涡强化扁管管片散热器传热特性及场协同原理分析

本文以空气为介质(Pr=0．698),通过数值模拟的方法在Re=400-2000的范围内对涡强化扁管管片散热器内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了在不同Re下,涡产生器横向间距δ和涡产生器攻角β改变时对局部NuLocal、横断面上的平均Nub和整体平均Nut的影响,以及对局部协同角θLocal、横断面上的平均协同角θb 和整体平均协同角θt的影响,通过比较分析得出协同角的变化趋势与换热强烈程度的变化趋势是完全和场协同原理相符合的,说明纵向涡强化换热的根本机理是改善了速度场与温度场的协同。     

单面加热矩形通道热入口段层流对流换热特性的场协同分析

对单面加热矩形通道热入口段的层流对流换热问题进行了数值模拟研究,给出了不同截面比的局部努赛尔数。推导出单面加热时的场协同方程,以此分析了不同截面比下加热边界条件对努赛尔数的影响规律。     

倾角不同波纹板片组合板式换热器流动换热分析

通过数值模拟,分析了倾角不同板片组合的板式换热器单流道模型换热和阻力的情况,并结合场协同理论进行分析。模拟结果表明:传热因子j、阻力因子f及面积质量因子j/f均随Re的增大而降低,其值均偏向于倾角较小的板片组合。协同角θ随着Re的增大先增大后基本不变,场协同数Fc随着Re的增大而下降,倾角较大组合的协同性要优于倾角较小的组合。j、f均随着上壁面倾角β_t的增大而增大,在下壁面倾角β_b≤60时变化趋势较大,βb60时,变化趋势降低。倾角不同的板片组合换热器的性能介于构成"热混合"的常规板片性能之间。     

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。     

低频振动管外流动与传热特性研究

采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了低频振动管外的流动与传热特性,分析了不同参数对换热性能的影响.数值计算结果的场协同理论分析与实验表明:振动有利于强化传热,且其强化传热的效果随着振动频率与振幅升高而增强.在半周期内,时相位为90°时管外的换热性能最好,在一定范围内协同角余弦值随振动频率的变化与振幅基本无关.对比不同管型,沿椭圆管短轴方向振动的协同角余弦值最高,传热效果最好.     

空调蒸发器用管翅式换热器开缝翅片的数值设计

通过三维层流数值模拟,与平片计算结果对比,设计了适用于低流速和Re数(迎面风速1-3 m／s,对应Re数 901-2702)下的空调蒸发器用管翅式换热器的开缝翅片形式。研究表明:在上述迎面风速和Re数范围内,开缝翅片性能曲线和平片性能曲线不可避免地有一个交叉点,对应Re数称为转折Re数,在交叉点前的速度和Re数范围内,平片换热器的综合性能优于开缝翅片,而在高于转折Re数后,随着迎面风速的增大,开缝翅片的综合换热性能将越来越优于平片;依据“前疏后密”原则适当减少开缝翅片换热器开缝的条数,可以有效降低转折Re数,并显著改善低流速和Re数下换热器的综合性能。另外,再次验证了场协同理论-温度场和速度场的协同性与换热器换热量间的必然联系。     

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。     

循环倍率对冷风机场协同数以及制冷系统的影响

根据场协同原理,可通过改变制冷剂循环倍率,来改变冷风机场协同数,从而提高换热效率。通过试验数据计算得出,当蒸发温度为-30℃,实验中的制冷剂循环倍率从2.5增大到5.0时,换热器的场协同数逐渐升高到趋于基本恒定。所测的降温速度、计算的COP均在场协同数达到拐点时最佳。     

平直开缝翅片传热特性的三维数值模拟及场协同原理分析

本文用数值模拟的方法对翅片管换热器中广泛使用的平直开缝翅片的传热特性进行了数值模拟。结果表明在平翅片后部开缝与在翅片前部开缝相比,换热增强更多,并用场协同理论分析说明,在速度场和温度场协同比较差的区域开缝要比在场协同比较好的区域开缝对传热强化更有效。     

基于贝叶斯算法的CPU散热片结构自动优化

本文基于数值模拟、结构设计、优化设计以及贝叶斯优化算法提出一种针对散热片结构的自动优化框架，并对CPU正弦式散热片的振幅、周期和高度进行结构优化。结果表明，优化后的正弦式散热片与平板式散热片和初始正弦式散热片相比，表面平均努塞尔数提高了195%，表面最高温度降低了6.51?C。分析了优化前后正弦散热片场协同角的变化，进一步证实了流场和温度场协同性能对散热的本质影响。     

圆管内插入环状多孔介质的换热性能研究及其场协同分析

本文运用数值计算的方法,以空气为流动介质,研究了圆管内插入环状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并进行了场协同分析.结果表明,在圆管内插入环状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC值随Re数的增大呈现缓慢增大的趋势.多孔材料的孔隙率对综合性能的影响最为明显,孔隙率越高,综合性能越好.     

管内对流换热的场协同分析及换热强化

导出管内湍流换热Nu与局域时均参数的关系式,将对流换热的场协同理论扩展至湍流换热。分析了管内对流换热的特点,并根据场协同理论提出强化湍流换热的方法,发展了一种新型强化换热管一交叉椭圆管,既适合于层流换热强化也适合于湍流换热强化,其强化传热效果显著而流阻较小。     

平板通道振荡流动强化轴向导热的数值研究

本文对平板通道振荡流动强化轴向导热现象进行了数值模拟。计算结果显示,在所计算的振荡频率范围内振荡频率越小,平均虚拟内热源越大,速度场和温度场之间的相位差也越小,表明速度场和温度场的协同程度也越好,因此轴向导热的强化非常显著。     

冷却倾斜板熔体处理过程边界层分布及流动传热的理论研究

针对倾斜板熔体处理晶粒细化与半固态成形原理,研究了倾斜板熔体处理过程边界层分布,建立了熔体传热和冷却速率的计算模型.计算结果表明,随着斜板倾角和熔体初始流动速度的增大,熔体在倾斜板上从层流向紊流的转变时间减少;温度边界层厚度随着熔体初始流动速度的增加而减小,斜板倾角对温度边界层厚度的影响较小;温度边界层厚度和速度边界层厚度都随熔体流动距离的增加而增大,在层流区,温度边界层厚度远大于速度边界层厚度,而在紊流区,温度边界层厚度与速度边界层厚度重合;倾斜板上熔体冷却速率与熔体厚度成反比,初始流速小于1m/s时,熔体的冷却速率沿着倾斜板长度方向逐渐增大,初始流速为1m/s时,熔体的冷却速率沿倾斜板长度方向基本不变,当初始流速大于1m/s时,熔体冷却速率沿倾斜板长度方向逐渐减小;倾斜板上熔体冷却速率在100—1000 K/s之间,属于亚快速凝固范畴.     

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.     

2D拟流线型翅片强化通道内换热数值模拟

对一种拟流线型场协同式翅片周期性强化换热通道进行了数值模拟研究.考察了Re数范围为100～700时,通道不同高度及折流翅片距通道壁面不同距离时的换热特性.计算结果表明,速度场和温度梯度场的协同度对对流换热起着重要作用,而折流翅片的存在有效地改善了速度场和温度梯度场的协同性.翅片与壁面之间距离的增大及通道高度的减小均不利于换热强化.在相同泵功的评判准则下,强化效果随Re数的增大而愈加显著.     

开缝对波纹翅片传热的影响及场协同分析

本文针对汽车换热器中的波纹翅片建立二维计算模型,运用场协同原理分析波纹翅片附近流动及传热情况,并通过二维开缝波纹翅片模型讨论开缝位置对其传热性能和流动特征的影响。数值模拟结果显示,波纹翅片各周期场协同角分布基本相同,在拐角附近存在明显的场协同恶化区域。在波纹翅片的拐角处或各半周期的1/4处开缝可改善协同,从而强化传热。此外,前密后疏或前疏后密的开缝方式不影响翅片的换热和压降情况,在开缝分布不均匀时,稀疏段开缝位置决定了翅片换热能力的相对大小。     

丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性研究

利用高速纹影摄像法和球型发展火焰研究了常温常压下丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性,获得了不同氢气体积分数和当量比下混合气的层流燃烧速率、Markstein数、Zeldovich数和Lewis数.结果表明:随着氢气比例的提高,层流燃烧速率增加,火焰厚度降低;当氢气体积分数小于60%时,随着当量比的增加,Markstein数降低,当氢气体积分数大于60%时,随着当量比的增加,Markstein数增加.当量比小于1.2时,随着氢气比例增加,Markstein数降低.当量比大于1.2时,随着氢气比例增加,Markstein数增加.随着氢气比例的增加,Zeldovich数降低,全局Lewis数降低.     

电子元件散热的优化分析

本文采用CFD技术对小空间中的电子元件的散热进行了研究,模拟了以空气为冷却流体的多种方案下小空间的温度场和速度场,基于场协同原理对其温度场和速度场的协同效果进行了分析。在此基础上提出一种评价电子元件冷却效果的冷却效果数,并以此为指标得出小空间电子元件散热的优化方案和最优间距,为进一步探讨微电子元件的冷却技术打下了基础．     

强化对流传热场协同唯象机制及其控制

根据对流传热强度与流体中存在的各种内场及其外场的关系,从唯象上阐明了降低温度边界层厚度、增加流体扰动和增加近壁面速度梯度的强化对流传热方法的物理机制,其本质是控制流体中内场及其外场之间的相互协同。给出了当流体中存在内场和外场时强化对流传热场协同控制方法,以此可指导发展强化对流传热单元的新方法。