陶瓷微通道内的传热和压降特性

本文对一种新型陶瓷微通道换热器的传热与流动阻力特性进行了实验研究。实验工质分别为3M公司的HFE-7100和水。对于HFE7100流体,在传热面温度为40℃时热流密度可达10W/cm~2;对于水,传热面温度为35℃时热流密度可达约13W/cm~2。流动阻力特性实验结果表明,无论对于水还是HFE7100流体,在本实验范围内压降小于4.8kPa。     

微通道内沸腾流动与传热特性耦合机理研究

以水为工质,模拟研究不同条件下水平矩形微通道沸腾流动过程中气泡发生发展及流型演变与温度、压力、传热系数的耦合关系。结果表明：持续吸热的弹状流会占据通道大部分流动区域,易造成堵塞和局部高温;泡状流区域压力波动幅度较小,较长弹状气泡和大雷诺数均会导致较大的局部压降;升高热流密度减小了单相区长度,强化了核态沸腾,提高了通道整体传热性能;增大雷诺数使得通道内气泡尺寸减小,减少了两相流动的不稳定与堵塞现象,通道整体传热性能得以提升。     

入口节流微通道换热器内相变传热特性

设计加工一种带有入口节流结构的铜基微通道换热器,理论分析其传热模型、实验测量微通道换热器内相变换热的传热特性和压力特性。结果表明:换热器内部的热传递过程为其主要换热模式;换热器表面温度随加热热流密度的增大而增大;微通道入口流速对表面温度影响较小;入口工质过冷度线性影响换热器的表面温度。热流密度在不同阶段对换热系数有不同影响,热流密度为360 W/cm~2时,换热器换热系数出现最大值;换热器压降随热流密度和系统流速的增加而增大。     

矩形微通道内两相流流阻压降特性的可视化研究

以去离子水和质量分数为0.3%的水基纳米流体为工质,在当量直径为1.241mm的矩形微通道内进行了两相流流动沸腾的实验研究,并借助高速摄像仪对矩形微通道内流型随着质量流量及热流密度的变化进行了观察分析。实验结果表明:单位长度上的两相摩擦压降会随着质量流速的提升而提高;单位长度上的两相摩擦压降会随着热流密度的增大而升高;减小质量流速和提高其热流密度均会加快气泡的产生并提高气泡的脱离直径,当热流密度增大到一定程度时,通道内几乎为环状流与液态单相流交替出现,且环状流占周期中的较长时间。     

不同纳米流体在微通道内的流动传热特性研究

采用数值模拟的方法研究了不同工质在微通道内流动传热特性的差异。对比了去离子水、纳米流体Al₂O₃/Water、CuO/Water、TiO₂/Water、Cu/Water等工质在微通道内的流动传热特性,并研究了纳米颗粒的浓度对流动换热特性的影响。结果表明：CuO/Water作为冷却工质时的对流换热系数比水增加了9.6%,微通道底面平均温度降低了2.6 K,换热性能明显优于其他几种纳米流体。由于纳米颗粒的加入,纳米流体的粘度比水大,进出口的压降比水大。纳米颗粒的体积分数越大,对流换热系数越大,纳米流体在微通道内的换热性能越好。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明:对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明：对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

变物性对微通道内流动与传热的影响

分别采用入口物性、平均物性和变物性对Dh=0.333 mm、Re=101～1775的矩形微通道内层流流动与传热进行了三维流固耦合数值模拟.将不同方法下局部和平均流动与传热特性的计算结果与新近文献中的实验结果、常见关联式及近似理论解进行了对比分析.结果表明,与入口物性法相比,平均物性和变物性法均获得明显较低的fapp和较高的hz和Nuz.与平均物性法相比,变物性法在通道起始段具有更高的fapp Reave和较低的hz,而在后段具有较低的fapp Reave和较高的hz.Nuave的计算结果与Sieder-Tate关联式吻合良好,表明传统的宏观数学模型能够正确用于预测本文尺度和Re范围内微通道内的流动与传热特性.     

流动方向对超临界二氧化碳流动传热特性的影响

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO₂)在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾理论来处理sCO₂在两管中的流动和传热,将超临界流体视为多相结构,包括近壁区的类气层和管芯中的类液流体.结果发现,传热方面,在正常传热模式下垂直向上管内壁温和水平管底母线内壁温基本一致.当垂直向上管发生传热恶化时,垂直向上管的壁温峰值会随着超临界沸腾数(SBO)的增大超过对应焓值位置的水平管顶母线内壁温.垂直向上管中SBO区分了正常传热和传热恶化.而在水平管中,当弗劳得数小于100时,SBO主导顶底壁面最大壁温差.相比于垂直向上管,相同压力下的超临界流体在水平管内发生传热恶化需要更高的热流密度和质量流量的比值.流动方面,引起垂直向上管压降斜率增高的机理是孔口收缩效应.主导水平管压降变化的机理是分层效应,并用弗劳得数在水平管中顶底壁温差异与压降之间建立联系.     

ELECTROHYDRODYNAMIC ENHANCEMENT OF HEAT TRANSFER IN A SHELL-AND TUBE HEAT EXCHANGER

Enhancement of heat transfer in a heat exchanger via a DC corona discharge was studied experimentally using a single-tube shell-and-tube heat exchanger. Air was the working fluid in both the tube and shell sides. Excitation of the tube side was via a single wire electrode, while that of the shell side was via four rod electrodes oriented symmetrically at 90^° intervals. Three series of experiments were performed: (1) excitation of the tube side only, (2) excitation of the shell side only, and (3) simultaneous excitation of the tube and shell sides. Both heat transfer and pressure drop measurements were performed, with Reynolds number and electric field potential as parametric quantities in the tube and shell sides. It was found that highest enhancements take place when the tube and shell sides are excited simultaneously, yielding a 322% increase in the overall heat transfer coefficient. Study of the heat transfer enhancements per unit pumping power indicates that for the range of parameters studied, the technique is most efficient at moderate Reynolds numbers and at electrode potentials in the midrange between threshold and sparkover limits.     

竖直细圆管中超临界CO_2对流换热实验研究

本文对超临界二氧化碳在竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究,研究了入口温度、流体流量、热流密度及浮升力等对换热的影响。结果表明,超临界压力条件下流体的进口温度、流量和热流密度对对流换热有很大的影响。当流量比较大而热流密度比较低时,物性的变化相对较弱,计算结果与实验数据基本吻合;而当流量比较小而热流密度比较高时,物性的变化相当剧烈,计算结果与实验数据有很大差异。     

二氧化碳超临界流体的管内对流换热研究

随着自然工质ＣＯ２研究的进一步发展，系统中气体冷却器的换热问题越来越受到人们的重视，这是因为高的换热效率是提高系统ＣＯＰ的重要因素．本文首先阐明了超临界流体换热研究的处理原则和分类方法，并重新定义了ＣＯ２临界区范围．利用修改的 ＢＷＲ方程计算得出了 ＣＯ２临界区的物性变化规律，并分析了获得超临界换热关联式的理论求解方法．最后，建立了超临界ＣＯ２管内冷却过程的数学模型，为求解其换热规律提供了方法和依据．     

微细管内超临界二氧化碳冷却换热研究

本文对超临界二氧化碳在微细管内冷却对流换热进行数值模拟研究,分析不同流动方向和管径大小对超临界二氧化碳对流换热的影响,考察管内局部流体温度、管壁温度以及无量纲温度分布的变化。湍流模型采用低雷诺数YS模型。研究表明,在LPV范围比较大的截面,超临界二氧化碳局部换热系数达到最大值,同时管内传热受流动方向和管径的影响均较大。     

超临界注汽油井中蒸汽参数的数值计算

本文通过对动量方程、能量方程、散热方程等控制方程的离散求解,用稳态和瞬态相结合的方法,计算了超临界注汽油井地下垂直段、过渡段和水平段蒸汽参数（压力、温度等）和井简散热损失、压力降等随注入时间、注入流量和压力的变化规律．计算结果表明,随着井深的增加,蒸汽压力在垂直段和过渡段的前半部分是增加的,而在过渡段后半部分和水平段则减小,且同一井深位置随流量增加蒸汽压力减小,注入蒸汽压力高于２２ ＭＰａ时,井底蒸汽出口压力比入口高。同一井深位置每公斤蒸汽散热损失随流量的增加而减少,而随压力的增加无明显变化。井底蒸汽压力和温度在注入时间大约３天左右即趋于一稳定值,而井底热损失则随注入时间的增加而减少．     

制冷剂CO_2两相流动及沸腾传热特点分析

为了能够设计出高效的 CO2 蒸发器,有必要对 CO2 两相流动和沸腾传热特点进行研究.通过理论模拟计算发现,CO2 出现液滴夹带时的临界气相速度远小于传统制冷工质,CO2 的液体夹带率比传统制冷剂高,这说明了环状流是CO2 两相流动的主要型式.CO2 的核态沸腾抑制干度值比较大,大约为传统制冷剂的 1.5 倍左右,表明 CO2 的流动沸腾传热机理主要是核态沸腾占主导地位.CO2 出现干涸时的干度比较低,说明发生干涸现象比传统制冷剂较早.     

超临界CO2在烧结多孔圆管中换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在烧结多孔介质的竖直圆管中的对流换热进行了实验研究。分析了入口温度超过准临界温度、颗粒直径为0．2-0．28 mm的多孔圆管中,压力、流量、热流密度以及流动方向对超临界二氧化碳对流换热的影响。结果表明,准临界点附近剧烈变物性的影响使得超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热非常复杂。对流换热随着温度远离准临界温度和热流密度的增加不断减弱;流量对对流换热的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响。     

超临界锅炉内螺纹管传热特性的研究

本文在全周加热和单侧加热的条件下,对600 MW超临界变压运行直流锅炉水冷壁φ28×6 mm内螺纹管进行了传热与阻力特性的试验研究。试验参数为压力13-27 MPa,质量流速400-1800 kg/m2·s,内壁热负荷200-800kW/m2。试验得出了在不同参数条件下的壁温分布、发生传热恶化的临界条件、单相及两相对流放热系数、干涸后放热系数及内螺纹管的摩擦压降,提出了计算关联式,比较了单侧加热与全周加热的区别,为超临界锅炉设计提供了重要依据。     

管内超临界压力水的混和对流换热

本文利用FLUENT6.0软件,数值研究了超临界压力下水在光管内作层流流动和换热特性,着重考察了重力引 起的二次流的影响。研究发现垂直管中由于浮力作用,速度曲线不再是抛物线,而成M状,并在壁面附近出现峰值;重 力作用下,物性的剧烈变化在水平管垂直流动方向引起了很强的二次流,从而影响了阻力特性和换热特性。