超临界水中颗粒受Stefan流影响的数值模拟研究

超临界水气化(SCWG)技术由于其清洁及高效性而具有广阔的应用前景,反应过程中颗粒表面的Stefan流动不可忽略。本文主要开展在雷诺数10～200范围内的不同Stefan流方向以及强度对超临界水绕流固定球形颗粒的曳力以及传热过程影响的研究,同时对颗粒周围的流场以及速度和温度边界层进行了分析,结果表明,随着内向Stefan流强度的增大,曳力系数与努塞尔数均呈现增大的趋势,速度与温度边界层的厚度均呈现减薄的趋势;随着外向Stefan流强度增大,以上结论呈现相反趋势。     

不同组分天然气在绕管内流动传热特性数值研究

针对目前LNG绕管换热器设计时,考虑不同天然气组分对流动换热性能的影响,采用数值模拟方法分析了不同组分天然气在绕管内流动的传热特征。研究采用6.4MPa的6组不同组分的甲烷和乙烷混合物作为工质,探讨了混合物乙烷组分比重、雷诺数Re、普朗特数Pr对压降和努塞尔数Nu的影响。结果表明:在气态时随着乙烷组分比重的增加,混合物压降随Re数增加幅度变小;而在液态时混合物压降则随着混合物中乙烷组分比重的增加,压降随Re数增加幅度变大。在气态时乙烷组分增大有利于传热,而在液态时乙烷组分增大不利于传热,最后根据模拟结果拟合出适用的Nu公式。     

内螺旋肋管流动与传热特性的实验研究

对六种内螺旋肋管进行了流动与传热的实验研究,实验管内径为16．25-16．69 mm,内螺旋肋高为0．28-0．44 mm,螺旋肋牙数为40-45,螺旋角为43°-45°．研究表明,内螺旋肋管可以有效地强化传热,本文所研究的管型的传热强化倍率为1．67-2．99．比较了两种评价内螺旋肋管性能的方法．用Webb模型及Ravigururajan模型对内螺旋肋管进行了性能预测并与实验值进行了比较．两个模型的预测值与本试验结果有较大偏差,相对而言,传热模型稍优．     

百叶窗翅片管传热流动特性数值模拟与优化设计

本文通过数值模拟的方法探究了百叶窗翅片开窗角度α、开窗宽度L_w对翅片管传热流动性能的影响,结果表明,平均Nu数在33.45～43.41之间变化,阻力系数f在1.13～2.44之间变化。结合神经网络训练及遗传算法,选取了开窗角度α、开窗宽度L_w以及翅片间距L_p为优化参数,设计综合性能最优的百叶窗翅片结构。遗传算法优化后得到的翅片管(开窗角度为24.40°,开窗宽度为1.21 mm,翅片间距为1.43 mm)其平均Nu数为39.01,f为1.61。     

六流道喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了研究涡流管内部的能量分离机理,建立了六流道喷嘴涡流管的三维数值计算模型,采用Realizable k-ε模型对涡流管的速度和温度分布进行数值模拟,并将涡流管无量纲总温的径向分布与其他研究者的结果进行对比,验证了模拟结果的准确性。结果表明:保持入口压力不变,涡流管的制冷效应随着冷流率的增大呈现先增大后减小的趋势,存在着一个最佳制冷效应;涡流管内存在着内旋流、外旋流和循环流,循环流的存在使内旋流的能量传递到外旋流中,使得涡流管内存在能量分离现象;能量分离主要发生在涡流室区域附近。     

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。     

粘弹性减阻流动的雷诺应力模型研究

针对由Giesekus本构方程描述的粘弹性槽道减阻流动,建立了低Re数雷诺应力模型.通过与DNS数据的比较,该模型对平均速度、平均变形、减阻率和应力的预测较准确,而对时均速度剖面和脉动速度强度的预测精度有待提高.另外,对雷诺应力再分配项(压强变形率相关项)的模化有待改进.     

稠密气固流动二阶矩摩擦应力模型和模拟

基于统一二阶矩两相湍流应力模型和稠密颗粒动力学理论,建立了欧拉-欧拉双流体二阶矩颗粒摩擦应力模型。模型充分反映各向异性的气固两相相间雷诺应力相互作用,并引入有效颗粒弹性恢复系数,考虑了因颗粒表面不光滑产生的摩擦力对湍流流动结构和颗粒弥散特性的影响,对于下降管的计算结果与实验吻合较好。因颗粒摩擦产生能量耗散降低了颗粒温度和导致颗粒雷诺应力再分布。在入口和出口区域因颗粒碰撞频率较高而产生的能量耗散对流动结构影响明显。     

车辆散热器耦合传热模拟研究

通过合理简化,建立了百叶窗翅片散热器的耦合传热模型,利用大型CFD软件FLUENT对具有不同结构参数的百叶窗散热器的流体流动和传热性能进行研究。将数值模拟结果与文献试验关联式计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性。分析了百叶窗翅片主要结构参数（百叶窗间距、百叶窗倾角、翅片间距、翅片宽度等）对传热因子j和摩擦因子f...     

有石英窗口的圆柱形腔体热损失特性实验研究

腔体热损失特性是太阳能热发电领域的研究热点之一。石英窗口能使腔体内部与周围空气分离,改变腔体气流模式和温度分布,减小对流和辐射热损失,因此本文对有石英窗口的圆柱形腔体热损失特性进行实验研究。结果表明:石英窗口显著提高了腔体壁面温度。改变倾角和加热方式对侧壁面温度分布影响较大,底面温度基本保持稳定。腔体开口向上时,Nu_r、Nu_c无明显变化;开口向下时,Nu_r随倾角变化很小,而Nu_c变化较大。改变加热方式会引起Nu_r和Nu_c的明显变化,尤其在单独底面加热且倾角接近90°时,Nu_c迅速增加。     

微直通道内气体滑移流动的二维理论和数值研究

以微直通道内气体滑移流动为例,采用扰动分析方法,结合不同阶滑移条件,得出N-S方程的理论解.采用不同滑移模型,对不同进出口压比、长宽比、工质的微通道流进行理论和数值分析,着重研究稀薄效应、热蠕动效应以及不同滑移条件对计算结果的影响.计算表明,努森数是表征稀薄效应的特征参数,而热蠕动效应的强弱依赖于雷诺数.在极大长宽比的低速流工况下,理论和数值结果与实验吻合很好.     

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.     

受限空间狭缝射流传热特性数值模拟研究

狭缝冲击射流是一种高效的换热形式,传统湍流模型无法准确预测其换热规律。采用常用的k-ε系列湍流模型和k-ω系列湍流模型,结合Kato-Launder模型、剪切流修正模型、间歇转捩模型和横流效应修正模型,对受限空间狭缝射流开展了数值模拟研究。结果表明,标准k-ω湍流模型结合Kato-Launder模型和剪切流修正模型可在两种典型冲击距离下都成功预测壁面传热特性,间歇转捩模型对SST k-ω剪切应力输运湍流模型预测能力的改善作用极其有限,而Kato-Launder模型可以极大改善SST k-ω湍流模型在较小冲击距离下的传热预测能力,但在较大冲击距离下,Kato-Launder模型会预测出更为显著的努塞尔数伪第二峰值。     

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。     

磁流体流动与传热的格子Boltzmann模拟

考虑外加磁场下磁流体中纳米磁性粒子所受的各种作用力,建立了用于模拟磁流体流动与传热特性的两相格子Boltzmann模型,模拟了外加不同方向梯度磁场下平板间磁流体的流动与传热过程,计算了磁流体与平板间对流换热的Nusselt数,分析了磁场梯度方向、大小对Nusselt数的影响．     

低温绝热气瓶颈管传热的数值模拟与试验

利用数值模拟的方法建立模型来分析高真空多层绝热气瓶容器的漏热量,与理论计算相比,能更精确分析颈管传热包括颈管导热和气体换热所占的份额及液体充满率对颈管传热的影响。模型中还考虑了不规则内筒壁的导热和容器气相空间的传热,并且模拟结果与通过试验测试不同液位高度时绝热气瓶的漏热量吻合良好。     

相变乳状液在蛇形管中的流动和传热特性

用正十四烷、复合表面活化剂和水制成O/W型相变乳状液作为相变蓄冷及传热介质,对其作为非牛顿流体和固液两相流的流动和传热特点进行了分析,通过测试得出不同浓度乳状液在蛇形管道中的对流换热Nυ数和摩擦系数,并给出了换热和阻力的无量纲关联式。指出了对这类特殊相变蓄冷材料作进一步研究的方向。     

氚增殖剂球床内氦气流动特性的数值模拟

通过计算流体力学(CFD)数值模拟方法,对氚增殖剂球床内部的氦气流动特性进行了初步研究。分析了球床流通长度和流通截面对提氚气体压降的影响,获得了不同入口流速下规则堆积球床和随机堆积球床的压降和阻力系数。