竖直圆管中超临界压力CO2对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在竖直加热圆管内的对流换热进行了实验研究,比较了不同流向、不同热流密度等对流动和换热的影响。实验结果表明,管内径为2mm时,在低进口Re条件下,由于浮升力影响导致层流向湍流提前转变, 对流换热增强;与向上流动相比,向下流动更易由层流转变为湍流;向下流动的换热要强于向上流动,表明浮升力对换热有很大影响。对于管内径为0．27 mm的微细圆管,当进口Re高于104时,浮升力的影响可以忽略,对流换热系数的变化完全由物性的变化尤其是cp的变化导致。     

EFFECTS OF FREE STREAM VELOCITY ON TURBULENT NATURAL CONVECTION FLOW OVER A VERTICAL FORWARD-FACING STEP

Measurements of heat transfer and fluid flow of turbulent boundary-layer air flow in natural and mixed convection over an isothermal two-dimensional, vertical forward-facing step are reported. The upstream and downstream walls and the step itself were heated to a uniform and constant temperature. Air velocity and temperature distributions and their turbulent fluctuations are measured simultaneously using a two-component laser-Doppler velocimeter (LDV) and a cold wire anemometer, respectively. The present study treats buoyancy-dominated mixed convection over a vertical forward-facing step and examines the effect of a small free stream velocity on turbulent natural convection. The experiment was carried out for a step height of 22 mm, for a range of free stream air velocities 0 m/s ? u_∞ ? 0.55 m/s (corresponding to a range of Reynolds numbers of 0 ? Re\abinf{s} ? 712), and a temperature difference, ΔT, of 30°C between the heated walls and the free stream air (corresponding to a local Grashof number Gr_xi = 6.45 × 10¹⁰). It was found that the reattachment length increases while the heat transfer rate from the downstream heated wall decreases as the small free stream velocity increases.     

超临界CO2-丙烷混合物管内传热特性数值研究

采用SST k-w湍流模型对超临界CO₂/丙烷混合工质水平管内的传热特性进行数值模拟研究。管径d=4 mm,加热段L₂=800 mm;混合工质浓度配比为100/0、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25;质量流速为150～250 kg·m^?2·s^?1;热流密度为30～40 kW·m^?2,入口温度293 K,入口压力7.5～30 MPa。随着丙烷浓度的增加,CO₂/丙烷二元混合工质的临界压力降低,临界温度升高,丙烷浓度从5%增加到25%,换热系数峰值降低6.19%～31.45%,但增加丙烷浓度可提高拟临界温度后的换热效果。P=7.5～8.5 MPa,换热系数有明显峰值;P=20～30 MPa,换热系数变化规律无明显峰值,并随压力的升高而减小。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。同一流体温度所对应的换热系数,随着热流密度的增加而减小。     

超临界CO2-丙烷混合物管内传热特性数值研究

采用SST k-w湍流模型对超临界CO₂/丙烷混合工质水平管内的传热特性进行数值模拟研究。管径d=4 mm,加热段L₂=800 mm;混合工质浓度配比为100/0、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25;质量流速为150～250 kg·m^?2·s^?1;热流密度为30～40 kW·m^?2,入口温度293 K,入口压力7.5～30 MPa。随着丙烷浓度的增加,CO₂/丙烷二元混合工质的临界压力降低,临界温度升高,丙烷浓度从5%增加到25%,换热系数峰值降低6.19%～31.45%,但增加丙烷浓度可提高拟临界温度后的换热效果。P=7.5～8.5 MPa,换热系数有明显峰值;P=20～30 MPa,换热系数变化规律无明显峰值,并随压力的升高而减小。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。同一流体温度所对应的换热系数,随着热流密度的增加而减小。     

涡轮叶片前缘阵列冲击冷却流动及传热特性数值研究

本文采用SST湍流模型模拟了类前缘通道内蒸汽射流阵列冲击冷却的流动与传热特性,分析了雷诺数(Re =10000～50000)、孔径比(d/H= 0.5?0.9)和孔间距比(S/H = 2～6)对流动及传热性能的影响规律,得到了相应的传热和摩擦关联式.结果表明:在不同雷诺数下,d/H从0.5到0.9变化时,通道压力损失系...     

周期性矩形槽通道入口流动与换热的数值分析

对周期性矩形槽流道入口的流动与换热进行了数值模拟。结果表明:在所考虑的参数条件下,流动和换热是非稳态的,并且随着Re的增大,这种随时间变化的特点越明显;当Re等于100、200时,经过1~2个几何周期,各周期的流速分布和无量纲温度的分布基本相同,流动和换热表现为明显的周期性充分发展特征。     

Heat and mass transfer characteristics during rapid solidification of Fe-Cu peritectic alloys

The viscose flow and microstructure formation of Fe-Cu peritectic alloy melts are investigated by analyzing the velocity and temperature fields during rapid solidification, which is verified by rapid quenching experiments. It is found that a large temperature gradient exists along the vertical direction of melt puddle, whereas there is no obvious temperature variation in the tangent direction of roller surface. After being sprayed from a nozzle, the alloy melt changes the magnitude and direction of its flow and velocity rapidly at a height of about 180 μm. The horizontal flow velocity increases rapidly, but the vertical flow velocity decreases sharply. A thermal boundary layer with 160–300 μm in height and a momentum boundary layer with 160–240 μm in thickness are formed at the bottom of melt puddle, and the Reynolds number Re is in the range of 870 to 1070 in the boundary layer. With the increase of Re number, the cooling rate increases linearly and the thickness of thermal boundary layer increases monotonically. The thickness of momentum boundary layer decreases slowly at first, then rises slightly and decreases sharply. If Re < 1024, the liquid flow has remarkable effects on the microstructure formation due to dominant momentum transfer. The separated liquid phase is likely to form a fiber-like microstructure. If Re>1024, the heat transfer becomes dominating and the liquid phase flow is suppressed, which results in the formation of fine and uniform equiaxed microstructures. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50121101 and 50395105)     

锯齿型通道流动和换热的周期性研究

本文对锯齿型通道内流动与换热的周期性进行了数值模拟.在Re=550～700范围内,入口段后的各几何周期的平均Nu数已随时间发生振荡,且随Re数增大,振荡起始位置朝入口方向移动;发生振荡的各几何周期的流场、无量纲温度场虽然在同一时刻不尽相同,但在不同的时刻可以找到近乎相同的流场和温度场,而且各几何周期平均Ⅳu数其振荡幅度基本相同,对时间求平均值后也基本相同,因此仍具有周期性充分发展的一些特性.     

入口段协同式翅片强化单相对流换热数值模拟

对二维平行平板通道入口段内设置协同式折流翅片的层流换热和流动特性进行了数值模拟。研究了翅片倾角以及通道长高比L／H对换热和阻力特性的影响。研究的Re数范围为100-1000。在翅片倾角β=0°-21.8°范围内, 通道内平均Nu数随翅片倾角β的增大而单调增大,随通道长度增大而单调减小。如果从相同泵功下强化效果来评价, 则是小倾角翅片较优,并且随Re数增大强化效果减弱。另外,分析表明,场的协同确实与换热率密切相关。     

微圆管内环状流凝结换热特性的数值模拟

本文提出了微圆管内环状流凝结换热的分析模型,考虑了重力、汽液界面剪切力、表面张力以及界面凝结热阻的作用。文中主要研究凝结换热过程中重力、入口蒸汽Re数及外壁面温度的影响。模拟的结果表明,重力对微圆管流动凝结换热的影响非常小,可被忽略;凝结液的排除主要依赖于汽液界面的剪切应力作用,使Nu随蒸汽进口Re数的增加而明显增大;冷却外壁面的温度对凝结换热也具有一定的影响, Nu将随外壁面温度的降低而增大。     

Experimental Investigation of Laminar Heat Transfer Inside Trapezoidal Duct Having Different Corner Angles

In this study, steady-state laminar forced flow and heat transfer in a horizontal smooth trapezoidal duct having different corner angles were experimentally investigated in the Reynolds number range from 10² to 10³. Flow is hydrodynamically fully developed and thermally developing under a uniform surface temperature condition. Based on the present experimental data of laminar flow in the thermal entrance region, new engineering correlations were presented for the heat transfer and friction coefficients for each corner angle. The results have shown that as the Reynolds number increases heat transfer coefficient increases but Darcy friction factor decreases. Also, it is observed that average Nusselt number increases while average Darcy friction factor decreases with increasing corner angle of the duct.     

水平螺旋管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

采用RNG k-ε 湍流模型对超临界CO₂流体在内径为4 mm, 长度2000 mm, 节距为10 mm, 曲率为0.1的水平螺旋管内的冷却换热进行了数值模拟.研究了质量流量、热流量以及压力对换热系数的影响, 并和超临界CO₂在水平直管内的冷却换热进行了对比.研究结果表明, 超临界CO₂在水平螺旋管内流动产生的二次流强于水平直管内的二次流, 前者的换热系数大于后者; 换热系数随质量流量的增加而增大; 在似气体区, 换热系数随着热流量的增加而增大, 而在似液体区, 热流量对换热系数几乎没有影响; 换热系数峰值点随着压力的升高而下降, 并向高温区偏移.     

超临界压力煤油传热不稳定实验研究

在压力2.5~4 MPa, 质量流量0.7~1.7g/s, 入口温度20~250 ℃的实验条件下, 对煤油在内径1 mm, 长度300 mm竖直上升圆管中的流动及传热不稳定现象进行了实验研究.结果表明, 当热流密度增大到一定程度后, 传热不稳定开始发生.不稳定发生的起始热流密度随压力和流量的增加而增大, 随入口油温的升高而减小, 且当入口油温升高到一定程度后无不稳定现象发生.不稳定发生的初始时刻, 出口油温迅速增加, 管道壁温明显下降, 传热系数增大; 实验段局部流速增大, 进而在管道内部形成压力脉动并产生声音.不稳定结束后, 出口油温几乎保持不变, 壁温会缓慢增加, 直至下一次不稳定发生.      

温度和雷诺数对表面活性剂溶液传热的影响

对不同温度和雷诺数下阳性离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶液在循环回路中的传热特性进行了实验研究。在水中加入表面活性剂后溶液的传热特性明显降低,在不同的温度工况下均存在一个临界雷诺数,随着溶液温度的改变而发生变化。在不同的实验浓度条件下均存在一个临界温度,在临界温度以下时,临界雷诺数随温度升高而增加;在临界温度以上时,临界雷诺数随温度升高而急剧下降。分析该表面活性剂溶液阻力减小和传热性能降低之间的关系,提出了通过对溶液温度的控制来改变减阻流体传热特性的方法。     

微通道-微槽群中间换热器特性实验研究

 对用于固体激光介质冷却的组合式中间换热器的流动与传热特性进行了实验研究。实验研究结果表明：努塞尔数随雷诺数的增加而增加，总热阻随微通道侧蒸馏水流量的增加而减小，总换热量随微通道侧蒸馏水流量的增加而增加，且换热器的传热系数可以达到1.5×104 W/(m²·K)，总热阻小于0.3 K/W，能较好地解决当前固体激光介质冷却系统中间换热器所存在的问题。     

非稳态横掠管束周期性充分发展对流换热的数值模拟

本文采用非稳态数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100以后流场和温度场随时间发生振荡,并且振幅随Re增加而增大;进一步增加Re到一定值后,在管束间会有交替出现的涡。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中的实验关联式基本是吻合的。平均Nusselt数的计算值随流动方向管间距的增加而增加。     

锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟

以带钢连续热镀锌生产工艺为背景,对抽象出的低Pr数流体混合对流流动和换热模型进行了数值模拟,给出了在不同Re、Ra及Ri时的流场和温度场.数值结果表明,当Re、Ra都不等于0时,在所考虑的参数范围内,流动和换热受自然对流和强制对流两种机理控制.Re不变,增大Ri,自然对流作用加强,并且当Ri增加到一定值时,流动和换热发生振荡.所给出的速度相图显示,对应不同的Re、Ra及Ri,流动和换热会出现稳态解、周期性振荡解和混沌.     

正四边形截面90°扭转通道发展段传热与阻力特性的研究

1引言燃气轮机中的叶片冷却问题现已成为传热学中一个重要研究领域。叶片内部冷却通道结构比较复杂，沿翼弦方向各通道截面形状及面积不同，在径向通道截面还在变化，并且有扭转。自80年代以来，叶片内部冷却的研究有比较大的进展［‘－‘］，但仅限于没有扭转的通道。那么，当通道扭转时与直通道有何区别呢？特别是索流发展段的传热与阻力特性的区别如何？文献卜6］研究了方形截面的扭转通道中层流充分发展段的与阻力与传热特性，发现对于换热来说，当四个壁面温度均匀时，传热并没有增强，还有所下降，但当四个壁面温度不同时，旋转的二次…     

On the influence of wall properties in the MHD peristaltic transport with heat transfer and porous medium

The effect of elasticity of the flexible walls on the MHD peristaltic flow of a Newtonian fluid in a two-dimensional porous channel with heat transfer has been studied under the assumptions of long-wavelength and low-Reynolds number. The analytical solution has been obtained for the stream function, temperature and heat transfer coefficient. The effect of various emerging parameters on the flow characteristics are shown and discussed with the help of graphs. The numerical results show that the trapped bolus increases in size and more trapped bolus appears with increasing permeability parameter, elastic tension and mass characterizing parameters but decreases for large values of Hartmann number.     

低品位烟气余热回收换热器热力学分析

低品位烟气余热回收过程存在冷凝现象,烟气的放热过程分为显热、潜热两部分。冷凝时,局部热流率和熵产率明显增大;增加水蒸气质量分数、冷却水质量流量和降低烟气入口温度都会导致烟气提前冷凝;存在最优冷却水质量流量使得热回收过程熵产数最小。另外,提出热回收效率评价烟气热回收程度,该指标受冷凝的影响很大。随着烟气中蒸汽质量分数的增加,冷凝过程的影响明显增强,因此,在低品位烟气的全热回收中必须考虑潜热的影响。