空温式翅片管气化器结霜模型及数值模拟

以分形理论的DLA模型为基础,建立了空温式翅片管气化器深冷表面上霜晶生长的二维模型,模拟了深冷表面上的霜晶生长过程.采用计盒维数法对模拟出的霜晶生长图像进行了分形维数的计算,结果表明深冷表面上霜晶的分形维数较一般冷表面上的分形维数大,从而说明深冷表面上的霜晶具有更加复杂的结构,充满空间的能力更大.这对进一步理解空温式深...     

翅片管气化器管内相变传热流动数值模拟

采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义程序(UDF)实现了液氮相变模拟,模拟了不同进口流速对翅片管气化器管内流体换热量、压力降、含气率及汽化体积的影响,并分析了各参数随进口流速改变而变化的原因。由数值模拟可知,翅片管内流体进出口焓差、含气率及单位质量汽化体积随进口流速的增加而减少,而压力降和总换热量随进口流速的增加而增大,其中压力降增大的主要原因是由加速压降引起。     

空浴式翅片管气化器传热性能数值模拟研究进展

对国内外空浴式翅片管气化器传热性能数值模拟研究现状进行了综述,分析了针对管外自然对流传热、水汽在翅片管凝结及凝华结霜、管内流动沸腾传热的数值研究现状,指出了多相流耦合传热数值研究方面存在的问题,对多相流耦合传热数值模拟物理模型的优缺点进行了讨论,最后对空浴式翅片管气化器传热性能数值研究进行了展望并得出结论。     

非稳态下翅片管气化器霜层内温度分布数值研究

为了分析非稳态下空温式翅片管气化器霜层内温度分布,采用数值模拟技术对多组影响因素进行数值计算。通过指数模型和多元线性回归模型,拟合出非稳态下霜层内温度分布关系式。结果表明该拟合关系式总体均方差小于10%,其精度在工程计算要求范围内,可用于工程计算。     

空温式翅片管气化器非稳态结霜速率分析

观测了某实际运营的空温式翅片管气化器附近湿空气流动状态。基于热力学理论和湿空气流动状态建立了空温式翅片管气化器表面非稳态结霜模型,推导了非稳态结霜速率的关系式,分析了不同工况下非稳态结霜速率影响因素。非稳态结霜速率随湿空气温度、相对湿度和气流速度增加而增加,其主要影响因素为湿空气温度和相对湿度,而气流速度影响相对较小。非稳态结霜速率分析为精确计算空温式翅片管气化器传热特性提供了一定理论依据。     

竖直纵向翅片管自然对流传热特性及优化

首先利用数值计算的方法对自然对流条件下竖直放置的纵向翅片管的传热特性进行研究,得到了基管恒壁温下基管高度、翅片长度、翅片夹角及其交互作用分别对散热量和单位质量散热量的影响次序,并获得了计算范围内的竖直纵向翅片管的最优结构.在数值计算的基础上,又对竖直纵向翅片管在闭式小室内在基管近似恒壁温条件下进行试验研究.对比试验和数值计算得到的竖直纵向翅片管散热量和单位质量散热量,平均偏差为3.3%.数值计算采用的具体方法可靠,获得的结论可信.     

毛细管内液氮的自然对流换热数值计算分析

主要探讨了毛细管管径以及倾角对其内的加热丝与液氮的换热效果的影响。应用FLUENT软件对0、30、60、90倾角下管径为1.2mm和2.0mm的毛细管内的加热丝与液氮的换热情况进行了三维数值模拟,得到了管内液氮的速度、温度以及加热丝的温度分布情况。数值计算结果与实验结果吻合的比较好。计算结果表明倾角为30°和60°的换热效果最好,大管径下的换热情况要比小管径的换热效果好。     

水平热板上液态金属自然对流的数值模拟

液态金属拥有很好的导热性,作为冷却介质具有广泛的应用前景,但其分子普朗特数远小于常规流体,导致换热特性与常规流体存在差异。本文对Ra=10~4~10~7范围内热面向上水平平板上液态铅铋合金的自然对流换热进行了数值模拟研究,对比了不同瑞利数下温度场的差异,并给出了 Ra=10~4~10~7范围内平均努塞尔数的计算公式。     

多孔介质融化相变自然对流数值模拟

根据体积平均理论,建立多孔介质中融化相变过程自然对流模型。数值模拟了以石英砂颗粒为骨架、冰为填充相的二维融化过程。数值结果表明,在融化区上部发生较强烈的自然对流,融化界面与水平线倾角随融化时间越来越大。     

结霜工况下翅片管气化器表面气流换热特性试验研究

为深入掌握气化器翅片管表面结霜过程中翅片管表面气流换热特性,以液氮为介质进行了翅片管表面结霜试验,分析了翅片表面结霜特性及气流温度、相对湿度沿翅片管轴向变化规律。结果表明:翅片管表面结霜最先出现在入口处的翅尖位置,沿翅片管径向越靠近翅根结霜现象越晚出现。结霜初期,翅片管(0mm—300mm)表面换热程度由强逐渐减弱,翅片管(600mm—900mm)表面换热程度由弱变强,随后逐渐减弱;结霜后期,整个翅片管表面换热程度呈稳定状态。可见,在设计气化器第一根翅片管时,应考虑适当增加翅片高度以延缓基管表面霜层的出现,提高气化器换热效率。这为进一步探寻合理有效抑制翅片管表面结霜方法提供了一定的理论基础。     

封闭腔内纳米流体强化自然对流换热的数值模拟

采用F luen软件对封闭腔内Cu-H2O纳米流体强化自然对流换热进行了数值模拟,重点分析Cu纳米粒子添加量和Gr数对换热性能的影响,并解释其换热机理。研究结果表明:在水基液中加入Cu纳米粒子可以显著提高基液的自然对流换热特性。对于一给定的Gr数,随着纳米粒子质量分数的增加,纳米流体的速度组成部分增加,纳米流体质量分数越大,x方向和y方向的速度峰越大,因此加速了流体中能量传输。另一方面,随着Gr数的增加,流线图中旋涡逐渐变大,流线间强度增加,说明换热效果逐渐增强。当Gr数较小时,传热主要是由热壁和冷壁之间的热传导引起的,随着Gr数的增大,换热逐渐变为由对流换热占主导地位。     

自然对流状态下深冷竖直平板霜层导热系数实验研究

利用设计的竖直平板结霜实验台,对自然对流状态下竖直平板表面非稳态结霜过程进行了动态描述,分析了霜层厚度变化规律,描述了湿空气在竖直平板附近的流动状态及温度分布。基于实验观测,把竖直平板非稳态结霜过程分为沿平板法线方向增厚和沿平板切线方向推进两个阶段。利用最小二乘法,拟合了竖直平板霜层导热系数在推进阶段随推移距离的关系式。通过反复实验,不断完善数据,可使拟合结果具有更高的适用性,也为工程设计提供依据。     

黑腔冷冻靶传热与自然对流的数值模拟研究

惯性约束聚变的设计要求在靶丸内形成均匀光滑的氘氚冰层, 靶丸周围的热环境对冰层的质量特别是低阶粗糙度有很大的影响. 本文对自主研发的黑腔冷冻靶实验装置中的热物理问题展开了数值模拟, 重点考察了黑腔冷冻靶的传热和流体力学特性. 通过参数分析得到了自然对流对靶丸温度均匀性产生影响的临界条件. 比较了黑腔不同布置朝向时的流场和温度分布, 结果显示黑腔水平布置时自然对流更加强烈, 造成的靶丸温度不均匀性也更大. 在此基础上, 讨论了消除自然对流影响的可能性, 结果发现仅当黑腔垂直布置时利用黑腔分区方法能够消除对流效应对靶丸温度不均匀性的影响而黑腔水平布置时不能消除. 研究结论对于实验中冷冻靶结构的设计、改进和实验的开展等具有指导意义.     

Experimental study of transient heat transfer characteristics of single-phase natural convection in multidimensional porous bed with volumetric heat generation

Natural convection in an internally heated porous bed of height and diameter of 450 mm and 500 mm, respectively, and superposed with the fluid layer has been experimentally investigated. The onset of natural convection in the bed is indicated by change in the rate of temperature rise within the bed. An empirical model based on local Nusselt number and local Rayleigh number has been developed. A comparison of the present model with the models in literature is made to draw out the differences between the local heat transfer of large multidimensional beds and the average heat transfer of small beds.     

Natural convection heat transfer at reduced pressures

This paper experimentally studies the natural convection heat transfer characteristics on horizontal and vertical plates at pressures lower than atmospheric value. Eight different pressures ranging from 10Pa to 101.325kPa, and three heating loads were used in the experiments. It is found that natural convection heat transfer characteristics at reduced pressures are independent of the plate arrangements and present different behaviors in two pressure ranges, 10Pa < p < 1000Pa and p > 1000Pa. The experimental heat transfer results are correlated into a non-dimensional equation to help the thermal design of stratosphere aircrafts and airborne equipment.