径向热管传热的数值计算及结果分析

采用计算流体力学软件首先对无吸液芯径向热管管壁的温度进行数值计算,其次模拟无吸液芯径向热管中蒸汽的层流对流换热的情况,得出其温度场分布和速度场分布,并对结果进行分析。     

充液率对小型重力热管传热特性影响实验研究

开展了矩形槽道铝-乙醇小型重力热管的传热特性的实验研究,分析讨论了充液率对壁面温度分布、气液两相分布、热阻等热管传热性能的影响。研究表明,充液率对高热负荷工况的两相流动状态和传热特性有显著影响。两相脉动是高热负荷工况小型重力热管特有的两相流动现象.低充液率时,液塞易被气流冲破形成环状流,壁面温度几乎无波动。中等充液率时,在蒸汽和液塞的交替冲刷作用下,热管各段壁面温度均表现出脉动特性。高充液率时,液塞脉动速度的减小削弱了液塞对壁面的冲刷作用,壁面温度未出现明显波动.并且,中等充液率工况下气液两相的快速脉动增强了热管的传热性能,使得均温性和传热极限均优于低充液率和高充液率的情况.     

过载条件下流动沸腾压降振荡的建模与仿真研究

流动沸腾系统中,压降振荡是系统不稳定性的主要型式之一。过载条件下流动沸腾压降振荡缺乏研究。本文采用数值仿真方法,对过载条件下管内流动沸腾的压降振荡特性进行了研究。建立了不同重力条件下压降振荡计算的数学模型,基于此,对过载条件下R134a在2.168 mm水平管内的压降振荡进行了仿真分析,得出了1.41 g、3.16 g(g=9.8 m/s^2)过载条件下的压降振荡特性及其引起的流量振荡、流体温度振荡和壁温振荡,并与对常重力(1 g)下的压降振荡特性进行了对比。结果表明,随着重力增加,流动特性N曲线的负斜率段缩短;一定条件下,当过载增加时,系统从稳定状态趋于不稳定状态。     

通断微通道流动特性的数值模拟研究

微通道换热器以其良好换热能力已被广泛地应用于当前的实验研究中,通过数值模拟的方法对通断微通道内的流动特性进行了研究。重点分析了通道结构对微通道内速度分布、压力分布的影响。结果显示,通断通道的整体压降比连续通道增加了17%,当微通道内的雷诺数1 500时,微通道内单相流动达到了旺盛湍流,宽高比对压降的影响消失。通断通道结构下的流动转捩雷诺数600～800之间,比常规尺度下的转捩雷诺数低得多(2 300左右)。通过通道数对流动性能的研究发现,增加通道数,有利于降低整体压降并增加流动稳定性。     

热管喷射式制冷系统吸液芯的选择

本文描述了一种新型的太阳能热管喷射式制冷系统。其中热管吸液芯分别采用普通不锈钢丝和反向槽道毛细结构,分析其工作性能。另外为了获得更好的系统COP值,选择四种适合热管工作的工质进行计算,分析它们在采用前述两种吸液芯时的工作情况。研究表明由于反向槽道毛细结构可使工质流动压降更低,增强传热,当系统发生温度为70℃左右时,该系统具有更好的运行性能。而且此系统可有效利用太阳能,该系统若能与建筑复合,则具有广阔的应用前景。     

离心式喷嘴内气液两相流动的数值模拟

求解三维不可压NS方程,并应用VOF方法捕获气液分界面,计算不同压降下离心式喷嘴内的气液两相流动状况,研究了不同压降对喷嘴内流动的影响。计算很好地模拟了喷嘴内的气液两相流动,并得到了出口液膜速度、喷雾锥角以及液膜厚度等参数,数值计算所得结果同试验符合得较好,好于经验公式的结果。     

旋转热管流动和传热数值模拟

本文对旋转热管内部工质的流动和传热机理开展研究,建立数学模型,采用VOF模型描述两相流动和传热传质过程,考虑了相变饱和温度和饱和压力的依变关系,获得了工质的速度、温度以及两相分布特性。研究表明,冷凝端和绝热端交界处热阻较大,壁面过冷度大;旋转热管轴向热阻很小,具有较好的等温性;随着传热量增大,冷凝端过冷度和蒸发端过热度均增大,总热阻增大。结果表明该方法可以较好地模拟旋转热管内工质的流动和传热特性。     

微型循环流化床的CFD-DEM模拟

快速流态化是颗粒材料工业处理过程中的重要工艺手段,在各领域中都有极广泛应用。本文利用计算流体力学—离散单元方法(CFD-DEM),对典型快速流态化装置一微型流化床内的复杂气固流动现象进行尝试性模拟,模拟结果真实地还原了流化床内各个组件内复杂的气固流动特性。在此基础上,对装置内气固时均速度场、时均空隙率分布等进行了分析。发现这些统计量在入口和出口附近都有明显的波动变化,颗粒时均速度沿轴线呈反"C"型分布,装置结构对气固流动特性有重要影响。     

微小型矩形槽道平板热管传热性能的数值模拟

在充分考虑槽道内汽-液界面剪切摩擦力下,建立了微小型矩形槽道平板热管的数学模型,通过迭代计算得出工质质量流量、流体和蒸汽平均流速、汽一液界面弯月面半径及蒸汽和液体压力沿轴向分布规律,最后对热管外壁面温度值的计算结果和实验结果进行了比较,两者数值基本一致,证明了所建数学模型与实际相符,对热管的理论分析具有指导意义。     

粗糙度对大高宽比槽道内流动影响的数值模拟

基于确定表面粗糙结构形状的PML模型模拟表面粗糙度对大高宽比小槽道内流动特性的影响,并与3-D模拟结果对比,结果较为一致.基于该模型对不同的流速和不同的粗糙度进行模拟,结果表明:表面粗糙度导致槽道内出现速度线性分布的流动底层.Re数相同时,单位长度压降与相对粗糙度成二次方关系.粗糙单元高度相同时,压降随Re线性增加.     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

水蒸气在竖直微细管外凝结传热特性研究

针对不同压力和不同流速下的饱和水蒸气在竖直微细圆管(内外径分别为0.571 mm和0.793 mm)外的凝结传热特性分别进行了实验研究,分析了蒸气压力和蒸气流速对凝结传热特性的影响。实验结果表明,凝结传热表面传热系数随着蒸气流速的增加而增加,在较高的蒸气压力下增加的更明显,且大于相同实验条件下的Nusselt理论分析解。在蒸气流速为2 m·s~(-1)时,凝结传热系数随压力的变化不大;在4 m·s~(-1)和6 m·s~(-1)时,随着蒸气压力的升高,凝结表面传热系数明显增大。     

水平管内二氟乙烷两相流动摩擦压降实验研究

对制冷剂二氟乙烷(HFC-152a)在内径为8mm的水平管内进行了两相流动沸腾摩擦压降的实验测量.实验测量的压力范围为0.19—0.41MPa,热流密度范围为14—62kW/m2,流量范围为128—200kg/m2s.实验测量表明:HFC-152a的两相摩擦压降随质量流量、质量含气率的增大而增大;热流密度则对摩擦压降的直接影响很小,但通过影响两相流流型间接影响了摩擦压降;当流型由分层流动转变为半环状流或环状流时,总压降中加速压降所占比例有所减小,而摩擦压降所占比例则有所增大;摩擦压降随饱和压力的增大而减小.使用两个应用广泛的压降计算式进行了计算.实验测试结果与计算结果对比后发现,Friedel模型与实验结果偏差较大,而Müller-Steinhagen-Heck模型则与实验结果符合较好.     

基于Fluent的列管式换热器性能校核方法研究

结合数值模拟方法和叉排逆流式换热器的工程算法,针对航空用列管式换热器提出了一种性能校核方法。为获得更精确的叉排最大流速,采用Fluent对冷热侧流场进行了分析,并通过一组迭代估算了冷热侧的压差使出口压力边界条件得以确定。数值计算得到的冷热侧流速作为工程算法的输入条件进行后续计算。通过与试验对比发现,该方法可完成对列管式换热器的设计校核,计算结果与实验数据间的误差在工程应用允许范围内。     

并联管两相流不稳定性的研究

在高压汽水回路上对垂直并联管中汽液两相流不稳定性进行了试验研究．确定了压力、质量流速、入口过冷度、热负荷及热负荷不对称分布、进口及出口节流、可压缩容积等对不稳定性的影响．得出了压力降型和密度波型不稳定性的界限，给出了并联管中计算不稳定性起始条件的无因次方程，为大型直流锅炉和蒸汽发生器的设计提供依据．     

不同压力下竖直管外Marangoni凝结换热特性研究

本文在不同压力状态下对水与酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了可视化实验研究,观测到不同过冷度下的凝结状态.实验结果表明,在相同流速和浓度条件下,酒精浓度较低时凝结换热系数随蒸汽压力的升高而升高.但在高酒精浓度下,凝结液表面张力梯度减小,扩散热阻的影响增大,蒸汽压力对于凝结换热系数的影响并不明显.     

由成核率数据拟合饱和蒸汽压力

从成核率的实验数据出发,对饱和蒸汽压力进行计算拟合并应用于经典成核理论．在计算过程中,采用了最新发展的成核率模型,其中考虑了真实气体效应和核子曲率对表面张力的影响．作为比较,还从热力学平衡条件和经验方程估算了几种物质的饱和蒸汽压力．结果表明,从成核率实验数据计算拟合的饱和蒸汽压力曲线与经验方程曲线有微小的差别;在经典成核理论的应用中,基于该拟合的饱和压力方程计算的成核率更接近于实验结果．     

蒸气凝结相关问题探讨

讨论了几个与蒸气凝结相关的问题,指出壁面上球冠形液滴的内外压差和临界半径同样遵循经典的Laplace公式和Kalvin公式;蒸气在冷壁上的冷凝形态主要由后退接触角决定;空气中的水蒸气在换热器表面呈膜状冷凝时换热器的性能优于呈滴状冷凝时换热器的性能。     

Experimental Investigation of Vapor Chamber Module Applied to High-Power Light-Emitting Diodes

This article experimentally investigates the thermal performance of the vapor chamber module applied to the high-power light-emitting diodes in natural convection. The flat-plate-type vapor chamber and the lamp-type vapor chamber are provided to solve the heat dissipation problem of the high-power light-emitting diodes. The results show that the spreading resistance and the corresponding temperature difference of the flat-plate-type vapor chamber at 30 W are lower than those of the copper plate by 34% and 4°C, respectively, and are lower than those of the aluminum plate by 56% and 6°C, respectively. Compared with the copper and aluminum plates, the lamp-type vapor chamber at 15 W is reduced about 8% and 12% for the total thermal resistance, respectively. In addition, it is also about 3°C and 5°C lower for the central wall temperature of the lighting side, respectively. This study provides a new thermal management method to solve the heat dissipation of the high-power light-emitting diodes. Furthermore, the vapor chamber can effectively lower the spreading resistance and diminish the hotspot effect.     

Modeling of vapor condensation in a longitudinally finned minichannel

Heat transfer with vapor condensation inside a longitudinally finned tube is numerically studied. The proposed model considers vapor condensation on two initial flow areas, namely, annular and rivulet. The model allows prediction of pressure difference along the tube length, vapor velocity profiles in the central channel and an interfin groove, and also a velocity profile in the condensate rivulet at the bottom of the interfin channel, local heat transfer coefficients at different fin points, and average heat transfer coefficients over tube section and length. The calculations showed that in the case of vapor condensation in longitudinally finned tubes of a small diameter it is of fundamental importance to divide the flow tube section into a central channel and interfin channels. The governing vapor velocities in these channels may differ by more than an order of magnitude. The reduced vapor velocity, used in engineering calculations, does not reflect the character of dynamic vapor impact on a condensate film on the most part of the heat transfer surface. For tubes with relatively large fins the proposed model describes vapor condensation almost completely,meanwhile, the mass vapor quality by the time of filling of the grooves reaches 0.01–0.05. The highest heat transfer intensification was obtained for “sharp fins” with a high value of the fin head curvature. Comparison of results of calculation by the model with results of the known experiments on water vapor condensation yields a good qualitative and quantitative agreement for low vapor velocities at the channel inlet (under 30 m/s). The wall thermal conductivity coefficient value affects significantly the condensation efficiency.