管内层流充分发展段等效热边界层的构造及其场协同分析

本文采用数值计算方法分析了圆管中部分填充多孔介质时在充分发展段的流动与传热特征,并运用场协同原理分析了其强化传热机理.结果表明,采用部分填充多孔介质的方法可以在管内流动充分发展段构造等效热边界层;选择高热导率、高孔隙率的多孔介质以及合理的多孔介质填充率,可以显著强化换热而不引起流动阻力的过度增加.与传统的在流体边界区域采取传热强化措施不同,此时,主要是在流动的中心区域采取传热强化措施.计算表明,性能评价指标PEC数可达6,因此,本文方法对于高效、低阻换热器的设计有一定的借鉴意义.     

气—液—固三相流载气蒸发传热研究

本文在一由垂直设置的紫铜电加热棒与一玻璃套管构成的同心环隙内,对气—液—固三相流载气蒸发传热进行了实验研究.考察了载气进口速度,固体颗粒性质,热负荷等因素对传热的影响.结果表明:引入载气与固体颗粒,对环隙内对流沸腾传热均有显著强化作用,并使物料在加热壁面上的过热度明显下降.本文还分析了其传热强化的机理,并获得了计算传热膜系数的关联式.     

恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型,对恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的强制对流进行了边界层分析。通过建立二维流动的连续方程、动量方程和考虑流体与多孔介质局部非热平衡时的能量方程,应用数量级分析和积分的方法对方程组进行简化和求解,得出了流体的速度分布、温度分布、速度边界层和温度边界层的厚度、对流传热的理论关联式。研究结果表明:恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的速度边界层与光板时完全不同,其在平板前端迅速增长,随后沿着流动方向变得非常平坦并趋于一定值;而温度边界层的厚度发展则与光板时类似,沿着流动方向不断增长,且与壁面处热流密度的大小无关。     

底部局部加热多孔介质自然对流传热的格子Boltzmann模拟

运用格子Boltzmann方法研究了底部局部加热多孔介质方腔的自然对流传热.方腔的上壁面为低温热源,下壁面为局部高温热源,左右壁面为绝热条件.重点分析了高温热源位置a及尺寸b对多孔介质方腔自然对流传热性能的影响,提出了平均Nusselt数Nu和位置a及尺寸b的拟合关系式.研究结果表明:高温热源位置及尺寸对多孔介质方腔内自然对流传热性质的影响很大,且存在最佳高温热源位置(a=4/16)和尺寸(b=0.75),以达到最强的对流换热强度(Nu_(max)≈10.35)和最大的对流换热量(Q_(max)≈5.69).     

三维有序排列多孔介质对流换热的数值研究

利用CFD软件数值研究了颗粒三维有序堆积多孔介质的对流换热问题. 采用颗粒直径分别为14 mm,9.4 mm和7 mm的球形颗粒有序排列构成多孔介质骨架,在多孔骨架的上方有一恒热流密度的铜板. 采用流固耦合的方法研究了槽通道内温度分布和局部对流换热系数的分布以及对流换热的影响因素. 研究结果表明:热渗透的厚度和温度边界层的厚度在流动方向上逐渐增大,并且随流量的增加而减小;当骨架的导热系数比较高时,对流换热随颗粒直径的减小而略有增大;对流换热系数随聚丙烯酰胺溶液浓度的增大而减小,黏性耗散减弱了对流换热. 关键词： 多孔介质 温度场 局部对流换热系数 数值模拟     

粘性耗散及变物性对多孔介质中对流换热的影响研究

本文通过理论分析、数值模拟与实验研究的综合,研究了粘性耗散及变物性对多孔介质中对流换热的影响。发现：用理想的等热流边界条件可以较好地数值模拟等热流边界条件下多孔介质中的对流换热;在实际可实现的参数条件下,粘性耗散对多孔介质中对流换热的影响不大;油的变物性对换热的影响很大—热流密度越高,对流换热越强。     

垂直壁前置以薄层多孔材料时自然对流与辐射传热

本文导出了垂直等热流壁前置以薄层高空隙率多孔介质条件下自然对流与辐射传热的控制方程,分别用数值和摄动方法求得了积分方程的数值解和零级、一级近似解.本文实验选用一层到三层不锈钢网作为多孔材料.实验表明,金属网显著地抑制了传热,网的层数、目数和间距对抑制传热的经济效果十分关键.理论所得的结果与实验吻合较好.     

基于LBM的部分热活跃边界下多孔腔体内自然对流换热

采用Boltzmann方法模拟部分热活跃边界下的多孔腔体内自然对流,探讨不同热边界布置方案、孔隙度、Da数及Ra数对其流动传热的影响.数值计算表明：Da=10^-4时,腔体内中央出现一个循环流模式,只在Ra数很大时孔隙度才对传热有影响; Da=10^-2时,腔体内出现两个循环流,在Ra数很小时孔隙度对传热产生强烈的的影响.热活跃边界位置影响腔体内流体对流传热的强度,加热边界布置在底部、而冷却边界布置在顶部（Bottom-Top布置方式）,对多孔腔体内对流传热最有利,优于全热边界布置方式的传热效果.     

多孔介质传热传质中耦合扩散效应的研究

本文采用加罚函数有限元方法数值模拟在温度梯度和浓度梯度同时存在时双浮升力自然对流及其伴随的传热传质,着重探讨了多孔介质中传热传质的交叉耦合扩散Soret效应和Dufour效应的基本影响规律,展示了流场、温度场和浓度场随热附加扩散准则数和扩散附加热准则数的变化状况。     

非牛顿流体在介质中的自然对流与传热

基于修正的Darcy定律,数值模拟了上端开口,从底部等温加热的多孔介质中黏弹性流体的自然对流与传热,其中使用了特征松弛时间λ和迟滞时间ε来表征黏弹性流体的性质。我们选择了三组不同的λ和ε.发现与牛顿流体中对应的情况相比,黏弹性流体的传热特性有很大不同。另外,上端开口多孔介质中的黏弹性流体比上端闭口多孔介质中黏弹性流体的自然对流与传热也有很大不同.在不同的Ra数范围,传热规律服从不同的标度律。     

前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散     

高重复频率水冷Nd:YAG激活镜放大器的温度特性

为解决高重复频率大能量激光放大器的热管理问题,采用数值模拟与实验分析的方法,对背面水冷Nd:YAG激活镜放大器的流体散热进行了研究.基于低雷诺数k-ε湍流模型,建立了流-固共轭传热多物理场藕合分析模型,对比分析了近壁面处理方法对流体流动、对流扩散和热传导过程及温度分布的影响,分析研究了不同冷却液流量和泵浦参数对流场特性、激光介质温度和波前分布的影响.数值模拟表明:激光介质的温度分布与固液边界层内的黏性作用密切相关,且冷却液的热扩散主要发生在100μm范围内;激光介质的热沉积分布中心对称,而温度分布沿水流方向不对称,最大温升位于出水口端且基本保持不变;增益介质前表面的温度分布与介质的波前分布随冷却液流量非线性变化,而随泵浦参数线性变化;实验结果与数值模拟符合较好.     

多孔介质中盐指现象的数值模拟

运用基于杂交网格的高精度数值方法研究了多孔介质中的盐指现象.该算法将基于边界拟合坐标下的高精度有限差分法和高精度的泊松方程快速求解器有效地结合在一起,从而达到提高整体的计算精度、计算效率和稳定性的目的.通过比较不同孔隙率的多孔介质对盐指对流的传热传质效应的影响,发现在标准孔隙率较低的多孔介质中,盐度扩散的速度明显比热扩散的速度快,盐指很快触及上下壁面,使得上下层的盐度梯度迅速减小,这是与非多孔介质具有明显差异之处. 关键词： 多孔介质 双扩散对流 盐指     

模拟的对流边界层大气闪烁频谱特性研究

边界层是地面与自由大气的过渡带,对人类活动有重要影响.由于边界层上部位置较高,进行精细结构观测很难.在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展.将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据,对光斑图像数据进行频谱分析.根据光在湍流介质中的传输理论确定无标度区间得到边界层各高度处的标度指数.研究表明,均匀下垫面标度指数在混合层基本在-8/3左右,接近各向同性湍流的理论值.而夹卷层的标度指数,实验初期严重偏离理论值,但在实验后期,由于对流剧烈也逐渐接近-8/3,此时夹卷层也趋于混合均匀.夹卷层平均标度指数与对流Richardson数存在一定的关系.标度指数廓线随高度的变化特点与同时刻的热通量廓线和归一化光强方差廓线有比较一致的对应关系.     

流体在微多孔介质内对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微多孔介质内部对流换热进行了实验研究,分析了不同颗粒直径下对流换热努谢尔特数随流量的变化.结果表明:当颗粒直径为200～40μm时,实验得到的对流换热努谢尔特数与已有研究结果符合很好;当颗粒直径为20μm和10 μm时,实验结果略小于已有研究结果,说明空气在微多孔介质中的对流换热需要考虑微尺度效应的影响.同时,根据实验结果给出了微多孔介质内对流换热努谢尔特数与雷诺数的经验关联式,并提出了考虑努森数的修正关联式.     

实心与空心锥形喷雾与热多孔介质相互作用的数值研究

在KIVA-3V中增加了油滴碰撞热多孔介质壁面的碰撞模型、传热模型及空心喷雾的线性不稳定性液膜破碎模型(LISA).在多孔介质结构简化描述的基础上,详细模拟了实心喷雾与空心锥形油雾与热多孔介质之间的碰撞过程.针对Senda等人的实验进行了数值计算,油束碰壁后油滴和油蒸汽分布的数值计算结果与实验结果吻合得很好.计算结果表明油雾在碰撞到热多孔介质后,油束会发生分裂,为油滴的快速蒸发和油蒸汽与空气充分混合创造了前提.油滴初始动能相同的条件下,空心喷雾的油滴穿越多孔介质的可能性比实心喷雾要小.     

翅片管式熔盐—气体换热器传热性能的实验研究

对一台翅片管式熔盐-气体换热器进行了传热性能实验。实验热介质为混合硝酸盐,冷却介质为空气。利用修正的威尔逊法获得了熔盐在空气冷却边界条件下的管内流动传热准则关系式,该关系式适用于2378Re12075,10.5Pr11。本文对换热器传热过程中的热阻进行了对比分析,分析结果表明,管程熔盐的对流传热热阻对该换热器传热性能的影响基本可以忽略不计,翅片管的导热热阻和壳程气体的对流传热热阻是影响该换热器性能的两个重要影响因素,并且随着气体流速和换热系数的提高,翅片的导热热阻将会逐渐成为影响换热器性能的最主要因素。     

边界条件局部变化对二维发汗冷却的影响

本文通过对发汗冷却的多孔区域进行二维非热平衡数值模拟,研究了多孔介质区域进口处对流换热系数、冷却剂流量局部降低以及多孔介质受热表面热流密度局部增大对青铜、陶瓷两种不同多孔材料的温度场的影响。计算结果表明,冷却剂在进口处与多孔壁面对流换热系数的增大使多孔介质内部趋向于热平衡;热端壁面对流换热系数、冷却剂流量的局部变化对陶瓷多孔壁面在该局部区域的影响要大于青铜多孔壁面,但青铜多孔壁面受影响的区域更大,而冷却剂流量的局部降低对两种材料固体、流体间温差的影响程度基本一致。     

微细多孔介质中对流换热研究

本文对空气、氦气和二氧化碳流过微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为40～225μm,通过单吹法的实验方法进行瞬态实验,得到了多孔介质内部对流换热系数。数值模拟了气体流过微细多孔结构内部的对流换热的非稳态过程,得到多孔介质内部对流换热系数。数值结果与实验结果基本一致,并与已有结果基本吻合。     

微细多孔介质中对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为0．2 mm。通过“单吹法”的实验方法进行瞬态实验,并用两种不同的数据处理方法得到了多孔介质内部对流换热系数。数据处理方法1利用局部非热平衡能量方程,结合实验数据,数值求得了多孔介质内部对流换热系数。方法2利用实验数据直接求得内部对流换热系数。研究表明:用数据处理方法1得到的多孔介质内部对流换热系与用方法2得到的结果相差在10％以内,与已有结果基本吻合。