带有纵向涡发生器的翅片管的流动与传热数值研究

用三维数值的研究方法对带有纵向涡发生器的翅片管流动和传热进行了数值研究。研究发现,使用了45°冲角的矩形小翼纵向涡发生器可以使得翅片管的传热增加10.4-24.6%,同时相应的压力损失增加30.5-57.2%。研究了不同的冲角(a=30,45,60)对于管翅间换热和流动的影响,结果显示冲角为30°时效果最好。     

纵向涡发生器强化传热的研究历程及进展

首先简要回顾了纵向涡发生器的发展历程,对前人进行的关于纵向涡发生器的实验研究和数值分析进行了归纳分析,并运用场协同原理对纵向涡强化换热的机理进行了初步分析。最终得出结论,对以后纵向涡发生器的发展和研究给出具体意见,认为系统地了解纵向涡发生器各种各样的几何参数对换热和压降的影响,对于将纵向涡发生器成功地用于紧凑式换热器是非常重要的。     

带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器数值分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器和圆管翅片换热器的空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.结果表明,在模拟的流速范围内,与圆管翅片换热器相比,带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器的换热效果Num平均强化了32.4%,其综合换热性能(Nu/f)提高了28.93%,明显好于圆管翅片换热器.纵向涡强化换热的内在机理可以用场协同原理进行解释,它改善了速度场和温度场的协同,使全场的速度和温度梯度之间的夹角减小.     

红外热像仪在纵向涡强化传热研究中的应用

应用红外热像仪对水介质中HP-LVG4和HP-S背面温度场进行了拍摄,结果表明在加热功率密度基本相当时,HP-LVG4内壁温平均值相对于HP-S降低了18.1%;在平均内壁温基本相当时,HP-LVG4的加热功率密度比HP-S提高了29.3%.以上结果说明,红外热像仪可以较好地应用在纵向涡强化传热研究中.     

导热泥强化传热作用的数值模拟

本文对于导热泥在输运沥青等粘稠物质中的强化传热作用进行了数值模拟。计算中采用直角坐标系下的区域扩充法处理不规则的边界,时间项离散采用全隐格式,导热泥表面辐射热流按附加源项法处理。计算表明,采用导热泥强化了传热,完全可以替代蒸汽套管加热方式。     

窄间隙矩形通道内纵向涡发生器间距的数值优化

强化换热在很多领域都有十分重要的应用,引起了人们的广泛关注.在换热表面上周期性地安装纵向涡发生器可以使流动区域产生纵向涡从而能够增强换热,本文采用CFX10.0对一侧安装纵向涡发生器的窄间隙矩形通道进行数值模拟,分析了在不同的Re数下,纵向涡发生器的间距对三维稳态流动和传热性能的影响,通过对综合换热因子j/f以及 出口温度和进出口压降的分析,获得安装间距的优化结果X=30～45.     

管内插入扭带的强化传热数值模拟

为了定性及定量研究管内插入扭带的强化传热方式,建立了以空气为传热介质的管内插入扭带强化传热的套管式换热器模型,进行数值模拟研究,并且与实验结果相比较,模拟值与实验值在Re＞5000时的偏差小于2%,由此可验证数学模型的正确性.从插入扭带管和光滑管的速度与温度的对比图中可看出扭带的强化传热作用.并定量地描述出扭转比以及摩擦阻力系数与传热效果的数值关系.     

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。     

几何参数对涡发生器流动传热特性影响研究

本文首先对"common flow down"(A形式)和"common flow up"(B形式)两种形式纵向涡发生器的流动换热性能进行了计算比较,发现B形式纵向涡发生器Nu数比A形式纵向涡发生器在计算范围内平均增大2.8%,而f因子却平均减少9.1%,这表明B形式纵向涡发生器是一种性能更加优异的强化传热表面方式;考察了B形式纵向涡发生器的几何参数对流动换热性能的影响,结果表明B形式纵向涡发生器空气侧Nu数与f因子随着攻角减小、高度h_(VG)增大、x_(VG)减小、y_(VG)减小而增大,而随着长度l_(VG)的增大Nu数先增大后减小,同样f因子随着长度l_(VG)的增大也先增大后减小。     

纵向涡强化换热特性及机理分析

本文在尼Re=190～1125范围内对两种不同形状纵向涡发生器(矩形、三角形)以两种不同方式(渐缩式、渐扩式)布置于平行通道内的流动换热特性进行了三维数值模拟研究,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析.结果表明:纵向涡使通道换热得到很大提高,通道平均Num数最大可提高46%.比较了通道性能评价指标(Num/Num0)/(f/f0),综合性能三角翼优于矩形翼,对于三角翼布置方式不同对综合性能影响不大,对于矩形翼渐扩方式布置优于渐缩方式.纵向涡使速度与温度梯度的平均夹角减小,通道中流场和温度场协同程度得到改善.     

新型涡流发生器强化换热实验研究

本文对矩形通道内分别布置单排一对直角三角翼、矩形翼、梯形翼、斜截圆柱体、斜截椭圆柱体等涡流发生器强化传热的效果在层流和紊流范围内（Re=800～38000）进行了对比性实验,并比较了各自对压力损失的影响,指出斜截椭圆柱体涡流发生器是一种强化换热效果好阻力损失又低的新型涡流发生器。     

狭窄通道湍流纵向涡强化换热实验和数值研究

本文采用实验的方法,研究了单面加热矩形狭窄通道内,翼片型纵向涡发生器对流动换热的强化作用.在此基础上,应用大涡模拟的方法对通道内的瞬态流场及其对壁面对流换热的影响进行了研究,并将数值模拟与实验进行了比较.结果表明,通过添加翼片可以在流动中产生涡流,强化壁面边界层与流体的物质和能量交换,并验证了将大涡模拟应用于纵向涡强化换热研究的可行性.     

内螺纹肋管内流动与传热的数值模拟

本文以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法在Re=600-2000的范围内对内螺纹肋管内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了不同Re、螺纹肋的旋转角度α、螺纹肋的牙数N8对速度环量、Nu、Nu和阻力系数的影响,并通过对Nu和速度环量之间的关系进行了分析,得出在内螺纹肋管内强化换热流动中决定换热强度的物理量一速度环量。     

球突翅片表面的数值模拟和特性分析

本文运用适体坐标下同位网格SIMPLE算法对具有浅椭球突的翅片表面进行了数值模拟和特性分析;研究了翅片上叉排布置三排椭球突时在不同流速下的流动和传热特性,分析了在2 m/s流速下球突冲压高度以及冲压面椭圆长、短轴变化对换热和流动特性的影响.     

小尺度涡流发生器强化传热机理的研究

在矩形槽道内布置了不同高度的小尺度涡流发生器,采用湍流模型对流体在其中的流动与传热特性进行了数值模拟,并对流体在槽道中的传热和流动特性进行了对比研究.分析了小尺度涡流发生器诱导涡的特性及其对湍流相干结构的影响与作用,讨论了湍流相干结构对温度场的作用机理,解释了涡流发生器强化换热的机理.     

涡强化扁管管片散热器传热特性及场协同原理分析

本文以空气为介质(Pr=0．698),通过数值模拟的方法在Re=400-2000的范围内对涡强化扁管管片散热器内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了在不同Re下,涡产生器横向间距δ和涡产生器攻角β改变时对局部NuLocal、横断面上的平均Nub和整体平均Nut的影响,以及对局部协同角θLocal、横断面上的平均协同角θb 和整体平均协同角θt的影响,通过比较分析得出协同角的变化趋势与换热强烈程度的变化趋势是完全和场协同原理相符合的,说明纵向涡强化换热的根本机理是改善了速度场与温度场的协同。     

椭圆涡环相互作用的离散涡数值模拟

本文发展了三维离散涡模型研究了单个椭圆涡环以及两个沿同一轴线运动涡环的相互作用.首先用两个相向运动圆涡环的碰撞过程与实验的对比验证了模型的有效性,随后研究了单个椭圆涡环的运动,得到了其长短轴交替互换周期的表达式.最后以此为基础分别研究了沿同一轴线两个椭圆涡环的相向碰撞和交替穿越过程,发现碰撞后生成的新涡环变大而形状与涡环的初始形状相似,而在两个椭圆涡环的相随运动中其长短轴交替互换则始终贯穿于交替穿越过程.     

2D拟流线型翅片强化通道内换热数值模拟

对一种拟流线型场协同式翅片周期性强化换热通道进行了数值模拟研究.考察了Re数范围为100～700时,通道不同高度及折流翅片距通道壁面不同距离时的换热特性.计算结果表明,速度场和温度梯度场的协同度对对流换热起着重要作用,而折流翅片的存在有效地改善了速度场和温度梯度场的协同性.翅片与壁面之间距离的增大及通道高度的减小均不利于换热强化.在相同泵功的评判准则下,强化效果随Re数的增大而愈加显著.