结构高度对纳米液滴碰撞壁面过程的影响

液滴与壁面的碰撞过程广泛存在于自然界以及各类生产生活中,探究其传热传质作用机理以及形态演变对发展表面自清洁、喷墨打印、强化滴状冷凝、抗结冰结霜等技术都具有重要意义。为了探究结构高度在碰撞过程中的作用,本文通过分子动力学模拟对纳米液滴与壁面的碰撞过程进行了研究。构建了具有方柱状结构的粗糙表面模型,研究了壁面上纳米柱状结构的高度对碰撞过程的影响,记录了液滴的变形过程,并对相关的动力学特征以及能量变化进行了分析。     

单个汽泡周围的电场数值研究

为明晰电场对汽—液两相系统的效应,本文针对均匀电场作用下的汽液两相流中附着于壁面的单个汽泡,建立了数学模型,考虑了汽泡的存在对电场分布的影响。通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下汽泡周围及其内部的电势及电场分布的数值解。这为进一步研究 EHD 作用下的两相系统中汽泡的行为,揭示 EHD强化沸腾换热机理奠定了基础。     

窄流道内压力对汽泡动力学特性的影响

本文采用流道间隙为2 mm和2.5 mm的实验段,以水为工质,对流动过冷沸腾时不同压力下汽泡动力学特性进行了研究.发现在较高压力下,壁面要达到更高的过热度才会出现汽泡,汽泡生长时间更长,汽泡直径较小,生长速度较低;较高压力下生长的汽泡成串排列在加热壁面上,其沿壁面滑移距离随着过冷度和热流密度的增加而增大.较高压力下小汽泡容易发生滑移现象的原因在于高压力使气泡的直径减小,导致气泡的受力发生改变,而使气泡的行为发生改变.     

入口高度和热流对太阳能热烟囱系统内流动换热的影响

对从太阳能热烟囱系统抽象出的流动和换热模型进行了数值模拟.数值结果表明,随着底部加热热流密度的增加,系统内的空气流量增加;当集热棚高度变化时,流经系统的空气流量和系统出力存在最大值;在本文计算采用的几何和物理条件下,入口高度约为20 m时系统的空气流量取得最大值;系统内部的压力差随着集热棚高度的增加而减小.     

周期性锯齿型通道内流动和换热研究

用非稳态层流模型对锯齿型通道内周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟．Re=600时数值结果已发生明显振荡,而从入口段算起的第9、10个几何周期的平均Nu数与用周期性充分发展条件计算得到的平均Nu数吻合良好;在此基础上,计算通道周期长度L与通道垂直高度b的比值及通道倾角α等几何结构尺寸对周期性充分发展流动和换热的影响,计算结果表明,增大α和减小L／b都易促使流动产生涡旋,从而增强换热．     

普朗特数对槽内热磁耦合流动换热影响

针对矩形槽内导电流体普朗特数分别为 0.01、1、100 时,进行了流动形态和换热的数值模拟研究.数值结果表明:普朗特数对流动、温度分布影响不同,从而影响到对流换热的强弱,低普朗特数流体热浮升力作用大,流动以热驱动为主,换热强度弱,发现在低普朗特数下,数值模拟得出的努赛尔数并不能收敛到某一定值,而是在一个区间范围内"来回振荡";高普朗特数流体,电磁力作用大,流动以电磁力驱动对流作用,换热随着哈特曼数的增加而得到很大提高.     

方形空间内混合对流换热的数值研究

以建筑物内人工环境控制为应用背景,对有对称空气射流的方形空间内混合对流换热进行了数值模拟,探讨了这种具有对称结构的混合对流换热解的分岔问题。数值结果表明,Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数、强制通风气流的射流角度、以及方形空间的宽高比都会影响解的分岔。当Ｒｅ数超过某一临界值时,会出现非对称数值解。宽高比减小,出现非对称解的临界Ｒｅ数也随之减小。Ｒｅ数、宽高比一定,仅当通风气流的射流角度在某个范围内时,能够得到非对称的数值解。     

窄流道内过冷流动沸腾汽泡生长的数值研究

本文提出了界面质点标记法与局部网格加密法相结合的方法来模拟界面移动,并对窄缝流道内流动沸腾时加热面上汽泡的生长进行了数值模拟验证,模拟结果与试验结果吻合较好,误差在±8.6％以内。该模拟方法可以较准确地对有相变的界面移动问题进行数值模拟。     

喷雾冷却中微液滴碰撞薄液膜的流动与换热

在喷雾冷却过程中,液滴撞击对壁面薄液膜的流动与换热特性有重要影响。本文采用Volume-of-Fluid(VOF)方法,对单液滴与双液滴撞击恒温壁面上薄液膜的换热特性进行了数值模拟分析。结果表明,液滴冲撞作用会使壁面产生很大热流,液滴初始直径越大、速度越快,换热系数越大。对于多液滴,撞击产生的扰动可以彼此迭加,从而进一步增强换热。     

槽式太阳能集热器内耦合换热特性研究

对槽式太阳能集热器内的耦合换热过程建立了统一求解模型,推导了无量纲控制方程,并进行了耦合求解.结果表明:随Ra增加,管内自然对流形成的涡逐渐向右侧管壁方向移动,等温线中心向下偏移;环形空间内自然对流形成的涡向顶部移动,等温线向下偏转;随管径比增加,管内的混合对流换热系数增加,管外环形空间的换热系数减小.内管内外表面的温度梯度及局部换热系数均随着角度的增加而增加.在θ=π/4和θ=π/2的截面内,环形空间中间区域内温度沿半径方向不降反升,出现偏转;而在θ=3π/4和θ=π的截面内,圆管内部中间区域内的温度沿着径向不升反降,也出现偏转.     

竖直管道内湍流混合对流换热研究

本文对空气在竖直圆管中的湍流混合对流换热进行了实验研究和数值模拟,并对异种气体(氦气)对混合对流换热的影响进行了初步的实验研究。研究发现,空气在竖直圆管中向上流动时,随着热流密度的不断增大,出现换热恶化现象。如果浮升力足够大,则换热效果在降到最低点后又好转。在实验过程中,由于实验条件所限没有发现异种气体对混合对流换热有显著的影响。     

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.     

螺旋内肋管内对流换热的三维数值模拟

针对螺旋内肋管内壁面结构复杂的特点,发展了一种新的网格划分方法,采用结构化的六面体网格,提高计算精度的同时又可节省计算量。应用Fluent软件对螺旋内肋管内的湍流流动和换热进行了三维数值模拟,数值模拟结果与Jensen等人的实验数据吻合良好。在其他参数相同的条件下对矩形、三角形、半圆形三种顶端外形轮廓的肋片性能进行了数值分析比较。     

基于欧拉壁面液膜模型的管内蒸汽冷凝流动和液膜特性的数值模拟研究

采用ANSYS FLUENT软件建立了基于欧拉壁面液膜模型的光滑管内蒸汽冷凝流动过程的三维数学模型。模拟管长为500 mm,内径为38 mm。模拟工况为入口蒸汽饱和温度分别为70℃,总传热温差为5℃和7℃,入口蒸汽速度为14²0 m/s。模拟结果表明,液膜厚度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜厚度在管顶部先增大后趋于稳定,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜厚度。液膜流动速度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜流动速度在管顶部先增大后缓慢降低,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜流动速度。     

方腔内竖直板混合对流换热的数值模拟

对方腔内竖直板的层流混合对流换热进行了数值模拟.结果表明,竖直板处于水平方向两个不同位置时,竖直板背风面的混合对流换热量大于纯自然对流换热量.送风口高度比取0.667、0.767时,竖直板背风面的混合对流换热量大于纯自然对流换热量.当送风口高度比为0.167～0.467、0.767～0.867区间内,流动与换热得到定常解.在送风口高度比大于0.467小于0.767范围内,流动与换热为非定常解.     

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。     

非均匀热流边界条件下螺旋管内换热特性

对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流换热进行了数值模拟,结果表明:当螺旋管表面加热功率一定时,相同Re数下均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数高于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界下充分发展段的平均Nu数小于均匀热流边界;相同的De数下,曲率较小的螺旋管换热系数大。     

非圆通道内变物性流体湍流换热的数值模拟

本文模拟研究了变物性空气在多种正多边形和圆形通道内的湍流流动和换热特性。选用标准k-ε湍流模型以及SIMPLE算法对此三维椭圆型问题进行求解。模拟结果表明:对于正多边形截面通道,角区的换热要明显弱于非角区区域,且恶化程度随着角区角度的减小而加剧,同时,角区角度越小,管壁的周向换热系数分布越不均匀;正多边形通道与圆形通道平均换热Nu的差异随着正多边形边数的增多而减小;借助当量直径,使用针对圆形通道的湍流换热关联式计算非圆截面通道内的换热将会带来较大误差,对于正多边形通道,这种最大误差存在于正三角形通道与圆形通道之间,误差可达27.5%。     

制冷用水平管降膜蒸发器换热特性数值模拟

水平管降膜蒸发器相比满液式具有换热效率高、制冷剂充注量少等优点。文中采用分布参数法建立水平管降膜蒸发换热模型,应用MATLAB软件,对换热管在理想条件下的换热特性进行了数值模拟。研究了光管及Turbo-BII管在管外无干斑发生换热条件下,管外降膜蒸发换热系数、管内对流换热系数、总换热系数、热流密度、降膜蒸发因子、以及换热管单元换热量沿管长方向分布规律,并根据计算结果分析了管间距对换热的影响。该研究为应用于制冷空调领域水平管降膜蒸发器的设计提供理论指导,促进其在制冷空调领域的推广应用。