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。     

高温导热油热载体螺纹管传热和压降特性的实验与数值模拟

对高温导热油在螺纹管内流动和传热进行实验研究,结果表明:在层流区,螺纹管沿程阻力系数是相应光管的1.8~3.0倍,Nu数是相应光管的2.8~4.6倍。在湍流区,螺纹管沿程阻力系数是相应光管的3~4倍,Nu数是相应光管的1.8~3.8倍。应用FLUENT对螺纹管和光管进行三维数值模拟,结果表明在螺纹管流场的背流面存在回流区。与光管相比,螺纹管局部协同角的变化范围更大,且在凹槽左右的位置局部协同角接近90°,远离凹槽位置,局部协同角较光管有明显下降。     

内置双旋线换热管内流动与传热数值模拟

采用数值计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9 mm、12 mm、15 mm、18 mm的换热管内流体流动与传热特性进行模拟分析,结果表明:管内流体呈规律性三维螺旋流动,提高了管壁附近流体的周向速度和径向速度,加剧了管壁滞留层流体的扰动及与中心区域流体的混合;随着双旋线外径增大,流动阻力系数f随之增加;内置双旋线换热管的协同数均大于光管,综合性能评价指标PEC值可达1.8,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能。     

三叶型花瓣扭曲螺旋缠绕管换热性能的研究

建立三叶型花瓣扭曲螺旋缠绕管的几何模型,对管内的流动和传热特性进行模拟,分析不同结构参数对换热性能的影响,利用响应面法对该管的换热性能进行拟合。结果表明,与传统的光管缠绕管相比,三叶型花瓣扭曲螺旋缠绕管产生的扭转力改善了温度分布不均的现象且换热性能提高了40%;当缠绕半径取最小值,节距取最大值时,换热系数h可达到最大值4.16 kW/(m²·K);三阶多项式能够最准确地描述换热系数与输入参数的关系,其中h的MRS为0.17%,RMSE为0.006,R²为0.999。     

烧结型涂层管内R410A流动沸腾换热实验研究

文实验研究了制冷剂R410A在长1.3 m,内径4 mm的不锈钢光管和不锈钢烧结多孔涂层管内的流动沸腾换热与压降特性。实验饱和温度为10℃,进出口干度变化范围从0.1至0.9,质量流速变化范围为270～620 kg·m~(-2)·s~(-1)。实验结果表明:在进出口干度固定在0.1和0.9的工况下,烧结涂层管的流动沸腾换热系数随着质量流速的增加而降低,但是光管的1.2至1.5倍;分别固定质量流速为350和450 kg·m~(-2)·s~(-1),进出口干度差值维持在0.2时,烧结涂层管和光管的换热系数均随着干度增加先增加后急剧下降。在此工况下,烧结涂层管的流动沸腾综合强化效果是光管的2.11至3.58倍,并在高干度区域达到最大值。     

管外包覆多孔介质强化换热的数值研究

本文对管外包覆多孔介质的无限长圆管绕流的流场和温度场进行数值模拟,研究了多孔介质层的无量纲厚度ep,达西数D_a以及雷诺数Re对流动和强制对流换热特性的影响。研究结果表明,管外包覆多孔介质后的强制对流换热效果明显强于光管条件下的效果,换热增强了2.8~5.4倍;壁面平均努塞尔数Nu随e_p和Re的增大而增大,随Da的增大而减小;管壁处的流动阻力系数C_D随ep的增大而增大,随D_a的减小,先增大后减小,当Da小于1×10~(-5)时,阻力系数保持不变。     

丁胞型强化换热管的数值模拟

在换热器管道的内壁面上布置丁胞可以有效地增强管道内的传热.通过三维数值模拟,对含丁胞的圆形截面管道内的定常不可压缩湍流流动进行了数值模拟.本文采用RNG k-ε方程模型作为湍流计算模型和SIMPLE算法求解管道的流动传热情况.数值模拟结果表明,丁胞的大小、深度、排列密度等几何结构均对管道的换热效果有一定影响.在较低雷诺数下,含较小丁胞的管道换热效果好于含较大丁胞的管道;在较高雷诺数下,含较大丁胞的管道换热效果好干含较小丁胞的管道.     

带重复肋粗糙同心管湍流换热与流阻

本文对空气流过内管具有梯形重复肋的同心管湍流换热和流阻进行了实验研究,肋的相对间距s/h变化范围为8—17,雷诺数Re的范围为1×10~4—1.5×10~5,得到这种肋对于换热及流阻影响的规律,与光滑同心管实验进行了比较,换热系数为光滑管的1.5—2.1倍,对其热性能进行了分析.     

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。     

基于普朗特类比的多种强化管内污垢数据分析

针对光管和四种不同结构的强化管(缩放管I、缩放管Ⅱ、弧线管及波纹管)在相同条件(工质流速、入口温度、水浴温度及微粒浓度)下的颗粒污垢实验数据,基于普朗特类比法,以φ(φ=(Km/Kmp)/(f/fp),Km为质量传递系数,f为摩擦因子,下标p表示光管)和ψ(ψ=j/jp)/(f/fp)1/3,J为传热因子)作为传热性能...     

超临界水在倾斜光管中的传热不均匀特性研究

对超(超)临界压力下水在倾斜光管内的传热特性进行了比较系统的实验研究.实验段管径为φ32×3mm,倾角α=20°;试验压力P=23~34MPa,内壁热负荷q=300~500kW/m2,管内质量流速G=300~2000kg/m2s.得到了不同工况下倾斜光管内壁温和管内换热系数的周向分布及其变化规律,考察了压力、质量流速及热负荷对倾斜光管内壁温度的周向分布的影响,重点分析了管内上下母线处内壁温度差随工质焓值变化的特性及机理,讨论了大比热区水的物性变化对倾斜光管内传热不均匀性的影响,并与亚临界压力下的对应实验结果进行了比较.     

水平内微肋管局部凝结换热性能实验与数值求解

以Ｒ１１为工质，蒸汽凝结压力为１４７－２６５ｋＰａ，质量流率４ｔｙ１５３ｋｇ／ｍ２ｓ，本文对二维内微肋管和三维内微肋管水平管内凝结分层流区局部换热系数进行了系统的实验。与光管比较，二维内微肋管和三维内微肋管局部凝结换热系数分别提高了１４７－７８３％和２６１－９９７％。本文首次从理论分析入手建立了二维内微肋管水平管内凝结分层流区局部换热系数分析模型并进行了数值求解。计算结果与本文实验相当吻合。     

高效传热管内凝结换热性能及阻力性能的实验研究

本文以ＨＦＣ１３４ａ和ＨＣＦＣ２２为工质对光管及两种不同槽型的强化传热管（ＤＡＥ－２管与ＤＡＥＣ管）的水平管内凝结换热进行了对比实验研究、研究发现,ＤＡＥ－２管平均换热系数比光管提高了１４０％～１７０％,而单位长度阻力损失增加了５０％～１００％,ＤＡＥＣ管平均换热系数比光管提高了１６０％～２００％,同时单位长度阻力损失增加了７０％～１３０％。此外,本文给出了ＤＡＥ－２管和ＤＡＥＣ管平均换热系数及阻力损失的计算关联式,可用于冷凝器设计。     

制冷用水平管降膜蒸发器换热特性数值模拟

水平管降膜蒸发器相比满液式具有换热效率高、制冷剂充注量少等优点。文中采用分布参数法建立水平管降膜蒸发换热模型,应用MATLAB软件,对换热管在理想条件下的换热特性进行了数值模拟。研究了光管及Turbo-BII管在管外无干斑发生换热条件下,管外降膜蒸发换热系数、管内对流换热系数、总换热系数、热流密度、降膜蒸发因子、以及换热管单元换热量沿管长方向分布规律,并根据计算结果分析了管间距对换热的影响。该研究为应用于制冷空调领域水平管降膜蒸发器的设计提供理论指导,促进其在制冷空调领域的推广应用。     

变频空调中翅片管蒸发器换热与压降特性

通过试验研究了变频空调系统中翅片管蒸发器管内外侧换热与压降特性,分析了压缩机频率对波纹翅片和百叶窗翅片管蒸发器管内沸腾换热系数、空气侧换热因子和摩擦因子的影响.结果表明:随着压缩机频率的增加,两种翅片的管内沸腾换热系数hi均增加;摩擦因子f都减小,百叶窗翅片的摩擦因子f是波纹翅片的2倍多;换热因子j随着压缩机频率增加而...     

含油R134a水平强化管外池沸腾换热实验研究

本文对含Solest-120冷冻油的R134a,在饱和温度为5℃和10℃工况下,在水平高效强化管(管E21.为C3型管,管E22为A1型管)管外池沸腾换热进行了实验研究。实验结果表明:与相同管径的光管的换热性能相比,强化管E21、E22的管内传热系数强化倍率分别为3.703和3.035。随着含油浓度的增加,管外池沸腾换热效果得到优化,含油率为1.0×10~(-4)时的管外传热系数比含油5.0×10~(-5)时更高,在实验研究的水流速范围内,在蒸发温度为5℃时增加了3.7%～7.2%,而在蒸发温度为10℃时增加了0.8%～10.9%。从含油R134a的黏度、表面张力等的角度,对含油率高时换热系数大的结论进行了必要的物理解释。研究对开发设计蒸发器有一定实际的指导意义。     

非稳态流动对管内湍流换热的增强机理

通过对非稳态管内湍流流动及换热的数值模拟,发现决定非稳态信号强弱的因素对换热效果的影响不同。频率因素的影响非常有限,而振幅因素的影响在无量纲幅值小于1的情况下也不明显,但是当无量纲幅值大于1时,管内流动的换热强化非常显著,同时管内流动的阻力系数也有显著增加。由于幅值大于1带来的流动反向导致管道内的流动剧烈振荡,靠近壁面处的速度梯度在短期内发生大幅度改变并降低壁温,从而导致换热效果的显著增强。     

缠绕管内超临界甲烷流动换热特性研究

基于变Pr_t模型对超临界甲烷的流动换热特征进行研究,建立不同几何结构参数的管道模型,对比研究管道浮升力、离心力、重力、流动加速对流动换热影响。结果表明,修正Pr_t后的湍流模型将模拟误差由12%以上降至6%以下;换热系数随缠绕直径的减小而增大,减小缠绕管的缠绕直径可以减弱流动加速对传热的恶化作用;换热系数随管道直径的减小而增大,减小管道直径可以增强浮升力对传热的强化作用;重力、浮升力和离心力耦合作用使得绕管内湍动能分布发生向内下侧的偏移。     

缠绕管内超临界甲烷流动换热特性研究

基于变Pr_t模型对超临界甲烷的流动换热特征进行研究,建立不同几何结构参数的管道模型,对比研究管道浮升力、离心力、重力、流动加速对流动换热影响。结果表明,修正Pr_t后的湍流模型将模拟误差由12%以上降至6%以下;换热系数随缠绕直径的减小而增大,减小缠绕管的缠绕直径可以减弱流动加速对传热的恶化作用;换热系数随管道直径的减小而增大,减小管道直径可以增强浮升力对传热的强化作用;重力、浮升力和离心力耦合作用使得绕管内湍动能分布发生向内下侧的偏移。     

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。