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.     

波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

翼型涡流发生器抑垢性能的实验研究

为了获得翼型涡流发生器的抑垢特性,采用离线称重法,研究了在不同间距、不同攻角下三角翼、矩形翼、梯形翼三种翼型涡流发生器对CaCO₃污垢结垢量的变化。结果表明:翼型涡流发生器具有抑垢性,单位面积结垢量要少于光片;三种翼型中,具有较小迎流截面积的三角翼试片结垢量最少;攻角对抑垢性有影响,攻角30°布置翼的结垢域要少于攻角90°的翼;翼的排列间距对结垢量也有影响。     

纵向涡强化换热的M-Z干涉流动显示技术

本文采用M-Z干涉测量的方法,研究了半三角形翼片纵向涡发生器强化换热方案对矩形通道内气体流动换热的影响,获得了安装纵向涡发生器前后对流换热温度场的M-Z干涉图像.通过对实验获得的干涉图像进行分析处理,表明安装纵向涡发生器后,通道内入口段流动的热边界层明显变薄,反映了纵向涡对流动换热的强化作用,验证了将M-Z干涉测量方法应用于纵向涡强化换热研究的可行性.     

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.     

涡发生器对质子交换膜燃料电池性能影响

通过数值模拟,研究了涡发生器的形状、间距、攻角和组数对于质子交换膜燃料电池性能的影响。结果表明,在燃料电池阴极流道中安装5组、12 mm间距、攻角为45?的矩形小翼涡流发生器,对于燃料电池性能的提升最为明显,电流密度最高提升了33.3%;电流密度随着涡发生器间距、攻角和组数的增加而增大;涡发生器改善了燃料电池内部的温度、水含量和氧含量分布,有利于积水的排出,且可以明显的观察到涡量大小与电流密度呈正相关。     

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.     

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.     

涡流发生器强化暖气片散热特性的数值研究

本文提出了一种基于纵向涡流发生器强化换热结构的暖气片散热器,并对其散热性能进行了数值模拟研究,着重分析了暖气片附近区域的温度场与速度场,基于场协同原理对其强化传热机理进行了解释,同时讨论了三角翼纵向涡流发生器的攻角与布置间距等关键参数对散热性能的影响.结果 表明,涡流发生器能显著增强散热,当三角翼纵向涡流发生器攻角为4...     

矩形通道内层流对流换热的最优速度场

针对矩形通道内的层流对流换热问题,通过数值求解速度场协同方程,得到了给定黏性耗散条件下通道内的最优速度场为多纵向涡的流动结构,表明多纵向涡流型可在流阻增加不多的情况下使换热显著强化.通过在通道壁面布置不连续双斜肋,在通道内产生了接近于最优速度场的多纵向涡流动,数值计算结果表明,在Re=1000时,与光滑通道相比,不连续...     

微尺度涡流发生器尾迹涡的发展及其对激波边界层干涉的控制

采用数值模拟的方法研究了超音速流动中斜坡型、双排斜坡型和分裂斜坡型三种不同微尺度涡流发生器诱导的尾迹涡耗散过程和发展轨迹,并对比分析了不同结构涡流发生器布置对激波边界层干涉的控制作用效果。研究结果表明,研究的三种涡流发生器结构诱导的逆旋涡之间具有相互弱化作用。双排斜坡型涡流发生器诱导的逆旋涡之间的弱化作用最强,斜坡型涡流发生器次之,分裂斜坡型涡流发生器诱导的逆旋涡之间的弱化趋势最弱,涡量更易在下游边界层中得到保持。涡流发生器产生的逆旋涡在互相诱导的作用下逐渐向远离壁面边界层的方向移动,分裂斜坡型和双排斜坡型涡流发生器的尾迹涡远离壁面的运动轨迹均较斜坡型涡流发生器的尾迹涡更为平缓。双排斜坡型涡流发生器的尾迹涡远离壁面的趋势更显著弱于分裂斜坡型涡流发生器,有利于保持尾迹涡在边界层内部,提升边界层的抗分离能力。在两种因素综合作用下,双排斜坡型涡流发生器对激波边界层相互作用具有最优的控制效果,分裂斜坡型涡流发生器的控制效果次之。     

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.     

涡流发生器对水翼流动分离的控制作用研究

流动分离是引起水翼升阻比下降、诱发振动和噪声的重要原因。本文将涡流发生器应用于水翼,实验研究了涡流发生器对水翼上流动分离的抑制作用。通过在NACA0015翼型前缘设置一列微型涡流发生器,测试了不同来流速度下,水翼吸力面的压力分布。实验结果发现,涡流发生器应用于水翼时,可增大近壁面流体动量,从而延迟甚至抑制流动分离的产生。类似于空气中作用,涡流发生器的高度对其控制流动分离的效果影响很大,当高度相对边界层厚度较小时,涡流发生器能较好地抑制流动分离。然而随着高度增加,对效果的影响却是非线性的,其原因还有待于进一步深入研究。     

涡流发生器对风力机专用翼型气动特性的影响

为了深入研究风力机叶片的减阻方法及效果,本文探讨了涡流发生器对风力机专用翼型的气动性能的影响。研究对象为直叶片段,涡流发生器安装在叶片段20%弦长处,并采用CFD方法对光滑叶片段及安装涡流发生器后的叶片段分别进行了模拟,得到了翼型的气动特性曲线。对比14°攻角下的两种情况的流动特性,发现在大攻角的情况下,涡流发生器确实能够推迟流动分离,从而极大地减小翼型的阻力,并且增大了翼型的最大升力系数;其次,本文分析了涡流发生器对叶片段表面压力分布的影响,发现涡流发生器对下游方向的影响明显大于对上游区的影响,这一点与涡流发生器搅乱下游流场的作用是一致的;最后,本文分析了涡流发生器控制流动分离的机理。     

涡流管性能的热力学分析

涡流管是一种新型的能量分离装置,热力学参数和几何参数对其的性能影响很大。该文依据热力学第一、第二定律,建立了涡流管能量分离过程热力学模型,将不可逆过程可用能损失归结为热量火用收益和压力损失两部分,获得了一种基于热力学火用分析的涡流管性能优化新途径。结合不同进气压力、喷嘴数和冷端出口直径的涡流管能量分离性能实验,得到上述诸因素对涡流管能量分离过程中火用变化的影响,通过对能量分离过程中热量火用收益和压力损失的比较,实现了涡流管能量分离性能的优化设计。     

椭圆柱体在牛顿流体中运动的格子Boltzmann方法模拟

用格子Boltzmann方法建立了椭圆柱体的二维动力学模型，利用所建立的模型，数值模拟了 牛顿流体中不同形状的椭圆柱体在相同初始条件下的运动和同一椭圆柱体在不同初始条件下 的运动，并通过比较相同条件下圆柱体的运动，讨论了椭圆柱体二维运动的特征，得到了一 些有意义的结果. 关键词： 格子Boltzmann方法 椭圆柱体 牛顿流体     

涡发生器结构对翼型绕流场的影响

为了研究涡发生器在风力机叶片上的应用,以进一步提高风力机气动效率,本文采用CFD数值模拟方法,分析涡发生器几何形状对其绕流场和翼型边界层特性的影响.涡发生器几何形状为同样高度的矩形、梯形和三角形。翼型为风力机专用翼型DU97-W-300。首先对数值模拟结果与实验值进行了对比,验证了数值方法的可信性。然后详细讨论了各种涡发生器所产生的集中涡涡量、翼型边界层特性、以及绕流场等沿流向的发展演变。总体上看,三角形涡发生器较适合用于风力机翼型的流动控制。     

超音流动中一种非对称斜坡型微型涡流发生器结构的参数优化

本文利用正交实验方法,以边界层不可压形状因子作为主要实验指标,通过数值模拟对一非对称斜坡型微型涡流发生器的结构参数进行了优化,对各结构参数进行极差分析后的结果表明,涡流发生器的高度对不可压形状因子和边界层厚度的影响最大,其次是其宽度,长度的影响作用最小。同时给出一系列较优的比例参数,使涡流发生器可以达到对激波边界层干涉较优的控制效果,其适应工况在来流Ma=2.3~2.8之间。这对涡流发生器的初期设计具有一定指导意义。     

涡流发生器形状对风力机翼段动态失速的影响

采用k-ω SST湍流模型,研究加不同形状涡流发生器(VGs)的风力机翼型DU91-W2-250翼段做正弦规律俯仰运动的动态失速过程,结果表明:VGs对动态失速有抑制作用,能显著提高翼段动态失速过程中特别是下俯阶段的气动性能。VGs形状对翼段动态失速过程有影响,前高度更大的VGs产生的的流向涡能量更强,涡量峰值衰减速率更慢,能将更多主流能量传递给边界层流体,提升边界层抵抗逆压的能力,得到更佳的抑制分离效果和气动性能提升效果,其中增升效果较减阻效果更为明显。