聚变堆高热流部件超汽化换热实验研究

搭建了常压水超汽化实验回路(HVL-Ⅰ),采用平面激光诱导荧光(PLIF)、高速摄影、微距摄影、粒子成像测速(PIV)等先进测量技术,开展聚变堆面对等离子体部件(第一壁、偏滤器)在高热流过冷沸腾工况下强化换热特性实验研究。选择三角形和矩形翅片的铬锆铜超汽化样件,实验工况为常压室温(296K),若丹明B 水溶液流速 0.3～0.5m•s⁻¹ 连续可调,热流密度～5MW•m⁻²。实验结果表明同等工况下,矩形翅片比三角形翅片换热效果显著增强,性能提升约30%～50%。微距摄影显示翅根涡流形态保持时间越短,越有利于小汽泡充分扩散,从而使换热得到强化。     

开孔矩形翅片椭圆管流动与换热特性的数值研究

对电站直接空冷系统的基本换热元件矩形翅片椭圆管建立三维物理数学模型,对空气侧流动和传热性能进行数值研究．分析了不同迎面风速下翅片上无扰流孔和开有扰流孔两种情况下矩形翅片表面的局部表面传热系数分布规律,发现椭圆基管后存在的尾流区使得翅片的强化换热作用减弱。比较了扰流孔的尺寸、数目和位置对管外空气侧流动与换热的影响,结果表明:扰流孔尺寸对流动与换热存在明显影响,而扰流孔数目和位置的影响相对比较小．     

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。     

大功率LED液冷热沉结构与换热效果研究

为了更好设计LED液冷换热热沉,提高大功率LED热沉的综合换热性能,模拟计算了三种结构热沉的LED芯片最高结温和器件热阻,运用场协同原理分析了不同LED热沉结构的换热原理,以及努塞尔数和摩擦因子随雷诺数的变化规律;并用强化传热因子来表述换热能力和流动阻力的综合换热效果。结果表明,运用30°角矩形翅片的LED结温和器件热阻最低,换热能力最好;菱形翅片次之,垂直平行翅片最差。30°角矩形翅片和菱形翅片由于倾斜角的存在,在增加换热能力的同时也增加了流动阻力;综合分析换热能力和流动阻力,菱形翅片的综合换热性能最好。     

大功率LED液冷热沉结构与换热效果研究EI北大核心CSCD

为了更好设计LED液冷换热热沉,提高大功率LED热沉的综合换热性能,模拟计算了三种结构热沉的LED芯片最高结温和器件热阻,运用场协同原理分析了不同LED热沉结构的换热原理,以及努塞尔数和摩擦因子随雷诺数的变化规律;并用强化传热因子来表述换热能力和流动阻力的综合换热效果。结果表明,运用30°角矩形翅片的LED结温和器件热阻最低,换热能力最好;菱形翅片次之,垂直平行翅片最差。30°角矩形翅片和菱形翅片由于倾斜角的存在,在增加换热能力的同时也增加了流动阻力;综合分析换热能力和流动阻力,菱形翅片的综合换热性能最好。     

椭圆形百叶窗翅片传热强化数值分析

提出了一种新型椭圆形百叶窗翅片,采用CFD方法对其阻力特性及传热特性进行了模拟研究,并与传统矩形百叶窗翅片进行比较,分析了雷诺数对两种结构内流体的流动与传热性能的影响,同时对两种结构内流场与温度场的协同性也进行了研究。结果表明:新提出的椭圆形百叶窗翅片与矩形百叶窗翅片相比,阻力因子f降低了16%~20%,传热因子j提高了5%~7%,且雷诺数Re在225.7~451.3范围内,椭圆形翅片综合评价因子j/f1/3比矩形百叶窗翅片的提高了11%~15%,且椭圆形百叶窗翅片的速度与温度场的协同性优于矩形百叶窗翅片,椭圆形百叶窗翅片的综合换热性能高于矩形百叶窗翅片。     

涡轮机匣内部冷却结构换热特性的实验研究

为获得涡轮机匣内部冷却结构的换热特性,利用瞬态液晶技术测量了动力涡轮机匣中环腔及机匣后腔内表面的换热系数,获得了进口雷诺数(Re=3.0×10~4～9.5×10~4)和出流比(M=0.5～2.0)影响下机匣内表面的换热规律。结果表明:机匣内表面换热系数随射流雷诺数的增大而升高,冲击射流在轴向及周向的发展使得环腔表面形成三角形和圆形高换热区。射流冲击倾斜靶面后,贴壁射流对后腔上表面形成二次冲击,提升了局部换热系数。对后腔下表面而言,随着出流比的增加,冲击靶面上游区域平均努塞尔数逐渐增加,最大增幅分别为8.5%和12.3%,而靶面下游区域平均努塞尔数逐渐减小,最大降幅分别为18.5%、26.3%和34.6%。对后腔上表面而言,出流比的增大对换热系数影响很小。     

电场作用下锥翅表面强化池沸腾换热的介观数值方法

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核态沸腾阶段有更多的成核点,沸腾换热性能增强,临界热流密度(critical heat flux,CHF)提高.而在过渡沸腾阶段以及膜态沸腾阶段,由于锥翅结构增加了锥翅表面流体的流动阻力,阻碍了气液交换,换热性能低于平滑表面.基于以上发现,通过对锥翅表面池沸腾过程施加电场,进一步强化了锥翅表面沸腾换热.结果表明,在起始核态沸腾阶段,电场的存在稍微延后了气泡开始成核时间,气泡尺寸减小,沸腾轻微被抑制;充分核态沸腾阶段,由于电场力的作用以及电场与锥翅结构协同表现出的尖端效应,阻止了加热表面干斑的扩散和蔓延,促进沸腾换热;过渡沸腾以及膜态沸腾阶段,尖端效应更加明显,逐渐增大的电场强度使沸腾在更高过热度下处于核态沸腾状态,沸腾换热性能大幅度提高,且CHF逐渐提高.     

间断型波纹微通道内沸腾换热特性研究

本文通过MEMS技术设计并加工出一种间断型波纹微通道。采用丙酮为工质,借助高速同步测量系统对间断型波纹微通道内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。通过与传统的矩形直通道对比,分析了两种微通道的流型、换热系数和底面温度分布。实验结果表明:间断型波纹微通道的出口处能维持稳定的环状流,有效推迟了局部干涸。由于特殊的壁面结构能提升沸腾换热性能,所以间断型波纹微通道的换热系数要高于矩形直通道,增幅接近70%。相同工况下,间断型波纹微通道底面温差更小,提供了更好的温度分布均匀性。     

HL-2M偏滤器超汽化结构冷却性能研究

利用 ANSYS CFX 分析软件对 HL-2M 偏滤器超汽化结构模块方案进行了热工水力分析。研究结果 表明：在流道高度为 6mm 时,翅片高度为 3mm、厚度为 4mm 的超汽化结构排热能力最佳。当超汽化结构偏滤 器表面热流密度为 10MW·m^-2 时,靶板表面最大温度小于 700℃,热沉最大温度小于 300℃,满足排热能力需求和材料许用范围。     

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Based on the computational fluid dynamic code ANSYS CFX, the inhomogeneous Eulerian- Eulerian multiphase model coupled with RPI (Rensselaer Polytechnic Institute) boiling model is adopted to simulate the subcooled boiling two-phase flow of hypervapotron structure, and the effects of different fin structures on the heat transfer performance of hypervapotron structures are compared. The results show that under high heat flux conditions, the heat transfer performance of the triangular fin structure is better than the rectangular fin structure. Triangular 4×3 to the flow geometry has the best heat transfer performance. Rectangular 4×3 geometry is greatly affected by the flow rate due to the obstruction of the fins making the flow rate to be lower and the heat transfer performance will be getting worse. Triangular 4×3 against the flow geometry make the fluid in the cavity to maintain a large degree of turbulence due to the small cavity between the fins and the adverse effects of counter-flow fins on the mainstream, so the fin area has a good heat transfer performance, but due to the impeding effect of the counter-flow fin on the fluid, the fluid velocity in the slot is getting lower and lower, as the result, the heat transfer performance on the sidewall far away from the fin area is getting worse.     

浮升力对管内水过冷流动沸腾传热特性的影响研究

基于已知的2087组水的过冷流动沸腾传热实验数据,通过努塞尔数(Nu)和格拉晓夫数(Gr)的关系探讨了不同流动方向和加热方式下浮升力对过冷流动沸腾传热性能的影响。对上壁面单边加热水平矩形管内过冷流动沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,向上的浮升力阻碍了气泡向流体中的扩散,使得传热恶化。在增加流速、增大压力和减小过冷度的条件下,Nu均随Gr增加,使过冷流动沸腾传热得到强化。     

Experimental investigation of heat transfer from different pin fin in a rectangular channel

In this study, the effect of both hexagonal pin fins (HPFs) and cylindrical pin fins (CPFs) into the rectangular channel on heat transfer augmentation, Nusselt number and friction factor were experimentally investigated. In planning of the experiments, different Reynolds number, pin fin array, pin fin geometry and the ratio of the distance between pin fin spacing (s) to the pin fin hydraulic diameter (s/D_h) were chosen as the design parameters. Air was used as the fluid. The Reynolds number, based on the channel hydraulic diameter of the rectangular channel, was varied from 3188 to 19531. In the experiments, the heating plate was made of stainless steel foil. The foil was electrically heated by means of a high current DC power supply to provide a constantly heated flux surface. The heat transfer results were obtained using the infrared thermal imaging technique. The heat transfer results of the hexagonal pin fins (HPFs) and cylindrical pin fins (CPFs) are compared with those of a smooth plate. Best heat transfer performance was obtained with the hexagonal pin fins. The maximum thermal performance factor ((?), was obtained as Re = 3188, staggered array, s/D_h = 0, ? = 2.28.     

基于(火积)耗散率最小的复杂肋片对流换热构形优化

基于构形理论, 以基于(火积)耗散率定义的当量热阻最小为优化目标对复杂肋片进行构形优化, 得到同时考虑肋片导热和对流换热(火积)耗散性能的肋片最优构形, 并比较不同形状和不同优化目标下的肋片最优构形. 结果表明: 存在最佳单元级直肋、中部空腔以及肋片末梢高度和长度比使得复杂肋片当量热阻取得三重最小值. 当量热阻最小的复杂肋片最优构形与T-Y形肋片最优构形相比, 复杂肋片结构使得肋片整体传热性能大大提高. 当肋片传热为二维传热且根部较宽时, 肋片根部温度越不均匀, 当量热阻最小和最大热阻最小的复杂肋片最优构形差别越大. 在保证热安全性的前提下, 工程上对肋片进行优化设计时可选择当量热阻最小的肋片构形设计方案以降低其平均传热温差、提高整体传热性能. 本文从传热优化角度为复杂肋片的优化设计提供了参考.     

微方肋冷却系统的换热特性

采用去离子水为冷却介质,对自行设计的不同结构微方肋散热器内的换热特性进行实验研究,结果表明:在进口温度为20 ℃、进口流量为57.225 L/h、底面平均温度为73.4 ℃时,散热器散热量可达2.83106 W/cm2,可以满足当前高热流密度散热需求;当散热面温度一定时,散热量随着散热器进口流量的增加而增加,但增速随散热器底面温度的增加变缓;努谢尔特数随雷诺数的增加而成幂次方增加,常规针肋结构和微针肋结构换热关系式不满足微方肋散热器特性。为了更好地表达微方肋散热器内的换热特性,拟合了微方肋散热器内对流换热关系式。     

超临界LNG在错列S形翅片微通道的流动传热特性研究

作为一种新型微通道换热器,印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)因比表面积大、耐高压和低温、海上适应性强以及便于模块化等特点,近年来逐渐成为浮式LNG接收站和浮式储存及再气化装置的主低温换热器首选.针对改进后的错列S型翅片,对超临界LNG在翅片通道内的流动传热特性展...     

Study of vapor condensation on curvilinear fins under influence of capillary forces and gravity

The problem on film vapor condensation on curvilinear fins is solved numerically with regard to surface tension and gravity. Steam condensation on a fin of optimized and semicircular form was calculated for various inclinations of the fin relative to the direction of gravity vector and the levels of groove flooding. The calculations showed that the average heat transfer coefficient for a semicircular fin slightly decreases with changing the fin position relative to the direction of gravity vector, at that, the “zero” flow point from which the condensate flows in different directions shifts. For an optimized fin, there is no such shift, and the heat transfer coefficient does not practically change. The top of an optimized fin with a large curvature serves as a kind of "barrier" for the flow. The heat transfer coefficients on optimized fins are significantly higher than those on semicircular fins. The amount of the level of groove flooding significantly affects the condensation efficiency as a whole; however, it does not affect the process of condensation on the convex part of fins.     

车用散热器百叶窗翅片结构仿真优化

随着现代发动机技术的进步,发动机功率和性能的提升,也对发动机散热器提出了更高的要求。在兼备良好的散热性能和稳定性的同时,更要求散热器结构紧凑,以实现轻型化。通过对车用发动机管带式散热器的局部翅片和整体散热器进行三维建模,分析百叶窗翅片角度、翅片波距、翅片波高对空气侧压降影响,并对影响散热器散热性能主要因素进行分析。然后采用了多孔介质代替翅片的方法,模拟整体散热器的散热性能,并对比实验结果验证仿真模型准确性。最后拟合仿真数据的总传热系数和空气侧压降系数,建立粒子群算法优化数学模型。在不改变散热器外形尺寸和空气侧压降符合设计标准的情况下,优化散热器的翅片结构。翅片结构优化后,空气侧压降基本不变,散热量提升了11.6%。     

Experimental Study of Wavy Fin Aluminum Plate Fin Heat Exchanger

An experimental study of the air-side thermal hydraulic performance of the aluminum wavy fin in heat exchanger was performed. A series of tests were conducted for 16 wavy fin samples with different geometry parameters. The experimental correlation equations of the wavy fin about the heat transfer and pressure drop are set up using the multiple regression method. The parametric study on the performance of the wavy fins is carried out using the Taguchi method. The study results show that the ratio of the wavy fin amplitude and wavy length is the most important factor that affects the overall thermal hydraulic performance.