扭曲螺旋管内LNG的传热与流动特性研究

采用数值分析方法,分别对液化天然气(LNG)在扭曲椭圆管和扭曲扁管内发生相变时的传热和流动特性进行了研究,分析了管道长短轴之比和雷诺数对管道换热性能的影响。结果表明,扭曲管道内流体流动产生的二次流强化了管道的传热性能。扭曲椭圆管道的综合性能系数PEC值均大于1,其换热性能优于相同条件下的圆管;扭曲扁管的长短轴之比小于2时,在低雷诺数时的PEC值小于1,此时扭曲扁管的换热性能不如相同条件下的圆管。在管道长短轴之比相同时,相同条件下扭曲椭圆管的综合性能优于扭曲扁管。     

L型混沌流道流动与传热特性的数值分析

采用周期性模型对L型混沌流道内流体流动与传热性能进行数值模拟,并与普通平直流道相对比,分析得到了两种流道内流体流场与温度场分布的细观信息,同时还讨论了不同Re数对混沌流道内流体传热与流动的影响。设计制作了测试流体流动性能的冷模试验装置,采用激光多普勒测速仪对L型混沌流道中流道内特殊点的速度进行测量,并将试验测量结果与数值模拟计算结果进行对比。结果标明:试验测量结果与数值模拟计算结果总体变化趋势基本一致,主流方向上速度相对误差最大为13.8%,在工程允许的误差范围之内,由此验证了数值模拟计算的可靠性。     

非对称螺旋扭曲管管内流动与传热特性数值模拟研究

本文利用数值模拟方法对一种非对称螺旋扭曲管在雷诺数4000~20000的范围内管内流动阻力和传热特性进行了研究.结果表明,与椭圆扭曲管相比,非对称的螺旋扭曲管的努塞尔数得到了显著的提高.通过流场的对比分析可知,非对称螺旋管横截面上的三叶扭曲,使得三叶区域内的流体流动发生偏向,形成强烈的二次旋流使得传热性能得到提升.低雷诺数时,非对称螺旋扭曲管(顺向扭曲)显示出更好的传热性能和更高的阻力因子.随着雷诺数的增加,非对称螺旋扭曲管与对称性螺旋扭曲管的传热与阻力特性差别不大.此外,通过两种不同综合性能因子对比不同管型传热综合性能。在相同泵功率下,非对称螺旋扭曲管在低雷诺数时显示较优的性能,而在相同质量流率下,传统的椭圆扭曲管显示较好的性能。     

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。     

ZrO2纳米流体的对流换热系数测定及机理浅析

建立了测量圆管内纳米流体流动与传热性能的实验系统,测量了不同粒子浓度的ZrO2/水纳米流体在雷诺数为3 000～18 000范围内的管内对流换热系数以及不同位置处纳米流体对流换热系数的变化情况.实验结果显示,在液体中添加纳米粒子显著增大了液体的管内对流换热系数,例如,在相同雷诺数时,与纯水相比,如果纳米粒子的质量浓度从1.6%增大到4.1%,则纳米流体的对流换热系数增加的比例从1.09增大到1.2.此外,从颗粒的浓度、粒径两方面分析纳米流体强化传热的机理.     

流体低速横掠振动圆管的传热特性研究

本文实验研究了流体低流速横向冲刷间谐振动圆管的传热特性,其目的是为流体诱导振动的有效利用提供更多的借鉴。研究结果表明流体绕流振动圆管时,在较低流速下即可获得较好的传热效果。对流换热的增强较少地依赖于流动雷诺数,更多地依赖于振动雷诺数。     

微通道中液氮单相流动和换热实验研究

对直径为0.531,0.834,1.042和1.931 mm的圆形微通道内液氮的单相流动和传热进行了实验研究.在10,000～90,000的高雷诺数范围内,测量了流动摩擦系数、局部和平均对流换热系数.结果表明,流动摩擦系数随微通道壁面粗糙度的增加而变大.微通道中局部对流换热系数受到液氮导热系数变化的影响沿管程逐渐下降约12.5%.传统的Gnielinski换热关联式经过流动摩擦系数的修正后与实验换热系数符合较好.     

正六边形板式换热器传热和流动特性研究

本文研究了一种具有球面肋的正六边形板式换热器,分别对其两流体和三流体换热的情况进行数值模拟,讨论了其在顺流和逆流状态下的性能.与60°的人字形板式换热器进行比较,正六边形板式换热器在单位压降下的综合传热性能较优.本文还拟合了传热准则方程式和摩擦系数方程式.结果表明,该种新型板式换热器结构紧凑,布置灵活,具有好的综合传热...     

印刷电路板式熔盐氦气换热器热工水力特性研究

印刷电路板换热器换热性能好,结构紧凑,在核反应堆发电领域极具潜力.本文研究对象是应用于钍基熔盐堆的熔盐氦气中间换热器,文中采用数值模拟的方法,研究了Z型流道的熔盐-氦气印刷电路板换热器的传热和阻力特性。计算当量直径为0.922 mm的流道结构的熔盐侧的总的压降因子f与Nu,与经验公式进行对比,结果基本吻合;然后对流道进行优化,对比不同结构流道对流动和传热的影响,经过综合传热特性的比较,最终选用当量直径为1.83 mm,特征角为15°的流道结构,拟合出该结构下的Nu和f关于Re的经验关联式。     

污垢对换热器影响最小化策略研究

随着污垢在传热表面上积聚,传热热阻增加,传热效率降低;流道表面的粗糙度增加,摩擦系数增大,流体的流通截面积减小,引起流体流速增加,压力降增大.以污垢影响下换热器进出口流体属性的外在表现、流体流态参数作为分析对象,对计及污垢影响下的传热性能及管、壳程压降进行了分析及讨论,分析研究并确定了换热器污垢影响最小化策略,为工程师设计、操作换热器时降低污垢带来的负面影响提供理论依据.     

翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响

基于某车用空调多元平行流蒸发器,以平行流蒸发器的百叶窗翅片为研究对象,利用ANSYS 15.0软件对百叶窗翅片模型进行数值模拟,研究探索百叶窗翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响,并分别对其五种结构在不同雷诺数Re_(LP)时的传热与流动性能进行了综合评价分析。将数值模拟结果与经验关联式进行对比,传热因子j与阻力特性f因子的最大误差分别为12.16%和5.29%,满足实际工程误差允许范围。结果表明:在雷诺数ReLP不变时,换热系数与压降均随着百叶窗翅片厚度的增加而增大;采用综合评价因子j/f~(1/3)分析得出,A型结构翅片综合性能最好,能够有效强化空气侧换热、提高系统的换热能力,其研究结果可为百叶窗翅片结构优化提供参考依据。     

球形和泪滴形凹陷涡发生器传热实验和数值计算

凹陷涡发生器是一种高效的燃气轮机涡轮叶片冷却结构,本文对分别具有球形和泪滴形凹陷涡发生器阵列的表面传热与流动性能开展了实验和数值计算研究。本文分别采用Standardκ-ω,SST和Reliazableκ-ε三种湍流模型计算了凹陷涡发生器表面湍流传热与流阻性能,并与实验结果进行了对比,确定了Standardκ-ω是研究凹陷传热和流动最精确的湍流模型。通过该研究,获得了球形和泪滴形凹陷涡发生器在雷诺数范围8500~60000内的传热及流阻和流动特性。该实验研究表明,与光滑通道内湍流流动相比,球形凹陷传热性能提高约60%,摩擦因子增加约70%;泪滴凹陷传热性能提高约90%,摩擦因子增加一倍左右。泪滴形凹陷表现出更好的传热性能和综合热性能。     

螺旋波纹结构对盘管换热器传热特性的影响

为增强盘管换热器的传热性能,提出一种螺旋波纹状的盘管结构,通过Fluent分别对螺旋波纹盘管和普通盘管的对流换热过程进行数值模拟研究,分析入口流速对管道传热特性的影响。结果表明：两种盘管压降随入口流速的增大而升高,不同入口流速下的螺旋波纹盘管综合评价指标PEC值大于1,当入口流速为0.524 m/s时,其努塞尔数比普通盘管高出31.3%。螺旋波纹结构增强了盘管内的二次流效应,缓解了传热不均匀的现象。     

非均匀矩形产热体对流传热构形设计

针对电子器件非均匀发热问题,建立考虑流体流动和传热的三维非均匀矩形产热体模型,以综合考虑(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标,基于有限元方法对冷却流道直径和宽高比进行优化,得到矩形单元体在不同产热分布条件下的最优构形。结果表明:综合考虑传热性能和压降损失的复合函数对无量纲流道直径存在极值;当单元体个数从10增加到30时,复合函数的最小值减小了 16.7%;以双自由度对矩形非均匀产热体开展构形设计可进一步提升对流传热的综合性能;提升矩形产热体内部产热的均匀性有益于降低传热过程中的(火积)耗散率,设计人员以综合衡量(火积)耗散率和耗功率的复合函数为优化目标时应尽量将发热元件均匀布置在矩形产热体内。     

较高雷诺数下百叶窗翅片倾斜角对传热的影响

本文建立了一种百叶窗翅片的二维模型,并使用ANSYS Fluent对较高雷诺数下百叶窗翅片的不同倾斜角度对流体流动和传热的影响进行了研究.结果表明,在翅片倾斜角等于33°时,努塞尔数达到最大值,翅片的传热性能最好,在相同雷诺数下,压降随倾斜角度的增加不断增大.在相同的倾斜角度下,雷诺数增加,努塞尔数增大,但同时压降也会变大.通过相同泵功下的换热量来衡量百叶窗翅片的综合性能,得到在倾斜角为19°时,翅片的综合效能最高。     

水平刻槽管壁面液体升膜非线性特性研究

水平刻槽管壁面升膜流动是一种低雷诺数流,低雷诺数流动的特点是惯性力与粘性力相比可以忽略不计,因此在求解Navier-Stokes方程时,常忽略对流项进行计算.本文通过采用一种级数解法,对含有对流项的Navier-Stokes方程进行逐级求解,分析不同雷诺数下含对流项的Navier-Stokes方程对速度解的影响.     

泡沫铜填充曲折槽道散热器内对流换热研究

设计了高孔隙率泡沫金属铜填充的曲折槽道散热器,采用去离子水为工作介质,实验研究了单相对流换热时散热器的压降、散热量、热阻等特性.结果表明,流体流过槽道时压降和流速成二次多项式关系;随着受热表面温度升高,散热量变大,热阻减小并趋于定值.相同雷诺数时,Nu数随着表面温度的升高而增大;综合评价散热器的性能发现,该换热器在相同压降时热阻要低于微槽道散热器和平板多孔介质散热器.     

椭圆形百叶窗翅片传热强化数值分析

提出了一种新型椭圆形百叶窗翅片,采用CFD方法对其阻力特性及传热特性进行了模拟研究,并与传统矩形百叶窗翅片进行比较,分析了雷诺数对两种结构内流体的流动与传热性能的影响,同时对两种结构内流场与温度场的协同性也进行了研究。结果表明:新提出的椭圆形百叶窗翅片与矩形百叶窗翅片相比,阻力因子f降低了16%~20%,传热因子j提高了5%~7%,且雷诺数Re在225.7~451.3范围内,椭圆形翅片综合评价因子j/f1/3比矩形百叶窗翅片的提高了11%~15%,且椭圆形百叶窗翅片的速度与温度场的协同性优于矩形百叶窗翅片,椭圆形百叶窗翅片的综合换热性能高于矩形百叶窗翅片。     

涡轮叶片内冷通道高性能肋流动与传热

涡轮叶片内部冷却通道内壁面布置扰流肋是一种高效的强化传热措施.本文在8500~60000雷诺数范围内,对直肋、斜肋、V肋和W肋开展实验研究,得到了四种肋的换热和流阻特性.实验结果表明:1)W肋具有最高的平均努塞尔数,是光滑通道充分发展流动传热性能的2.2~2.6倍,其次是V肋和直肋,而斜肋的传热性能最低,约是光滑通道的1.7倍;2)W肋表现出最大的流阻性能,是光滑通道的2.5~3.7倍,其次是V肋和直肋,而斜肋流阻最小,约为光滑通道的1.8~2.5倍。W肋具有最优的综合热性能,而直肋的综合热性能最低。另一方面,本研究还通过瞬态液晶热像技术获得了W肋表面详细局部传热分布,实验结果表明W肋中间的顶点迎风区域是强换热区,该区域与气流相互作用,热边界层较薄,有效强化了换热能力。     

ITER底部校正场线圈氦管的设计及压降实验

介绍了ITER底部校正场线圈(BCC)管内电缆导体和氦管结构,对BCC管内电缆导体和氦管进行了压降实验。结果表明,低流量条件下气体的流动状态受到流道内摩擦的影响,由于摩擦系数无法通过经验公式进行计算,低流量条件下的摩擦系数被忽略。在较大流量条件下摩擦系数与雷诺数关系与标准样件实验获得的关系对应,完整的BCC校正场线圈的流阻符合理论设计值。