受限空间狭缝射流传热特性数值模拟研究

狭缝冲击射流是一种高效的换热形式,传统湍流模型无法准确预测其换热规律。采用常用的k-ε系列湍流模型和k-ω系列湍流模型,结合Kato-Launder模型、剪切流修正模型、间歇转捩模型和横流效应修正模型,对受限空间狭缝射流开展了数值模拟研究。结果表明,标准k-ω湍流模型结合Kato-Launder模型和剪切流修正模型可在两种典型冲击距离下都成功预测壁面传热特性,间歇转捩模型对SST k-ω剪切应力输运湍流模型预测能力的改善作用极其有限,而Kato-Launder模型可以极大改善SST k-ω湍流模型在较小冲击距离下的传热预测能力,但在较大冲击距离下,Kato-Launder模型会预测出更为显著的努塞尔数伪第二峰值。     

液态铅铋合金横掠管束对流换热数值计算

直流螺旋管式蒸汽发生器具有结构紧凑和换热系数高等优点,能够进一步提高液态金属反应堆的紧凑性和经济性。此时蒸发器壳侧为液态金属横掠管束流动,而在可查阅文献中专门针对液态金属横掠顺排管束的换热关系式却很有限。本文采用SST k-ω模型和湍流普朗特数模型数值研究了液态铅铋合金横掠顺排管束的流动和换热特征。首先采用前人的实验结果对数值模型进行了验证,模拟结果与努塞尔数实验值偏差小于8%。研究了普朗特数、雷诺数以及管束结构对液态金属横掠顺排管束换热特征的影响。讨论了不同工况下分子热扩散系数和湍流热扩散系数对于换热的贡献以及传热管周向局部换热特征。最后根据计算结果拟合出了液态铅铋合金横掠顺排管束的努塞尔数公式。     

阵列空气射流传热均匀性问题的数值研究

针对用于飞行器地面降温模拟试验的喷嘴阵列空气射流的传热均匀性问题,开展了数值模拟研究,用以指导相关降温试验装置的设计和试验方案的制定。首先,对降温试验装置建立了相关模型,通过对比发现SST k-ω湍流模型适用于阵列空气射流冷却模拟;进而分别研究了喷嘴数量、喷嘴高度等因素对阵列空气射流传热均匀性的影响规律,分析了其中的原因,并通过正交实验获得了研究范围内传热均匀性最优的参数匹配方案,数值计算出相应的表面对流传热系数h的变异系数为0.201;最后,研究了空气横流对阵列空气射流传热均匀性的影响。发现在最优结构参数下,通过添加挡板将最小横向流动形式改为中等横向流动形式后,试件表面的对流换热系数h变异系数减小了39.7%,试件局部表面传热均匀性得到了大幅的提高。     

层流与湍流等离子体冲击射流特性比较

本文采用数值模拟方法,对层流与湍流氩等离子体射流在空气环境中冲击平板时的流动与传热特性进行了对比研究.结果表明,在平板和射流进口间的距离较大时,平板的存在只对其附近的射流参数分布有较大影响,层流等离子体冲击射流的温度与轴向速度的轴向梯度明显小于湍流等离子体冲击射流情形;由于在平板表面形成的径向壁面射流对引射的附加贡献,层流和湍流等离子体冲击射流对环境空气的引射量明显增加.     

微尺度平面射流冲击的强化传热实验研究

本文以煤油为工质进行了窄缝射流冲击传热实验研究。对射流冲击平板时的局部传热分布做了测定，并发现了局部换热强化现象，这是由于存在壁面射流区边界层流动由层流向湍流的过渡。实验采用宽度为１２５μｍ的窄缝喷嘴，射流出口速度为６～１４ｍ／ｓ，雷诺数Ｒｅ范围６００～１２００。     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

铜泡沫冲击射流换热及流动可视化研究

本文实验研究了圆管冲击射流下通孔金属泡沫的流动换热特性,测量了10 PPI和30 PPI铜泡沫的平均努塞尔数Nu_(avg),同时采用烟线法得到冲击射流下铜泡沫的流场可视化图像。结果表明:在较高雷诺数下,存在最优冲击距离使铜泡沫的换热性能最优;在低雷诺数下,通孔铜泡沫的换热性能受冲击距离的影响较小。孔密度为10 PPI的铜泡沫较30 PPI铜泡沫的换热性能提高了约30%。通过流动可视化解释了铜泡沫的换热性能随冲击距离和PPI变化现象。     

定热流加热管湍流入口段的耦合热流分析

对圆管内物性随温度变化的吸收-各向同性散射介质的湍流入口段,数值研究了定热流加热下辐射与湍流正在发展流耦合换热的稳态热流特征．采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解辐射换热;根据耦合换热温度场,采用等权抽样的蒙特卡罗法计算辐射热流。通过模拟计算,给出了介质内的耦合换热辐射热流与导热热流分布。通过分析介质光学厚度、散射反照率、壁面黑度对热流的影响,得出一些有价值的结论．     

超临界CO2在垂直圆管内对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在垂直圆管(Din=2mm)内在高进口雷诺数和低进口雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究,以研究变物性、浮升力和热加速对流动和换热的影响.实验结果发现,在低进口雷诺数情况下,向上流动中管子入口处出现了局部壁面温度下降,而在向下流动中未观察到此类现象;在高进口雷诺数情况下,向上流动中壁面温度发生了异常分布,这主要是因为向上流动中浮升力使得湍流发生了层流化现象,而在向下流动中未观察到此类现象.     

旋转状态半受限冲射流流动和换热特性研究

利用数值模拟的方法,通过改变冲击雷诺数Rej(20000-35000)、旋转数Ro(0-0．0117)等参数,分析旋转条件下半受限单孔冲击射流的流动和换热特性,讨论了旋转对冲击射流的流场结构和换热特性的影响．研究结果表明:冲击射流在离心力和哥氏力的共同作用下发生弯曲,造成冲击靶面上的冲击斑随着旋转数Ro的增加而不断偏移,显著影响了冲击的冷却效果．冲击靶面的平均Nu数随着冲击雷诺数Rej的增加而增加;当旋转数Ro增加时,冲击靶面的平均Nu数先增加,后减小,然后再增加．计算结果和试验结论基本一致．     

旋转效应下射流冲击速度对换热的影响

采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同射流冲击速度,考虑旋转盘诱导的气旋卷吸和射流冲击的耦合作用下,研究分析加热壁面的对流换热效果。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,而射流速度的提高能够加强射流冲击的穿透力;在旋转盘诱导的气旋运动和卷吸作用下,空气射流冲击能有效改善磨削弧区的对流换热,且随着射流速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。     

丁胞型强化换热管的数值模拟

在换热器管道的内壁面上布置丁胞可以有效地增强管道内的传热.通过三维数值模拟,对含丁胞的圆形截面管道内的定常不可压缩湍流流动进行了数值模拟.本文采用RNG k-ε方程模型作为湍流计算模型和SIMPLE算法求解管道的流动传热情况.数值模拟结果表明,丁胞的大小、深度、排列密度等几何结构均对管道的换热效果有一定影响.在较低雷诺数下,含较小丁胞的管道换热效果好于含较大丁胞的管道;在较高雷诺数下,含较大丁胞的管道换热效果好干含较小丁胞的管道.     

微细管内超临界二氧化碳冷却换热研究

本文对超临界二氧化碳在微细管内冷却对流换热进行数值模拟研究,分析不同流动方向和管径大小对超临界二氧化碳对流换热的影响,考察管内局部流体温度、管壁温度以及无量纲温度分布的变化。湍流模型采用低雷诺数YS模型。研究表明,在LPV范围比较大的截面,超临界二氧化碳局部换热系数达到最大值,同时管内传热受流动方向和管径的影响均较大。     

旋转射流冲击换热液晶显示实验研究

采用热色液晶测温技术对以二氧化碳为工质的稳态射流冲击换热和管内插入扭转带方式的旋转射流冲击换热进行了实验研究。与普通射流相比,旋转射流导致驻点附近区域的换热趋于均匀化。其换热系数在大于某一半径之后高于普通射流,但在驻点附近相对较低。旋转射流对换热的此种影响随雷诺数的增大而减弱。     

竖直圆管中超临界压力CO2在低雷诺数下对流换热研究

本文对竖直圆管中超临界压力二氧化碳在低雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验中分析了不同入口温度、热流密度以及流动方向等对超临界CO2流动和换热的影响。实验结果与计算结果的比较表明:在热流密度较小的情况下实验结果与数值计算结果基本吻合;而在热流密度较大的情况下,由于浮升力的影响,流动可能提前从层流转变为湍流,使换热强化。     

U型通道内部流动与换热的数值研究

应用数值方法研究了燃气轮机叶片内部U型通道内流动与顶部换热特性.采用SST k-ω模型,分析了U型通道内光滑和带凹坑顶部结构以及不同Re数和旋转数对U型通道内部流动和顶部换热的影响。结果表明:在静止条件下,带凹坑结构的通道顶部Nu数较高,并且随着凹坑深度的增加,通道顶部换热能力增强;并且凹坑结构对通道压降的影响较小。随雷诺数增大,凹坑对通道顶部换热增强的幅度降低。在旋转状态下,随着旋转数的增加,通道顶部换热能力增强,但通道压降增大。     

冲击射流在凹坑壁面通道内的换热特性研究

采用热色液晶瞬态测温技术对航空发动机进气道支板的带凹坑壁面通道内表面开展冲击换热实验。研究了不同射流角度和射流雷诺数下通道内表面的换热特征。结果表明:沿流向在出气缝附近形成换热的高值区,在凹坑尾缘形成局部的高值区。凹坑壁面的换热要强于光滑壁面。随着射流雷诺数的增加,平均努塞尔数增大。当射流倾斜入射时,被冲击一侧换热较高,在驻点区域以及凹坑的尾缘换热最强,另一侧内壁面换热相对弱。射流角度30°时,被冲击面的换热最显著。在射流角度15°时,前缘附近的换热效果最强。     

蜂窝密封内耦合传热特性的研究

采用耦合传热数值计算方法,研究了典型航空发动机阶状蜂窝密封内的传热特性,并利用实验数据对数值方法的正确性进行了考核。计算得到的转子面和静子面上换热系数分布与实验值吻合良好。通过对比5种不同的两方程涡黏湍流模型,结果表明:k-ω湍流模型和SST湍流模型在高温度梯度区域对换热系数分布的求解具有较高的精度,明显优于标准k-ε和k-εRNG湍流模型。与光滑面迷宫密封相比,蜂窝芯格结构对转子面上平均换热系数影响较小,但大幅减小了密封静子面上的换热能力;蜂窝芯格结构使得齿尖温度梯度略微增大,但明显使得静子固体区域的温度梯度减小。     

涡轮叶片前缘阵列冲击冷却流动及传热特性数值研究

本文采用SST湍流模型模拟了类前缘通道内蒸汽射流阵列冲击冷却的流动与传热特性,分析了雷诺数(Re=10000~50000)、孔径比(d/H=0.5~0.9)和孔间距比(S/H=2~6)对流动及传热性能的影响规律,得到了相应的传热和摩擦关联式。结果表明:在不同雷诺数下,d/H从0.5到0.9变化时,通道压力损失系数降低了76%~79%,靶面平均努塞尔数降低了45%~49%;S/H从2增至6时,通道压力损失系数增加了1.64~1.92倍,靶面平均努塞尔数增加了54%~64%;增大d/H、减小S/H可有效提高类前缘通道蒸汽冲击冷却的综合热力系数。本文研究结果可为未来先进燃气轮机高温涡轮叶片蒸汽冷却结构的设计提供参考和借鉴。     

几种湍流模型在晶体生长模拟中的应用及比较

利用块结构化网格对一典型工业用单晶硅CZ结晶炉进行离散,对炉内硅熔体的对流换热、所有部件内的传导换热和炉腔内的辐射换热进行整体耦合求解。针对大尺寸坩埚内的硅熔体湍流,分别应用低雷诺数k-ε模型、标准k-ε模型和k-ε两层湍流模型进行模化。通过比较分析发现,应用三种湍流模型都能预测高温硅熔体的湍流结构,且基本一致,但各模型中对近固壁湍流的不同处理方法对固液凝固界面形状的模拟结果有较显著的影响。