微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明:在雷诺数Re为625~1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。     

圆管管翅散热器肋侧主流方向绝对涡通量研究

本文以圆管管翅式散热器为研究对象,采用数值模拟的方法对圆管管翅式散热器肋侧空气通道主流方向绝对涡通量的特性进行了探讨。给出了肋侧空气通道主流方向绝对涡通量无量纲化参数,二次流雷诺数;横向管间距、肋侧空气流动雷诺数对二次流雷诺数及努塞尔数的影响。     

圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性研究

圆管内液态铅铋合金的强制对流换热特性研究对加速器驱动的次临界核能系统的发展具有重要意义。运用大涡模拟方法,对恒热流密度条件下三维圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性进行了数值计算,对比发现模拟结果和实验数据及关联式吻合良好。对比了不同入口速度条件下流场的速度和温度分布、传热Nu数、无量纲时均温度、无量纲均方根温度和湍流涡分布等,进一步分析了不同雷诺数对圆管内液态铅铋合金强制对流换热特性的影响规律。在恒热流密度条件下,随着Re数的增加,液态铅铋合金的Nu数逐渐增大,圆管不同截面的温差逐渐减小,湍流涡分布增多,提高Re数能够增强液态铅铋合金的传热性能。     

微小单锥体热沉射流流动及换热特性研究

射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一,射流尺度及热沉结构均对换热性能产生显著影响。本文对一种微小单锥体热沉结构,采用Realizableκ-ε湍流模型对热沉表面流动及换热特性进行研究,并进行实验验证。结果表明:在本文研究范围内(锥体直径为5 mm,锥体高度h分别为5 mm、7.5 mm和10 mm,射流雷诺数Re_j分别为2000、4000、6000、8000),在锥体附近产生环形的带状区域。Re_j对区域半径影响显著,当Re_j分别为2000、4000、6000、8000时,对应的区域半径分别约为5 mm、12 mm、18 mm、23 mm。根据流动结构和压力分布特点,单锥体热沉表面可分为四个区域,分别为驻点区、斜掠区、折冲区和附壁射流区,锥体热沉局部努塞尔数与局部压力系数分布相对应.与h=5mm和h=10 mm的热沉相比,当h=7.5 mm时热沉对流换热效果较好,平均努塞尔数可提升3.4%~6.2%,在h=7.5mm、Re_j=8000的情况下,当热流密度小于0.192~0.324 MW/m~2时,锥体热沉可对热源实现有效散热。     

过渡流下后向台阶流动与瞬态传热特性研究

为了研究过渡流下后向台阶的流动与瞬态传热特性,建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值传热模型,采用非定常数值方式模拟了后向台阶的内部流场,比较了台阶下游底面瞬时努塞尔数Nu和时均努塞尔数Nu_m的分布,分析了台阶下游通道内温度分布规律。结果表明:过渡流下台阶底面Nu数沿着流动方向出现多个峰值,Nu数始终围绕Nu_m数发生波动。Re数为700时,主回流区未出现二次回流,Nu数在主回流区下游才发生波动;Re数为1200时,主回流区出现二次回流,Nu数在主回流区就发生了波动。台阶下游通道内温度沿法向呈阶梯式变化,Re数越大,近底面处的温度变化梯度也越大。     

平行风风速对腔体复合热损失特性影响的数值模拟

在恒热流边界条件和不同平行风风速下,考虑通过保温层和腔体壁面的导热热损失,采用三维数值模拟方法对一侧全开的圆柱形腔体复合对流和辐射热损失特性进行研究。结果表明:平行风下,腔体内的温度分布和开口面速度分布都与无风时存在很大差异;随着风速的增大,对流热损失平均努塞尔数Nu_c单调递增,而辐射热损失平均努塞尔数Nu_r并不单调递减,且风速越大,变化越不明显;随着腔体倾角的增大,同一风速下Nu_c和Nu_r并不像无风时那样单调变化。     

有内热源多孔介质通道中对流换热的研究—精确解

采用Darcy-Brinkman方程描述完全填充多孔介质平行平板通道内流动,分别利用局部非热平衡和局部热平衡模型,得出了温度分布和努塞尔数Nu的表达式。分别讨论了内热源、达西数Da、固相有效导热系数与流体有效导热系数之比κ和毕渥数Bi对无因次温度分布的影响,将两种模型计算得到的努塞尔数进行对比。结果表明,对于特定的参数,壁面处会出现热流分歧现象。达西数很小时,流体内部热源对无因次温度分布几乎无影响。存在内热源时,局部热平衡模型不再适用。     

微方肋冷却系统的换热特性

采用去离子水为冷却介质,对自行设计的不同结构微方肋散热器内的换热特性进行实验研究,结果表明:在进口温度为20 ℃、进口流量为57.225 L/h、底面平均温度为73.4 ℃时,散热器散热量可达2.83106 W/cm2,可以满足当前高热流密度散热需求;当散热面温度一定时,散热量随着散热器进口流量的增加而增加,但增速随散热器底面温度的增加变缓;努谢尔特数随雷诺数的增加而成幂次方增加,常规针肋结构和微针肋结构换热关系式不满足微方肋散热器特性。为了更好地表达微方肋散热器内的换热特性,拟合了微方肋散热器内对流换热关系式。     

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。     

高温吸热管内超临界CO2传热特性的数值模拟

研究超临界CO2在高温吸热管内的传热特性是将其应用于聚光太阳能热发电技术中的基础.本文对此进行了数值模拟研究,分析了流体温度、流动方向、系统压力、质量流率和热流密度对对流传热系数和Nu数的影响.结果表明:高温区(800—1050 K)的对流传热系数和Nu数受流动方向和系统压力的影响均很小,但都随着质量流率的增大以及热流密度的减小而明显增大;而随着流体温度的升高,对流传热系数近似线性增大,Nu数则近似线性减小.另外,本文研究发现在高温区可忽略浮升力对传热的影响,而由高热流密度引起的流动加速效应会明显恶化传热.最后,选取了八种管内超临界流体传热关联式与模拟结果进行对比,发现使用基于热物性修正的关联式对高温区传热数据预测的结果优于使用基于无量纲数修正的关联式得到的结果,且其中预测效果最优的关联式得到的计算结果与模拟结果之间的平均绝对相对偏差为8.1%.     

低温板翅式换热器仿真边界条件的设定

采用数值模拟的方法,研究锯齿形板翅式换热器在给定壁温、给定热流密度、冷热流体逆流布置和沿壁面长度方向变壁温这四种边界条件的传热特性,得到了在雷诺数为169、415、2725和4095的低压路氦气流动中,不同边界条件下翅片通道的局部努赛尔数沿无量纲高度方向上的分布。结果表明:对于相同Re数下,给定热流密度条件下的壁面温度分布趋势与实际工况下逆流布置时最为接近,其中间位置处局部Nu数沿无量纲高度方向上的变化曲线最为逼近,且计算得到的传热因子j值也最为贴近,所以,仿真时采用定热流边界条件能更好地真实模拟冷热流体逆流换热时的情况。     

非均匀热流边界条件下螺旋管内换热特性

对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流换热进行了数值模拟,结果表明:当螺旋管表面加热功率一定时,相同Re数下均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数高于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界下充分发展段的平均Nu数小于均匀热流边界;相同的De数下,曲率较小的螺旋管换热系数大。     

具有微小针肋阵列靶板表面冲击传热性能研究

本文对具有微小针肋阵列的粗糙靶板表面冲击传热性能进行了稳态实验和数值模拟研究,并与平板冲击传热进行了比较分析。射流雷诺数范围是15000～30000,冲击间距比分别为1.5、3和5。通过稳态实验获得了总体平均冲击传热性能和压力损失,数值计算采用k-ωSST湍流模型分析了冲击传热系统中的流场和传热特性。结果表明:微小针肋结构明显提高了冲击冷却系统总换热量,而压力损失增幅很小;相比于平板冲击传热,冲击间距比为1.5的微小针肋靶板冲击传热量提升幅度最大。数值计算还发现,微小针肋阵列弱化了端壁传热,冲击间距比为1.5、3和5时,微小针肋靶板端壁努塞尔数分别为平板的56.3%、53.0%和46.8%。     

多孔金属布置对热沉传热特性影响的数值研究

本文基于传统微通道热沉的物理模型,建立了完全填充、三角形填充、梯形填充、渐扩梯形填充及底层填充5种不同几何布置形态的多孔金属微通道热沉的数值模型。在层流流动的范围内,对不同布置形态多孔金属微通道热沉的阻力系数、平均Nu数、热阻、有效温控系数及能效因子等相关参数进行了数值研究,并应用场协同原理对多孔金属强化微通道的换热性能进行了分析。结果表明:微通道热沉中填充多孔金属后可显著改善速度场与温度场之间的协同性,填充不同多孔金属布置形态的微通道热沉可使平均协同角减小9.6°~23.2°左右;5种不同多孔金属布置形态的热沉中,完全填充热沉的热阻最小,冷却效果最好;等泵功情况下,当Re数大于150时,完全填充和梯形填充热沉的综合换热性能均优于传统微通道。     

梯形带肋内部冷却通道的流动及传热特性

本文将燃气轮机内部冷却通道简化为梯形截面带肋U型通道,采用瞬态热敏液晶技术获得不同雷诺数下通道表面的努塞尔数分布并与RANS和DES数值模拟对比。结果表明,斜置肋片引起的二次流沿程发展导致通道进出口段传热沿程发展,通道截面变化也对传热分布影响较大。DES方法比RANS方法更好地捕捉到了梯形带肋U型通道中的传热分布规律。     

流体横掠圆形微针肋热沉流动与传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横掠当量直径为90～200 μm的圆形微针肋阵列热沉的流动与传热特性进行了实验研究.实验数据显示:对于叉排实验件热沉,摩擦阻力系数对雷诺数的依变关系在Re=100前后发生转变;端壁效应、高径比和布置方式对摩擦阻力系数有很大影响;努塞尔特数随雷诺数的增大显著增大,其依变关系在双对数坐标下呈现较好的线性关系.     

带射流微小通道热沉的数值模拟及优化

本文对射流与微小通道结合的高热流密度热沉的性能进行了数值模拟。为比较不同结构尺寸的热沉性能,发展了一种同定流体泵功耗比较热源面温度的分析和优化方法,利用该方法对通道深度、喷口深度和通道宽度的影响规律进行了模拟分析和优化,结果表明这种热沉结构存在最优尺寸,最优尺寸和泵功有关。同时模拟结果也表明该热沉具有良好的散热性能,热...     

肋片双面带涡产生器的扁管管片式散热器数值研究

采用数值模拟的方法,研究了流道内上下两肋片均布置有涡产生器的扁管管片式散热板芯的传热与阻力特性,并与流道单面布置涡产生器的换热板芯进行了对比.结果表明,采用双面带涡产生器的肋片表面能在提高Nu的同时,降低流动阻力,换热性能得到了明显的提高,在Re=1500时,平均Nu数提高了8.6%,横向平均Nu最大提高了30%,阻力下降了6.5%.     

SLM增材制造高通量微通道换热器结构优化设计

选择性激光熔化技术(SLM)的出现,给性能更高效、结构更复杂的微通道换热器制备提供了有力的技术支持。实验利用Fluent软件对不同长短轴比k、螺距L的单、双边椭圆纽带强化管进行了仿真计算,并采用PEC评价法评价换热器的综合性能。结果表明:一定螺距的纽带强化管,雷诺数Re一定时,努塞尔数Nu和阻力系数f均随着长短轴之比k值的增大而增大;长短轴之比一定时,雷诺数Re一定时,螺距L增大,Nu与f均增大;其中k=2.0、L=20 mm的双边纽带强化管相较于圆形光管努塞尔数Nu提高了26%—50%,有较好的综合性能。     

圆管层流脉冲流动对流换热数值分析

对等热流和等壁温边界条件下圆管内层流脉冲流动对流换热问题进行了数值模拟。在等热流边界条件下的数值计算结果与理论解吻合很好。计算结果表明:在等热流和等壁温边界下脉冲流动可引起速度、温度以及努塞尔数随时间波动,振幅越大,脉冲频率越小,波动越大。但它们的时均值均等于在相同雷诺数下稳态流动的值,脉冲流动不能强化换热。