浮升力和流动加速对超临界CO2管内流动传热影响

基于单相流体的概念,超临界流体的异常传热行为已经被研究很多年了,但是关于其流动传热机理仍没有统一的认识.本文通过理论分析和实验研究了超临界二氧化碳在竖直管内向上流动过程中,浮升力和流动加速效应对其流动结构和传热过程的影响.结果表明,没有确凿的实验证据表明超临界流体的异常传热行为是浮升力和流动加速直接导致的,存在的估计浮升力和流动加速效应准则均是在常物性流体的基础上,做了大量假设得出的,不同的研究者采用浮升力和流动加速准则分析超临界流体的传热恶化得出的结论不一致.最后,基于拟沸腾理论分析超临界流体的传热恶化过程,提出超临界沸腾数区分了超临界流体正常传热与恶化传热的转换边界,为超临界流体流动传热研究提供新思路,超临界沸腾数对建立用于不同技术的超临界流体动力循环的最佳运行条件具有重要意义.     

双罐式气泵供液制冷系统性能的实验研究

双罐式气泵供液制冷系统作为气泵供液的一种,运用高压气体或液体的压力输送制冷剂到蒸发器。该实验通过控制供液气压来调节再循环蒸发器的供液量,调节制冷系统中的循环倍率,在供液气压升高而导致循环倍率增大的同时,蒸发器的传热量会升高到最大值。通过技术参数的收集整理,分析比较不同工况下的制冷性能、压缩机性能和传热性能等特性,作为双罐式气泵供液制冷系统工程应用的理论依据。实验表明,不同范围的供液压头,对传热性能的主要影响因素不同,蒸发器制冷量在供液压头升高到一定值后不再增加,系统COP也将下降。     

浸没边界-简化热格子Boltzmann方法研究及其应用

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界-简化热格子玻尔兹曼方法(immersed boundary method-simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法(simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性.      

移液管热喷泉物理过程的研究

装有热水的移液管倒置且尖端朝上时会喷出热水形成喷泉,这是大学物理热学中直观展示气体受热膨胀的一个很好的实验.我们建立了一个傅立叶传热与等压膨胀相结合的模型分析其物理过程,并利用COMSOL软件搭建模型验证.实验上搭建一个半机械化的实验装置,对热喷泉的动态过程进行拍摄,得出了热喷泉高度与热水温度呈线性关系,实验结果与理论模型相符.     

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。     

四通换向阀内制冷剂流动的数值模拟

结合热泵系统冷热工况的差异对四通换向阀进行设计计算,对不同设计工况下的四通换向阀内制冷剂流动进行了数值模拟,分析了制冷制热模式下的传热损失,并通过观察云图分析传热损失的原因。通过对比分析发现,四通换向阀的设计工况取制冷工况时传热损失较小。     

超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析

采用SST k-w低雷诺数湍流模型对加热条件下超临界压力CO2在内径di=22.14 mm,加热长度Lh=2440 mm水平圆管内三维稳态流动与传热特性进行了数值计算.通过超临界CO2在水平圆管内的流动传热实验数据验证了数值模型的可靠性和准确性.首先,研究了超临界压力CO2在水平圆管内的流动传热特点,基于超临界CO2在类临界温度Tpc处发生类液-类气“相变”的假设,揭示了水平圆管顶母线和底母线区域不同的流动传热行为.然后,分析了热流密度qw和质量流速G对水平圆管内超临界压力CO2流动换热的影响,通过获取流体域内的物性分布、速度分布和湍流分布等详细信息,重点解释了不同热流密度qw和质量流速G下顶母线内壁温度Tw,i分布产生差异的传热机理,分析结果确定了类气膜厚度d、类气膜性质、轴向速度u和湍动能k是影响顶母线壁温分布差异的主要因素.研究结果可以为超临界压力CO2换热装置的优化设计和安全运行提供理论指导.