高温下板翅式回热器翅片性能的试验研究

本文针对微型燃气轮机的板翅式回热器进行高温试验研究。采用等雷诺数法对回热器在600℃高温下进行了传热与阻力性能试验。通过测量冷热两侧的工质流量、进出口温度及进出口压力,得到各工况下回热度、压损及雷诺数(Re)等热力参数。得到该型式翅片表面的强迫对流换热准则关联式,并拟合了传热因子j、阻力因子f和性能综合评价指标PEC与Re的准则关联式,研究发现换热系数随Re的增大而增大,j因子受Re的影响较小,f因子受工质压力的影响较为明显,拟合关联式时应考虑这种影响。同时发现,随着Re的增大,冷热两侧性能综合评价指标均增大。     

DN板通道传热阻力特性的实验和数值研究

本文分别采用了实验和数值模拟两种方法对DN板通道的阻力特性和传热特性进行了研究。本文的实验采用了稳态实验法,数值模拟分别采用了三种典型的湍流模型(LBKE、SKE和SST)。结果显示,平均努塞尔数Nu随雷诺数Re增大而增大;表面换热因子j和阻力系数f随雷诺数Re的增大而增大。拟合得到了该型DN板的传热阻力特性关联式。同时,对数值模拟结果和实验结果进行了对比分析,对比发现,当Re2000时,三种模型对DN板换热能力和摩擦阻力的预测值均偏高;当Re2000时,LBKE模型和SST模型对DN板的换热预测值与实验值吻合较好,但三种模型对DN板通道摩擦阻力系数的预测值均偏低。     

电动汽车空调室外换热器空气侧流动换热模拟研究

采用数值模拟方法对室外微通道换热器翅片侧空气流动换热性能进行仿真计算, 探讨了在制冷工况下,不同百叶窗结构对微通道换热器空气侧传热及流动特性的影响. 结果表明j 因子的模拟结果与实验关联式之间的平均偏差在7.8% 以内,f 因子的平均误差在7.35 % 以内, 符合工程应用要求. 雷诺数较低时, 传热因子j 和阻力因子f 都随Fp 的增大而减小, 雷诺数较高时,Fp 对两者的影响不明显; 随着开窗角度增加换热器换热系数会呈现先增加后减小的趋势, 同时压降会随开窗角度的增大而有所升高.     

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。     

波纹通道换热特性的三维数值研究和场协同分析

应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,对顺人字组合及软硬板组合波纹通道内三维稳态湍流流场进行了数值模拟,定量计算了不同流动速度和不同结构参数下波纹通道的传热因子j和摩擦系数f,得到了波纹通道换热与流动阻力随波纹夹角β及波纹密度λ/h的变化规律,进而对波纹通道进行了整体性能评价,并从场协同理论角度,分析了波纹通道强化换热的机理。     

空调蒸发器用管翅式换热器开缝翅片的数值设计

通过三维层流数值模拟,与平片计算结果对比,设计了适用于低流速和Re数(迎面风速1-3 m／s,对应Re数 901-2702)下的空调蒸发器用管翅式换热器的开缝翅片形式。研究表明:在上述迎面风速和Re数范围内,开缝翅片性能曲线和平片性能曲线不可避免地有一个交叉点,对应Re数称为转折Re数,在交叉点前的速度和Re数范围内,平片换热器的综合性能优于开缝翅片,而在高于转折Re数后,随着迎面风速的增大,开缝翅片的综合换热性能将越来越优于平片;依据“前疏后密”原则适当减少开缝翅片换热器开缝的条数,可以有效降低转折Re数,并显著改善低流速和Re数下换热器的综合性能。另外,再次验证了场协同理论-温度场和速度场的协同性与换热器换热量间的必然联系。     

常温与低温下波纹翅片流动传热性能模拟研究

低温换热器是低温系统中的关键设备,对系统性能有着直接影响。翅片作为换热器的核心部件,其结构很大程度上决定了换热性能。采用数值模拟方法,对低温氦气在波纹翅片通道内的流动换热特性进行研究,模拟了不同工况对翅片性能的影响,并且分析了低温与常温下波纹振幅以及波长对翅片性能的影响程度。结果表明:低温工况下,氦气在波纹翅片通道内的传热性能优于常温工况,且随着雷诺数的增大,这种差异更明显,而阻力特性在这两种工况下无明显变化;随着波长的减小和振幅的增大,j、f因子均增大;低温下,随着振幅及波长的增大,其换热阻力特性的变化幅度与常温下相比逐渐降低。     

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.     

涡产生器形状对圆管管翅式换热器传热及阻力的影响

为了研究涡产生器形状对圆管管翅式换热器传热及阻力的影响,本文采用数值模拟的方法分析了具有相同底边长度及相同面积的三角形、矩形及梯形涡产生器对换热器传热及阻力性能的影响。结果表明,在相同Re数下,与平直翅片换热器相比,安装三角形涡产生器,Nu和f都增大的最多,安装矩形涡产生器,Nu和f都增加的最少。并且本文以强化传热因子JF作为评价准则,得出三角形涡产生器能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。     

鼓泡型板片元件结构对传热特性的影响

鼓泡型板式换热器是一种新型热交换器。目前其板型几何参数对板片通道内流动与传热的影响规律还不清楚。本文基于多场协同原理进行了数值研究,发现当单元体长度增大或宽度减小时,通道摩擦阻力因子f减小,综合性能评价参数PEC值增大;当单元体相对主流流动方向倾斜角为90°时,f值最小,PEC值最大。本文的研究结果对鼓泡板片传热元件的几何结构优化设计具有指导意义。     

正六边形球面肋板式换热器优化设计

以球肋弧度和比例因子作为变量,对一种新型板式换热器一正六边形球面肋板式换热器进行了参数优化。选取煅耗散数和j/f因子作为换热器综合性能的评价指标,得到了结构参数的变化对传热性能、阻力性能以及(火积)耗散数的影响,总结了这两种评价指标在优化设计中的基本规律。最终确定了优化的板片结构参数和换热器运行参数,为该新型板式换热器的实际应用提供了依据和参考。     

侧置三角小翼的管翅式换热器特性研究

通过三维数值模拟,对侧置三角小翼纵向涡发生器的顺排和叉排管翅式换热器的流动和传热特性进行了研究。结果表明:在研究的Re数范围内,采用侧置三角小翼措施后,无论对顺排还是叉排管翅式换热器,其换热增强的比例均大于阻力增大的比例;在低Re数时,采用该强化措施的结构比高Re数时具有更优的换热和阻力综合性能。侧置三角小翼强化换热的内在机理可以归结为改善了温度场和速度场的协同性,即减小了速度和温度梯度间的夹角。     

椭圆形百叶窗翅片传热强化数值分析

提出了一种新型椭圆形百叶窗翅片,采用CFD方法对其阻力特性及传热特性进行了模拟研究,并与传统矩形百叶窗翅片进行比较,分析了雷诺数对两种结构内流体的流动与传热性能的影响,同时对两种结构内流场与温度场的协同性也进行了研究。结果表明:新提出的椭圆形百叶窗翅片与矩形百叶窗翅片相比,阻力因子f降低了16%~20%,传热因子j提高了5%~7%,且雷诺数Re在225.7~451.3范围内,椭圆形翅片综合评价因子j/f1/3比矩形百叶窗翅片的提高了11%~15%,且椭圆形百叶窗翅片的速度与温度场的协同性优于矩形百叶窗翅片,椭圆形百叶窗翅片的综合换热性能高于矩形百叶窗翅片。     

小韦伯数下液滴撞击光滑壁面的数值模拟

采用界面追踪法数值模拟了液滴以小We撞击光滑壁面的动力学过程.通过数值模拟发现,当液滴初始动能较小时(We=12),液滴表面能主导了能量转换过程,因此最大铺展率βmax随Re增加而单调增加;当液滴初始动能继续增加到中等程度时(We=30),能量转换主导因素存在液滴黏性与液滴变形诱导强应变的竞争机制,最终导致βmax随Re增加而非单调变化,而液滴残余动能随Re增加而增大也进一步促进了非单调βmax;随着液滴初始动能的进一步增加(We=60),动能主导了液滴铺展的能量转换过程,最大铺展率βmax再次随Re增加而单调增加.当液滴处于"无气膜"铺展时,液滴底部表面张力的消失导致液滴可有更大的βmax.     

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。     

强化换热通道中扰流元场协同优化研究

对一种场协同式周期性强化换热通道进行了数值模拟研究,考察了折流翅片不同角度、不同间距对通道换热特性的影响。计算结果表明,翅片倾角增大或间距缩小均有利于换热强化。强化效果随Re数的增大而愈加显著。     

振荡流热管换热器的数值模拟及场协同分析

振荡流热管是一种新型高效传热元件,本文采用数值模拟的方法研究了振荡流热管换热器内的流动与换热情况,并结合场协同理论分析了换热器内管子排列方式、热风进口温度和进口流量对振荡流热管换热器换热情况的影响。模拟结果显示,换热器内管子叉排排列方式的换热效果优于顺排方式,热风进口流量对换热器内温差场均匀性影响较大,而热风进口温度对温差场均匀性影响较小。这些结果对振荡流热管换热器的设计具有一定的指导意义。     

油基钻屑螺纹推进式换热器流动传热特性

对油基钻屑在螺纹推进式换热器内的流动换热过程进行了数值模拟,研究了螺杆转速、油基钻屑雷诺数Re和螺纹截面形状对流动换热的影响。结果表明:随着螺杆转速增加,传热系数、油基钻屑出口温度均增大;同时发现,当雷诺数Re<250时,壳侧Nusselt数随雷诺数Re增大而迅速增大,此后雷诺数对Nusselt数影响较小;Nusselt数随曲率比d_i/D增大而增大。为方便工程设计,利用数值结果给出了油基钻屑的流动换热关系式。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。