非对称螺旋扭曲管管内流动与传热特性数值模拟研究

本文利用数值模拟方法对一种非对称螺旋扭曲管在雷诺数4000~20000的范围内管内流动阻力和传热特性进行了研究.结果表明,与椭圆扭曲管相比,非对称的螺旋扭曲管的努塞尔数得到了显著的提高.通过流场的对比分析可知,非对称螺旋管横截面上的三叶扭曲,使得三叶区域内的流体流动发生偏向,形成强烈的二次旋流使得传热性能得到提升.低雷诺数时,非对称螺旋扭曲管(顺向扭曲)显示出更好的传热性能和更高的阻力因子.随着雷诺数的增加,非对称螺旋扭曲管与对称性螺旋扭曲管的传热与阻力特性差别不大.此外,通过两种不同综合性能因子对比不同管型传热综合性能。在相同泵功率下,非对称螺旋扭曲管在低雷诺数时显示较优的性能,而在相同质量流率下,传统的椭圆扭曲管显示较好的性能。     

椭圆形和圆形翅片管流动与传热的数值研究

对椭圆管椭圆翅片间的流动与传热规律进行了三维数值研究,分析了不同翅片间距、迎面风速对表面换热系数和流动阻力的影响;与具有相同结构参数(相同的基管当量直径和翅片厚度、表面积)的圆管圆翅片进行比较表明,在相同条件下,两者的表面换热系数相差不大,但椭圆管椭圆翅片间流动阻力却有明显的减小.场协同分析表明,翅片迎风侧的换热要优于背风侧;通过适当增加迎风侧翅片面积,减小背风侧翅片面积,可以在强化换热的同时,减小流动阻力.     

蒸发式冷凝器管外流体流动与传热传质强化

蒸发式冷凝器是一种高效散热设备,能源危机和水环保促进了它的应用.提出了扭曲管强化管外水和空气流动及传热传质,测试了圆管、椭圆管、扭曲管等三种水平管蒸发式冷凝器的流动与传热传质性能,结果表明,扭曲管间为有序的可控制水流,分布均匀,脱落速度快,更易形成柱状流,管表面水膜厚度比现有圆管和椭圆管小;传热传质系数随冷却水喷淋密度及风速的增大而增大,但冷却水喷淋密度增大至一定值后,对传热传质系数基本没有影响;扭曲管的传热传质系数高于椭圆管,特别是圆管,总结了扭曲管传热传质系数经验式.     

螺旋扁管管外蒸汽冷凝双侧强化传热试验研究

为促进螺旋扁管在冷凝换热装置上的应用,对螺旋椭圆管管外蒸汽冷凝工况下的传热特性进行了试验研究。研究结果表明,螺旋椭圆管在强化管内无相变对流传热的同时也可以强化管外冷凝传热。相同工况下,同圆管相比,所用螺旋椭圆扁管的总传热系数高11%-16%,管内传热系数高约18%,管外冷凝传热系数高约9%。并从二次流减薄传热边界层及冷凝表面利于排除冷凝液的角度,分析了螺旋椭圆扁管的双侧强化传热机理。     

内置斜流杆的强化传热管的数值模拟研究

本文采用数值计算的方法,以水为流动介质,对管内插斜流杆的强化传热管进行流动与传热特征分析。结果表明,管内插入斜流杆能有效扰动流体并且使流体形成一种多纵向涡的旋流结构,能够有效提升换热管的换热和流动综合性能,雷诺数Re为0300~1500时,其PEC值为2.1~4。     

SLM增材制造高通量微通道换热器结构优化设计

选择性激光熔化技术(SLM)的出现,给性能更高效、结构更复杂的微通道换热器制备提供了有力的技术支持.实验利用Fluent软件对不同长短轴比k、螺距L的单、双边椭圆纽带强化管进行了仿真计算,并采用PEC评价法评价换热器的综合性能.结果 表明:一定螺距的纽带强化管,雷诺数Re一定时,努塞尔数Nu和阻力系数f均随着长短轴之比...     

内置螺旋片的强化传热管的数值模拟研究

本文采用数值计算的方法,以水为流动介质,对内置螺旋片的强化传热管进行流动与传热特性的分析.结果表明,在管内插入螺旋片可以有效提高换热与流动的综合性能,雷诺数Re在300O～12000之间时,其PEC值在1.60～2.40之间.     

椭圆管内层流结冰的数值研究

为预防椭圆管换热器等设备内部结冰甚至堵塞,本文采用流体计算软件fluent建立了三维椭圆管内流动换热模型,研究了一定热边界条件下椭圆管内层流流体的结冰规律.通过对不同工况的模拟分析,得到了流体在管内不同位置的结冰规律以及进口温度、进口Re数、长短轴之比对冰层厚度以及管内换热产生的影响,结果表明:椭圆管截面内,不同径向位置的冰层厚度不同;沿轴向管内冰层厚度逐渐增加,压力损失增大,局部Nu逐渐减小;Re数减小,进口水温降低,都会使管内各处冰层厚度增大,从而增加了管道堵塞的危险.而长短轴比例增大时,长短轴方向冰层变化趋势相反.     

碳烟颗粒沉积对管排换热器性能影响及优化

针对内燃机排气碳烟沉积、导致换热器的换热性能大幅降低的问题，本文建立了包含碳烟颗粒沉积与移除机制的数值模型，基于管排换热器沉积分布特性，研究了换热管形状及布置方式对碳烟沉积特性以及换热压降性能的影响规律。结果表明：沉积层达到动态平衡的时间随椭圆管轴长比增大而增大，与圆管结构相比，合适的椭圆管结构能够抑制碳烟沉积引起的换热性能下降；在无碳烟沉积时叉排结构换热压降性能优于顺排结构，但碳烟沉积对叉排换热器性能影响极大，考虑沉积后叉排圆管性能恶化82.53%，其性能反而远差于顺排结构；在考虑碳烟沉积的情况下，顺排轴长比为0.8的椭圆管结构的平均换热压降性能与顺排圆管和叉排圆管相比分别提高了51.63%和223.31%。     

扁平管交错蛇形短翅片强化传热的研究

针对火电空冷凝汽器采用的扁平管蛇形翅片长度较大,空气在翅片间流动对强化传热的效果受到边界层发展抑制的缺陷,根据锯齿翅片通过破坏边界层发展强化传热的思想,提出一种扁平管交错蛇形短翅片结构。实验结果表明,扁平管交错蛇形短翅片的传热性能优于原有结构,在不同雷诺数Re范围,努塞尔数Nu增加了1.4%～16%;同时空气侧流动阻力也明显增加,摩擦系数f增加了18%～45%。由综合评价指标PEC也可以得到,扁平管交错蛇形翅片有效地强化了空气侧的换热。     

圆管内插入环状多孔介质的换热性能研究及其场协同分析

本文运用数值计算的方法,以空气为流动介质,研究了圆管内插入环状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并进行了场协同分析.结果表明,在圆管内插入环状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC值随Re数的增大呈现缓慢增大的趋势.多孔材料的孔隙率对综合性能的影响最为明显,孔隙率越高,综合性能越好.     

圆管插入十字形扭带强化传热数值模拟

对圆管内添加两种宽度的十字形扭带的强化传热进行了数值模拟,对传热与阻力特性和PEC值进行了比较分析,模拟结果表明:通过减小十字形扭带的宽度使换热管内流体核心区域扰动,在紊流区域能在换热强化减小不大的情况下有效减小流体阻力,从而能提高换热管的性能.     

流体低速横掠振动圆管的传热特性研究

本文实验研究了流体低流速横向冲刷间谐振动圆管的传热特性,其目的是为流体诱导振动的有效利用提供更多的借鉴。研究结果表明流体绕流振动圆管时,在较低流速下即可获得较好的传热效果。对流换热的增强较少地依赖于流动雷诺数,更多地依赖于振动雷诺数。     

扭曲流道内混沌对流及传热特性研究

采用数值方法对两种扭曲流道(平面流道和曲面流道)进行了研究,分析了扭曲流道和平直流道在雷诺数处于20～1 000范围内时的混沌对流、传热和流阻特性,对比了流道的综合传热性能。结果表明：两种扭曲流道具有混沌特征,雷诺数越大,混沌对流强度越高;流道的传热性能随着雷诺数增大而提高,平面流道传热略优于曲面流道,显著优于平直流道;流道的摩擦系数与雷诺数近似成反比,两种扭曲流道摩擦系数均高于平直流道,曲面流道略低于平面流道。不同流道的综合传热性能在不同的雷诺数范围下具有优势,当雷诺数取1 000时,曲面流道强化传热评价指标值约为1.55,比平面流道高约4.3%,曲面流道倾向于在较高的雷诺数下取得更好的综合性能。     

冲孔球凸/球凹翅片强化传热研究

为了提高多孔翅片的换热性能,本文提出了新型冲孔球凸/球凹翅片结构。采用数值模拟方法对其流动传热特性进行研究,并对冲孔球凸和冲孔球凹结构布置方式进行了优化。研究结果表明:冲孔球凸/球凹翅片形成局部射流和增加涡结构破碎,增强扰流,增强换热。在相同雷诺数Re下,冲孔球凸/球凹翅片综合换热性能明显优于多孔翅片,性能评价指标PEC提高了31.3%～55.0%;合理的布置方式可以更好地提高翅片换热性能,同时布置冲孔球凸和冲孔球凹两种结构的翅片换热性能优于单一布置冲孔球凸或冲孔球凹结构;翅片壁面同时布置冲孔球凸和冲孔球凹结构时,顺排布置优于叉排,而翅片壁面仅单一布置冲孔球凸或冲孔球凹结构时,叉排布置优于顺排。     

采用深槽螺旋波纹管的折流杆换热器传热与流动数值模拟

本文采用数值计算方法,以水为流动介质,研究了采用螺旋波纹管为换热管的折流杆换热器传热与流动的综合性能,并与传统采用圆管的折流杆换热器进行对比.结果表明,采用螺旋波纹管的折流杆换热器能有效提高综合强化传热性能,其EEC值可达1.28.     

超临界压力CO2在非均匀加热竖直管内的换热特性研究

基于工程中存在的非均匀热流问题,针对四种非均匀热流条件下超临界压力CO₂在竖直管内的流动换热特性进行了数值研究,分析了热流密度、质量流量、浮力效应和排布方式对流动换热性能以及圆管表面温度分布的影响。超临界压力CO₂在非均匀热流条件下表现更为复杂的流动换热特性,轴向热流密度分布不均匀会使传热恶化,增大热流密度和减小雷诺数可以弱化传热恶化效应;热流分布不均时,Bo^*比■/Re2.7更能准确地预测浮力效应;在非均匀热流条件下,竖直向下流动比竖直向上流动表现出更好的传热性能,径向速度和湍流动能分布可以较好地解释传热恶化的产生机理。本文对于光热、锅炉等非均匀热流条件下的工程应用具有一定的指导意义。     

微圆管内液体流动与换热特性的实验研究

以去离子水作为工质,在当量直径300-1570μm的微圆管(1cr18Ni9Ti)内进行层流流动与换热特性的实验研究。实验结果表明当壁面粗糙度超过1％时摩擦系数随着壁面相对粗糙度的增加而增加。在给定外壁面热流密度的条件下,当雷诺数小于100时,管壁轴向导热对换热特性的影响随着壁厚与内径比的增加而增大;当雷诺数大于100时,轴向导热的影响随着雷诺数的增加逐渐减弱,充分发展区的Nu数接近常规值4．36。     

微翅片扁管中纳米流体的流动换热特性研究

本文对SiC-水纳米流体在3种多孔平行流矩形通道扁管中的流动与换热特性进行了实验研究。第一种扁管是光滑管,另外两种是带有不同间距的微翅片结构的管道。纳米流体的体积分数为0.005%、0.01%和0.1%,Re范围为150～5300。实验结果表明:微翅片结构对纳米流体的流动特性没有明显的影响;微翅片肋片间距对纳米流体的换热特性有一定的影响。微翅片的存在引起纳米流体在微翅片管段的强化程度低于光滑管道。最后,利用性能评价标准对纳米流体的综合性能进行了评定,表明在光滑管中Re≈5100时,0.01%的纳米流体的PEC达到最大值为1.68。     

内置双旋线换热管内流动与传热数值模拟

采用数值计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9 mm、12 mm、15 mm、18 mm的换热管内流体流动与传热特性进行模拟分析,结果表明:管内流体呈规律性三维螺旋流动,提高了管壁附近流体的周向速度和径向速度,加剧了管壁滞留层流体的扰动及与中心区域流体的混合;随着双旋线外径增大,流动阻力系数f随之增加;内置双旋线换热管的协同数均大于光管,综合性能评价指标PEC值可达1.8,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能。