     

斜翅型冷凝强化换热管传热性能的实验研究

对一种斜翅型外翅片带内螺纹的冷凝强化换热管进行传热性能的实验研究。管外冷凝换热的制冷剂为R134a,管内对流换热的介质为水。分别在定热流密度与定水流速的条件下进行一系列工况的实验,得到相应的实验数据。在定热流密度条件下,利用Wilson图解法得到管内的换热系数数据及相应的计算关联式。在定水流速的条件下,利用分离方法得到管外冷凝换热系数数据及相应的计算关联式。将强化管换热系数数据与光管换热系数的理论计算值进行了比较,结果表明:冷凝强化换热管管内对流换热的强化倍率为2.4,管外凝结换热系数随壁面过冷度的增加而增大,管外凝结换热的强化倍率为:1.78～3.92。     

流体低速绕流振动圆柱对流换热数值研究

运用Fluent的动态网格技术,对空气低速绕流振动圆柱的对流换热进行了研究,分析了流动和振动参数对换热的影响。数值计算表明,在本文计算范围内,壁面振动可使换热强化,最大可强化9倍,换热的强化随振幅和频率的增大而增大。场协同分析表明,圆柱振动强化换热的原因在于速度场和温度梯度场之间的协同程度得到了改善。     

微细管内超临界二氧化碳冷却换热研究

本文对超临界二氧化碳在微细管内冷却对流换热进行数值模拟研究,分析不同流动方向和管径大小对超临界二氧化碳对流换热的影响,考察管内局部流体温度、管壁温度以及无量纲温度分布的变化。湍流模型采用低雷诺数YS模型。研究表明,在LPV范围比较大的截面,超临界二氧化碳局部换热系数达到最大值,同时管内传热受流动方向和管径的影响均较大。     

多纵向涡对管内湍流换热特性影响的数值分析

对多纵向涡对管内湍流换热和流阻特性进行了数值分析。结果表明,多纵向涡可明显强化管内湍流换热,其流阻增加与换热增强相当。在计算范围内管内湍流换热时纵向涡对越多强化效果越好,多纵向涡的尺度应与热边界层厚度相当。同时,管内多纵向涡沿轴向还具有不易衰减的特性,这为多纵向涡的应用提供了方便。     

混合长度理论的改进及其在变物性传热中的应用

根据边界层理论,对管内变物性湍流强制对流换热控制方程组进行简化;并通过考虑湍流输运中的密度脉动,对传统的混合长度湍流模型进行改进,使之能同时适用于常物性流动和变物性流动.基于该计算模型,对管内超临界压力水湍流对流换热特性进行了数值模拟.计算结果表明,本文的计算模型能正确地反映出超临界工况下的变物性对流换热特征,换热系数...     

EHD效应强化管内油的强制对流换热实验

本文以高粘性流体为实验工质,对水平光滑管内油的层流流动换热进行了直流高压电场强化（ＥＨＤ效应）实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热流密度及流动速度,油温等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。验证了高粘性流体在ＥＨＤ效应下,综合换热性能同样有大幅度增加。     

螺旋槽管管内湍流流动与换热的三维数值模拟

利用Fluent对5种不同槽深的螺旋槽管进行了模拟求解,得出了湍流状态下螺旋槽管内流体的速度场和温度场,从微观上说明了螺旋槽管的强化传热机理。分析了槽深对螺旋槽管阻力性能和换热性能的影响。数值计算结果表明,该类螺旋槽管在湍流工况下的平均Nu数大约是光管的1.6—2.1倍,平均阻力系数f大约是光管1.5—4.5倍。与实验数据进行比较发现,数值模拟具有相当的可靠性。     

竖直圆管中超临界压力CO2对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在竖直加热圆管内的对流换热进行了实验研究,比较了不同流向、不同热流密度等对流动和换热的影响。实验结果表明,管内径为2mm时,在低进口Re条件下,由于浮升力影响导致层流向湍流提前转变, 对流换热增强;与向上流动相比,向下流动更易由层流转变为湍流;向下流动的换热要强于向上流动,表明浮升力对换热有很大影响。对于管内径为0．27 mm的微细圆管,当进口Re高于104时,浮升力的影响可以忽略,对流换热系数的变化完全由物性的变化尤其是cp的变化导致。     

竖直圆管中超临界压力CO2在低雷诺数下对流换热研究

本文对竖直圆管中超临界压力二氧化碳在低雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验中分析了不同入口温度、热流密度以及流动方向等对超临界CO2流动和换热的影响。实验结果与计算结果的比较表明:在热流密度较小的情况下实验结果与数值计算结果基本吻合;而在热流密度较大的情况下,由于浮升力的影响,流动可能提前从层流转变为湍流,使换热强化。     

场协同理论在交变流动缝隙式回热器中的数值验证

本文对缝隙式回热器在非稳态交交流动下的流动和换热问题做了二维的数值模拟,并重点对其在交交流动下的场协同问题做了计算与分析。数值计算表明,场协同原理作为指导强化对流换热的原则,同样可以指导交交流动下的换热强化。     

变物性条件下管内加速流时湍流换热与流动过程的数值模拟

对圆管内变物性流体在加速流时考虑了非定常流的影响,采用新的湍流迁移模型,对换热过程和流动特性进行了数值模拟研究。与实验相比较,得到较一致的结果。模拟计算在很大的参量范围内进行,结果标明:努谢尔特数及阻力系数与其准静态时的量值的比值在所定义的无量纲特征时间上有一最小值;在加速流时变物性的影响是导致不稳定过程加大的因素。     

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。     

超临界CO2在烧结多孔圆管中换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在烧结多孔介质的竖直圆管中的对流换热进行了实验研究。分析了入口温度超过准临界温度、颗粒直径为0．2-0．28 mm的多孔圆管中,压力、流量、热流密度以及流动方向对超临界二氧化碳对流换热的影响。结果表明,准临界点附近剧烈变物性的影响使得超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热非常复杂。对流换热随着温度远离准临界温度和热流密度的增加不断减弱;流量对对流换热的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响。     

厚翅片管内流体流动和传热的数值分析

本文应用Ｐａｔａｎｋａｒ等人［１］研究薄翅片管的湍流模型，对一种工业化的厚翅片管内的流体流动和传热进行了数值分析。计算范围包括了层流和湍流（Ｒｅ＝１０１～１０６），所得计算结果与较窄范围内实验所测的传热与阻力数据相当符合，本计算结果具有较大的推广价值。     

Turbulent convective heat transfer in an inclined tube filled with sodium

Turbulent free convection of liquid sodium in a straight thermally insulated tube with a length equal to 20 diameters and with end heat exchangers ensuring a fixed temperature drop is investigated experimentally. The experiments are performed for a fixed Rayleigh number Ra = 2.4 × 10⁶ and various angles of inclination of the tube relative to the vertical. A strong dependence of the power transferred along the tube on the angle of inclination is revealed: the Nusselt number in the angular range under investigation changes by an order of magnitude with a maximum at the angle of 65° with the vertical. The characteristics of large-scale circulation and turbulent temperature pulsations show that convective heat transfer is mainly determined by the velocity of large-scale circulation of sodium. Turbulent pulsations are maximal for small angles of inclination (α = 20°–30°) and reduce the heat flux along the channel, although in the limit of small angles (vertical tube), there is no large-scale circulation, and the convective heat flux, which is an order of magnitude larger than the molecular heat flux, is ensured only by small scale (turbulent) flow.     

Heat transfer and fluid flow of benard-cell convection in rectangular container with free surface sensed by infrared thermography

The natural convection flow phenomena that occur inside an enclosed space are very interesting examples of complex fluid systems that may yield to analytical, empirical and numerical solutions, and many reports have looked into this basic problem. In the present study, heat transfer and fluid flow for natural convection in a horizontal rectangular container with a free surface are investigated using infrared thermography. The temperature field was measured and visualized at a gas-liquid (air — silicon oil) interface using infrared thermography. The heat transfer phenomena were also investigated by statistically analyzing the temperature data. The applicability of the infrared thermography to quantitative heat transfer measurement at the gas-liquid interface was evaluated. It is revealed that infrared thermography is effective not only in visualization of a gas-liquid interface but also in heat transfer measurement. A new heat transfer correlation is proposed for the gas-liquid interface of this flow system. The coefficient of heat transfer can be summarized by a specific heat transfer correlation formula regardless of several conditions, including container aspect ratio, fluid viscosity and fluid layer depth.