基于多相流模型的腔体内纳米流体自然对流换热数值模拟

运用多相流混合模型和单相流模型模拟了纳米流体在封闭腔体内的自然对流换热特性,将模拟结果与相应的实验值进行对比,分析了瑞利数、格拉晓夫数和纳米颗粒体积分数等物理量与努塞尔数的关系;同时,对比分析了纳米流体和纯水在水平与垂直中心截面的速度分布,以及封闭腔体内流体的温度场及流场.结果表明:基于N-S方程的单相流模型所得努塞尔数变化曲线与水的努塞尔数曲线较吻合,但不能反应纳米流体的换热特性;而基于多相流混合模型所得努塞尔数变化曲线与相应的实验结果较吻合;纳米颗粒的添加能够显著增强封闭腔体内的流体运动,有利于强化封闭腔体内流体的能量传输,起到了对流换热作用.     

水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析

通过实验与数值计算相结合的方法,对大空间水平圆管的自然对流换热过程进行研究.实验得出圆管自然对流换热系数随管壁温度的升高而增大,并拟合了实验条件下的自然对流换热实验关联式.以Fluent为平台,对水平圆管在大空间内的自然对流换热进行数值分析.结果表明,自然对流换热强弱取决于圆管壁面与周围流体温差的大小,温差越大,自然对流流动发展越快,最大流速越大,圆管周围空气在温差产生的浮升力驱动下形成不断上升的气流.     

爆燃动力装置内弹道多相流数值模拟

为揭示爆燃动力装置内弹道特征量在空间和时间上的变化规律,在考虑主装药和辅助装药共同作用的基础上,应用内弹道多相流数值模拟和内弹道测试试验相结合的方法开展研究。在建立爆燃动力装置物理模型的前提下,构建了爆燃动力装置混合装药内弹道多相流守恒方程及其辅助方程;采用CE/SE差分方法,对爆燃动力装置内弹道多相流数学模型进行求解,获得了爆燃动力装置起爆过程中内弹道特征量随时间的变化规律及其典型时刻的空间分布规律。开展的爆燃动力装置内弹道测试试验表明,数值模拟结果与试验结果吻合,验证了爆燃动力装置内弹道多相流数学模型的合理性和CE/SE差分解法的有效性。     

基于非均质多相流模型的液舱晃荡数值模拟

应用非均质多相流模型对不同装载率和激励频率下矩形液舱的横摇晃荡运动进行了数值模拟.分析了液体重心的横向和纵向运动情况,计算了不同工况下自由液面形状与速度场分布以及舱壁测点处压力的时间历程和相应的功率谱密度.模拟结果与均质模型计算结果和试验结果的对比分析验证了非均质模型在模拟液舱晃荡时的优越性.     

物性参数对纳米流体强化换热的影响

对铜-氩纳米流体在矩形槽通道内流动和换热情况进行了数值模拟,对基础流体和不同体积分数的纳米流体在不同Re下的换热情况进行研究,分析了纳米流体热物性的改变对强化换热的影响.研究表明:相对于基础流体而言纳米流体由于具有较好的导热性能而强化换热,并且纳米流体体积分数越大,其导热性能越好,从而换热能力也越大.对于相同体积分数的纳米流体,其换热系数提高的程度与流体的速度有关系,流速越小,换热系数提高得越大,而随着流速的逐渐增大换热系数提高的程度逐渐下降.     

受限方腔内绕流两圆管强制对流换热的数值研究

针对热电冷综合利用系统中的集热箱,抽象出一个受限方腔内两圆管的强制对流换热问题并进行了数值研究.分别对不同雷诺数Re以及不同管间距s的情况进行数值模拟.结果表明,Re较小时流体流动与换热随时间变化,最后趋于一个稳定的对称状态;当Re增加至一定值后,流体流动与换热随时间变化,处于非对称状态.随着Re的增加,流动出现振荡,流体与圆管壁面换热不断增强,计算得到的解从定态解发展为周期性振荡解、多倍周期振荡解,最终发展为混沌.对于不同管间距s,当Re≤150时,管子间距的不同对受限腔内的换热影响不是很大;当200≤Re300时,管间距s对于流动与换热有较大的影响;但当Re≥300之后,管间距s对换热影响较小.     

熔盐基纳米流体管内流动换热特性模拟

为研究Al2 O3-HITEC熔盐基纳米流体在恒热流加热管内流动换热特性,采用计算流体力学的研究方法,利用单相流热扩散模型进行了数值模拟.分析了不同质量分数的纳米颗粒对熔盐换热性能的影响,并从流体热物性的角度探讨了换热性能改变的原因.对比结果说明热扩散模型可以用于模拟熔盐基纳米流体管内流动换热.模拟结果表明:与纯熔盐管...     

同心圆柱体间旋转气隙内对流换热的数值模拟研究

本文利用商用CFD软件对发电机气隙简化模型——同心旋转圆柱体间环形气隙内流体对流换热情况进行数值模拟,得到了不同泰勒数Ta下流场的速度分布、温度分布和热流密度分布。将模拟得出的平均努赛尔数Nu与经验公式的计算值进行了对比,误差在合理的范围之内,证明了数值模拟的有效性。计算结果表明,受流场中泰勒涡的影响,速度、温度、以及热流密度沿轴向的分布呈现周期性波动,波动频率与泰勒涡的数量相同,其中,速度与温度分布波动的变化趋势相同,热流密度波动的变化趋势与前两者相反;泰勒数Ta越大,流场的平均努赛尔数Nu越大,流场的对流换热性能越好。另外,本文还对带凹槽气隙模型进行了流动模拟,分析了泰勒-库特流能够强化传热传质的原因,为后续发电机环形气隙对流换热特性的模拟做准备。     

流体在螺旋管内对流换热和压降性能的数值模拟

分别对螺旋椭圆管和螺旋扁管建模并进行数值模拟和理论分析,对比研究两种螺旋管道的流动换热性能及沿程换热情况,结果表明:层流范围内,螺旋扁管的换热性能好于螺旋椭圆管,但流动阻力较大,根据综合性能评价因子得知螺旋扁管较好;湍流范围内,螺旋椭圆管性能好于螺旋扁管.沿程换热情况表明螺旋管长约为0.5 m时换热效果最佳,同时螺旋管几何尺寸对换热性能也有影响.     

低浓度多相流管道冲蚀磨损数值模拟

液固多相流冲蚀磨损会严重影响管道的使用寿命。以某输油管线设计为研究对象,运用Fluent软件中的Mixture-DPM双向耦合模型研究低浓度颗粒的油水多相流管道流场变化,分析集输管线整体冲蚀速率分布,得到了不同管件冲蚀磨损较严重的区域。为了进一步研究冲蚀磨损的影响因素,选取3种不同的入口流速及原油含水率进行综合对比分析,结果表明：不同管件的冲蚀磨损区域各不相同;90°弯管磨损区域主要集中在外拱壁面,三通管磨损区域主要位于下支管右壁面,渐缩管磨损区域主要位于喉部区域及出口处,盲三通在盲端1/3处形成小型旋涡,且磨损区域主要位于盲端与下支管相贯线区域以及下支管右壁面处;冲蚀速率随入口流速的增加呈指数型增长,指数系数为1.89;随原油含水率增加,冲蚀速率呈倒"U"形变化,当含水率为20%时,冲蚀速率达到最大值。     

螺纹管管内流动与传热的数值模拟

采用数值模拟的方法对螺纹管管内的流动与换热情况进行了研究.针对不同槽深螺纹管在不同雷诺数下内部的速度矢量场进行了对比分析,详细研究了螺纹对管内两种流动方式及其对流动和换热的影响.研究结果表明,随着槽深e的增加,旋流不断加强,减薄边界层,涡流引起的扰动也逐渐增强,并加强了管内流体径向混合,因而强化了螺纹管的换热能力.但是当槽深e继续增加到一定程度时,旋流的增强主要集中于对换热影响较小的中心区域,而对换热影响较大的壁面附近的变化很小,这时旋流对换热的强化影响很小;此时涡流核心区又会逐渐形成死流,从而弱化换热,并且随着槽深e的增大,死流区逐渐扩大.     

颗粒绕流圆管传热的数值模拟研究

干法粒化后的高炉渣颗粒余热回收工艺主要以空气为冷却介质,由于空气的比热容小从而导致热效率低,因此,提出用自流床余热锅炉来回收高温炉渣颗粒的余热.基于CFD软件,将流动的颗粒当作连续的黏性流体,建立了一个三维数学模型,对颗粒绕流圆管传热的过程进行数值模拟,并验证了模型的正确性,研究了颗粒入口速度、水入口速度以及水入口温度对余热锅炉换热效果的影响规律.数值模拟结果表明:增大颗粒和水入口速度,可提高换热效果;增大水入口温度,传热系数没有变化,但热回收率减小.     

纳米流体在回路型重力热管中的沸腾传热特性

对回路型重力热管蒸发段中氧化铜-水纳米流体的沸腾传热特性进行了试验,分别讨论了纳米颗粒的质量分数wCuO,工作压力p等参数对沸腾换热系数和临界热流密度的影响.结果表明：母液中添加适当浓度的纳米颗粒可以同时强化沸腾换热系数和临界热流密度;工作压力对沸腾换热系数有显著影响,而对临界热流密度的影响十分微弱;热管蒸发段的临界热流密度随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后保持稳定;而沸腾换热系数也随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后反而逐渐降低.临界热流密度强化机理主要来自于纳米颗粒在加热表面形成的吸附层;而沸腾换热系数强化与吸附层和纳米流体自身物性变化均有关系.     

错列翅片换热器表面换热及阻力特性数值研究

在中低雷诺数情况下 ,应用SIMPLE算法对紧凑式错列翅片换热器表面的传热及流动阻力进行数值模拟 将模拟结果与实验数据和经验关联式相比较 ,吻合较好 ,表明此算法是是可行的 数值计算的结果表明此紧凑式换热器具有良好的换热特性 ,在空调领域具有广阔的应用前景     

纵向波纹内翅片管中层流充分发展对流换热的数值模拟

采用Delaunay方法生成三角形网格 ,用控制容积积分法生成离散方程 ,采用点迭代方法对 4种不同波纹数、6种不同内外径比的纵向内翅片管通道内的层流充分发展段对流换热进行了数值计算 .计算表明 ,存在临界的Rin值 ,使得流动阻力最大、换热最强 ,从而对层流强化换热管的设计提供了一定的参考依据 .     

纳米流体作为柴油机冷却系传热介质的数值模拟

应用Cu-水纳米流体作为柴油机冷却系传热介质,利用CFD方法对质量浓度为0.5%,1%,3%和5%的Cu-水纳米流体在柴油机冷却水套内的流动和换热过程进行三维数值模拟.并采用湍流随机跟踪方法,对固液两相流离散项纳米粒子的运动进行轨迹追踪,得到了不同质量浓度纳米流体Cu粒子在柴油机水套内的浓度场分布、速度场分布、内能变化、停留时间、换热总量以及水套进、出口之间的压降变化计算结果表明,以Cu-水纳米流体作为传热介质可以显著提高柴油机的散热性能,随着纳米粒子浓度的增加,柴油机散热能力增强,水泵功率损失小范围增加,Cu粒子在水套内的平均停留时间与其浓度相关性不明显,换热效率与纳米流体的流速相关性不明显.     

金属泡沫管内强制对流换热的数值模拟

对空气在金属泡沫管内的强制对流换热进行了二维数值模拟.动量方程采用BrinkmanForchheimer扩展达西模型,能量方程采用考虑流体和固体局部不平衡的二方程模型,并用金属泡沫方形通道的试验数据验证了程序的正确性.模拟结果表明:金属泡沫管的努塞尔数随孔隙率的减小或孔密度的增加而增大,且随流体和固体导热系数比值的减小而增大;金属泡沫管的强化换热效果十分明显,但其压降远大于光管.数值模拟结果与相关文献的结果符合较好.     

二维导热与通道层流流动与传热数值计算及彩色图形显示

介绍了利用计算机图形对数值模拟结果图形显示的技术,应用Sun工作站底层图形功能开发了动态显示程序,可以逼真地显示不稳态过程的动态效果。