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.     

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.     

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.     

不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。     

纵向涡发生器强化传热的研究历程及进展

首先简要回顾了纵向涡发生器的发展历程,对前人进行的关于纵向涡发生器的实验研究和数值分析进行了归纳分析,并运用场协同原理对纵向涡强化换热的机理进行了初步分析。最终得出结论,对以后纵向涡发生器的发展和研究给出具体意见,认为系统地了解纵向涡发生器各种各样的几何参数对换热和压降的影响,对于将纵向涡发生器成功地用于紧凑式换热器是非常重要的。     

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.     

多纵向涡对管内湍流换热特性影响的数值分析

对多纵向涡对管内湍流换热和流阻特性进行了数值分析。结果表明,多纵向涡可明显强化管内湍流换热,其流阻增加与换热增强相当。在计算范围内管内湍流换热时纵向涡对越多强化效果越好,多纵向涡的尺度应与热边界层厚度相当。同时,管内多纵向涡沿轴向还具有不易衰减的特性,这为多纵向涡的应用提供了方便。     

纵向涡强度衰减及其干涉的数值分析

本文以空气为介质,在Re=600-2100的范围内对布置有三角翅片的平行通道内的初始段层流状态下涡干涉的流动及换热进行了数值模拟。展示了旋向相反的涡在流道中的产生及发展情况,说明了涡产生器在横向位置变化时对横截面上平均Nu数和涡旋强度(?)的影响,并对单个涡产生器的有效换热区域长度进行了探讨。     

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...     

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。     

封闭方腔热磁对流强化换热的实验研究

自然对流是由非保守体积力驱动的流体流动,这种体积力可以是重力、离心力以及电磁场力等;通过外加梯度磁场来影响流体的流动,产生强化换热效果的方法是一种新型的强化技术．本文利用永磁体产生0．3 g左右的加速度,采用马赫干涉仪对封闭方腔内空气的热磁对流的强化换热现象进行了实验研究,得到了温度场的干涉图像,并与理论模拟结果进行了比较,发现磁场对空气的自然对流换热有一定的强化作用．     

高超声速飞行器热管冷却前缘结构一体化建模分析

针对高超声速飞行器工作时前缘恶劣的气动加热环境, 为了保证飞行器前缘的尖锐外形, 提出内嵌高温热管前缘结构. 针对热管内部复杂流动与换热情况, 对内嵌高温热管前缘结构进行一体化建模, 将模型的核心部件液态金属热管工作状况的计算与实验进行对比以验证模型的可靠性. 本文还分析了给定工况下内嵌高温热管前缘结构的热防护效果, 其中壁面最高温度下降了11.6%, 最低温度上升了8%, 高温区和低温区均被封闭在前缘外层区域, 内层温度更加均匀, 实现了热流由高温区向低温区的转移, 削弱了高温区的热负荷. 本文还分析了接触热阻对热管冷却前缘结构效果的影响. 关键词： 热管 前缘 疏导式热防护 气动热     

A numerical analysis on flow field and heat transfer by interaction between a pair of vortices in rectangular channel flow

This paper is a numerical study of the effect of flow field and heat transfer created by interactions between a pair of vortices generated by a vortex generator in a rectangular channel flow. In order to analyze the vortices produced by the vortex generator, the pseudo-compressibility method is introduced into the Navier–Strokes (NS) equation of a three-dimensional unsteady, incompressible viscous flow. A two-layer k–ε turbulence model is used on the flat plate three-dimensional turbulence boundary to predict the turbulence characteristics of the vortices. The computational results accurately predict the vortex characteristics, which are related to Reynolds stress, turbulent kinetic energy, and flow field. Also, in the prediction of thermal boundary layers, skin friction characteristics, and heat transfers, the present results are reasonably close to the experimental results obtained by other researchers.     

Local Heat Transfer Distribution in a Rectangular Pin Channel With and Without Vortex Generators

Short pin fins are used to enhance heat transfer rates by increasing the level of turbulence in the trailing edge of gas turbine blades. Experiments are conducted to investigate the local Nusselt number distributions in a staggered pin-fin array using the infrared thermal imaging technique. The pin fins are arranged in a rectangular channel with an aspect ratio of 9. The pins have streamwise pitch-to-diameter (X_S/D) and spanwise pitch-to-diameter (X_T/D) ratios of 2 with a pin height-to-diameter (H/D) ratio of 2. Ejection holes of 5-mm diameter with a pitch of 12.7 mm are used to study the effects of lateral ejection. Both one-wall and two-wall heating situations are studied for straight-flow and lateral-ejection cases. It is found that the local Nusselt numbers are highest below the horseshoe vortices just upstream of the individual pin fins. For the straight-flow case, the Nusselt numbers for the two-wall heating case are observed to be 15–20% higher than those of the one-wall heating case. Lateral ejection causes a decrease of about 1–10% for the one-wall heating case, while there is an increase of about 10% for the two-wall heating case. Experiments are also carried out with vortex generators between individual pin fins. Vortex generators cause an increase in heat transfer by about 50% compared to the straight-flow cases.     

舌横纵剖面温度场的实验研究与计算

用红外热成象技术与动物实验等多种方法对舌体的生物传热特性进行了研究。结合中医舌诊机理,用有限元法计算了猪舌内部横、纵剖面的二维温度场。结果表明,舌体传热的特征是温度梯度由舌根到舌尖较大,沿舌厚度方向较小,舌体温度分布受血管分布和血管截面积的影响。得到的舌表面温度场与横纵剖面温度场之间的关系,为结合病症对人舌温度场进行分析计算提供了思路和依据。     

超流氦浴中的热波传热研究

热波传热机制是超流氦传热非常重要的一个方面.在小热流密度的情况下,超流氦中的热波完全保持加热热流的波形,热量的传输完全靠热波来完成;随着热流密度的增加到一定程度,会在超流氦浴中激发量子涡旋.量子涡旋使热波发展成为热激波.在开放氦浴中,热波的波形不同于狭窄通道里的热波,在热波的尾部会出现一个冷却波;并且随着加热时间的变化,冷却波的形状和幅度会发生很大的变化.运用二流体模型和涡旋方程对超流氦中的热波进行了计算,实验结果与计算结果吻合得较好. 关键词： 超流氦 热波 量子涡旋 热激波