凹陷涡发生器非稳态流动与传热分离涡模拟

本文对具有凹陷涡发生器的冷却通道内非稳态湍流流动与传热特性进行了分离涡模拟研究。通道内流动雷诺数为50500,凹陷涡发生器深度与直径比为0.2。分离涡模拟结果与实验数据进行了对比验证,并对凹陷表面非稳态流动与传热特性进行了详细分析。研究结果表明:分离涡模拟得到的凹陷表面时均局部Nμ数分布与瞬态液晶热像实验得到的Nμ数分布相似,并且总体平均Nμ数和摩擦因子与实验数据也较好地吻合;分离涡模拟获得了详细的凹陷涡发生器表面非稳态流动和传热特征,凹陷表面前缘处的低换热区形成左右两个旋涡,经历了形成、旋转、回流、破碎四个过程,这些非稳态的涡流动显著地强化了凹陷表面的对流传热性能。     

应用瞬态液晶热像研究凹陷涡发生器传热性能

本文使用瞬态测量技术对球型/椭球型凹陷冷却结构内的流阻性能和局部传热性能进行了实验研究。凹陷深度与通道高度之比为0 2,凹陷投影赢径与通道高度的比为1。冷却通道的高度为10 mm,基于通道水利直径和平均速度的雷诺数为8500~51000。实验结果表明,充分发展段的球型凹陷的传热性能是光滑通道传热性能的1.45~1.55倍,而其摩擦因子是光滑通道摩擦因子的1.25~1.75倍;椭球型凹陷的传热性能比球型凹陷低4%~15%,摩擦因子高5%左右。本实验研究获得了球形凹陷/椭球型凹陷详细的局部传热性能分布,凹陷后半部分的传热性能明显高于凹陷前半部分的传热性能。球型凹陷的总体热性能参数比椭球型凹陷高约14%。     

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。     

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.     

湍流模型在压气机转子尖区流动模拟中的对比研究

对比研究了六个常用的湍流模型预测压气机转子叶尖复杂旋涡流动的能力,选用的六个湍流模型分别为,混合长度模型,SA模型,标准κ-ε模型,SSTκ-ω模型,v2-f模型和雷诺应力模型.通过与压气机转子尖区典型的大尺度旋涡结构-泄漏涡和角区旋涡的SPIV详细测量结果的对比,分析了六个湍流模型预测转子尖区复杂流动的能力;在结合试验的基础上,根据数值模拟结果对转子尖区流动进行了更为深入的分析.     

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.     

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。     

绕圆柱体自由表面磁流体流动和传热的研究

本文对在不同雷诺数下,绕圆柱体的磁流体自由表面流动及传热进行了模拟,分析了磁场对绕流圆柱尾迹和涡分离的影响,获得了两种雷诺数下的电磁力密度、流场和温度场分布。结果表明,磁场不仅影响了流动的形态,而且对湍流有抑制作用,降低了自由表面的更新机制,从而减少了传热能力;在相同的Hartmann数下,相比低雷诺数下的流动换热情况,高雷诺数下的湍流不能被完全抑制,自由表面与尾迹的相互作用也较强,因而自由表面换热也较强。     

燃气透平叶栅端壁传热特性的数值研究

采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化。结果表明;马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致。湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大。采用v~3—f湍流模型能较好地预测端壁传热分布。来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化。     

涡轮叶片内冷通道高性能肋流动与传热

涡轮叶片内部冷却通道内壁面布置扰流肋是一种高效的强化传热措施.本文在8500~60000雷诺数范围内,对直肋、斜肋、V肋和W肋开展实验研究,得到了四种肋的换热和流阻特性.实验结果表明:1)W肋具有最高的平均努塞尔数,是光滑通道充分发展流动传热性能的2.2~2.6倍,其次是V肋和直肋,而斜肋的传热性能最低,约是光滑通道的1.7倍;2)W肋表现出最大的流阻性能,是光滑通道的2.5~3.7倍,其次是V肋和直肋,而斜肋流阻最小,约为光滑通道的1.8~2.5倍。W肋具有最优的综合热性能,而直肋的综合热性能最低。另一方面,本研究还通过瞬态液晶热像技术获得了W肋表面详细局部传热分布,实验结果表明W肋中间的顶点迎风区域是强换热区,该区域与气流相互作用,热边界层较薄,有效强化了换热能力。     

涡流发生器对风力机叶片流动控制的数值研究

基于γ-Reθt转捩模型,对旋转工况下加装涡流发生器NREL Phase Ⅵ风力机进行CFD数值模拟.本研究在叶片吸力面加装30对涡流发生器,分析来流风速7、10、13、15、20、25 m/s六个工况下,叶片表面绕流、风轮转矩和叶片表面压力系数及表面流线的气动仿真结果,并与NREL试验数据、光滑叶片模拟结果比较分析.研究结果表明,涡流发生器明显改善叶片表面的流动分离,提高叶片输出转矩,其中10、15、20 m/s风速下分别提升3.7％、10.8％、14.6％;从剖面流场看,涡流发生器可以使涡强度减小、涡高度降低、分离涡后移,对提升风力机气动性能等意义重大.计算结果与Phase Ⅵ风力机试验结果吻合良好,湍流模型的输出转矩最大误差仅9.3％.     

各向异性涡黏模型在通道分离流动中的应用

本文针对燃机带肋冷却通道发展了一种考虑近壁特性和远壁流动各向异性特点的代数各向异性涡黏模型。本文针对肋片处分离流动的各向异性特点,结合隐式代数应力模型和各向同性涡黏模型,推导各向异性因子修正三个正向涡黏系数,反映正雷诺应力的各向异性特点。同时,通过近壁分析完善k和ε封闭形式。将各向异性涡黏模型应用到,1)后台阶流动预测中,湍流流动预测精度提高约10%;2)带90°肋通道流动传热预测中,平均流动预测精度得到改善,传热预测精度提高6%~10%。结果表明,本文针对内冷通道的分离流动作出的各向异性修正是有效的。     

连续螺旋折流板蒸发器壳侧流动换热数值模拟研究

本文对相同几何尺寸的连续螺旋折流板蒸发器与传统弓形折流板蒸发器进行对比性的数值模拟研究,结果表明:在相同壳侧体积流量和折流板数条件下,连续螺旋折流板蒸发器的传热因子和摩擦因子约是弓形折流板的1/3和1/4;当以换热因子和摩擦因子比值评价蒸发器综合性能时,连续螺旋折流板蒸发器比弓形折流板蒸发器提高57%;当最小流通截面流...     

不同湍流模型对热等离子体射流模拟的影响

本文应用大气压等离子体射流传热与流动的三维数学模型,在相同初始条件下,计算得到了采用不同湍流模型时氩等离子体射流对称轴线上的温度、速度及空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果表明采用标准κ-ε模型和Realizableκ-ε模型时与实验结果相差较大,而采用RNGκ-ε湍流模型时模拟结果与实验数...     

曳力和湍流对超临界水流化床传热特性的影响

本文采用基于颗粒动力学的欧拉双流体模型,对比研究了曳力和湍流对超临界水流化床传热特性的影响,选取了Gidaspow、Syamlal-O'Brien和Wen-Yu三种曳力模型以及标准κ-ε、RNGκ-ε、Realizableκ-ε湍流模型三种高Re数湍流模型及低Re数κ-ε湍流模型。研究结果表明,在三种曳力模型中,Gidaspow曳力模型在超临界水流化床中更为适用;对于所采用的四种κ-ε湍流模型,利用三种高雷诺数湍流模型模拟所得床层与壁面间传热系数基本一致且大于采用低雷诺数模型模拟所得传热系数,而综合考虑,RNGκ-ε湍流模型更适于超临水流化床传热特性的研究。     

半周加热光管内超临界水传热特性的数值模拟

采用SSTκ-ω湍流模型,对半周加热光管内超临界水的传热特性进行了数值模拟研究。计算结果表明,半周加热光管内,壁温沿周向呈抛物线型分布,加热侧中点壁温达到峰值,绝热侧中点壁温度达到谷值。半周加热条件下,壁温峰值比全周加热条件下的高,但发生传热恶化时的临界热流密度更高.上升流中,浮升力与流向一致,使边界层内工质流速增加,进而减小湍流强度,削弱传热;下降流中,浮升力与流向相反,强化了传热。     

凹槽对动叶顶部流动和换热的影响

应用数值方法和标准κ-ω紊流模型,研究了凹槽对燃气轮机透平动叶顶部间隙内流动与换热的影响,考虑了平顶部及4种不同深度凹槽的影响.结果显示,在凹槽内存在复杂的流动结构,不同凹槽深度时呈现出不同的涡结构.在凹槽深度小于3%相对叶高时,泄漏流动随凹槽深度的增加而减少,而高于3%时泄漏流量则几乎不变.凹槽的存在使得凹槽底部局部区域换热率较平顶部时升高,但总体来说,叶顶平均表面换热率随凹槽深度的增加而降低.     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

气膜冷却计算中湍流黏性系数的修正

燃气轮机高温叶片气膜冷却中的复杂涡系结构使得流动传热很难被准确预测.本文基于平板气膜冷却数值和实验研究结果,指出雷诺平均算法中常用的湍流模型在射流侧向输运和二次涡的捕捉上具有相当的局限性.文中对湍流黏性系数提出了各向异性对数率涡黏模型(ALEV模型)修正,基于ALEV模型修正后的湍流模型增强了射流的侧向输运,减弱了二次...     

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。