同轴换热器内流动与换热的实验研究

采用实验的方法以水为介质研究了同轴换热器内的流动与传热,Re为3×104～10×104.对具有不同螺距两根内管管内的摩擦阻力及同轴换热器整体换热性能进行了实验研究,研究表明:管内摩擦自力系数是相同情况下圆管的3～3.5倍.采用数值计算的方法揭示了同轴换热器管内外流场特征.     

水蒸汽在水平二维微肋管内的凝结换热

探讨了微肋高度对水平二维微肋管内凝结换热和流动阻力的影响．采用水蒸汽为凝结介质,进行了三种不同肋高度的管内凝结换热实验．结果表明,二维微肋管内凝结的平均换热系数α随肋高的增加明显增大．和光管比较,α增加２８％～２１０％,这时阻力的增加仅为４％～５３％．     

紊流区内不同物性的工质在三维内肋管内的对流换热实验

在Re数为8000～80000范围内,以水和乙二醇的水溶液(乙二醇的质量浓度为55%)为工质,对5根不同肋形结构尺寸和肋排列形式的三维内肋管内的对流换热特性,在不同的工质入口温度下进行了实验。实验结果表明:工质物性参数中,Pr数对三维内肋管的换热影响较大。另外,根据实验值还关联出适合较大工况范围的换热关系式。     

适用于浴池的Z字形双折式废气蒸发器的最优工况研究

目的优化Z字形双折式废气蒸发器最优工况,最大程度回收高校浴池洗浴过程中产生废气的热量,解决公共机构类浴池余热严重浪费的问题,合理利用非再生能源,减少环境热污染.方法结合某高校浴池在淋浴区布置,分析其浴室高湿废气的排放形式.利用增大换热面积,增大紊流强度强化对流换热.通过数值模拟方法,改变蛇管式蒸发器肋片角度及间距两参数,对速度、温度、压力进行模拟分析,得到18种工况肋片表面努赛尔数.高校浴池废水-废气采用双源热泵,废水热回收采用壳管式蒸发器,废气回收采用蛇管式带肋片蒸发器.结果蛇管式蒸发器在肋片角度为45°,肋片间距为6.5 mm工况时,其速度场与温度场协同效果强,对流换热效果更为显著,努赛尔数最大,蒸发器中流体进行的热交换最充分,蒸发器的换热效果最好.结论公共机构类浴池废水、废气余热回收可实现节能减排、治理空气污染,为公共辅助服务类建筑节能提供新思路.     

三维内肋管内乙二醇在层流和过渡流区对流换热的实验研究

以乙二醇为工质，在Ｒｅ数为２５０－６０００，Ｐｒ数为６５－９０之间的工况范围内，对７根具有不同肋形结构尺寸和肋排列形式的三维内肋管管内对流换热和阻力特性进行了实验。结果表明，换热最强的三维内肋管与光管相比，在过渡流区换热强化倍数平均可达４．５倍，同时流阻增加约３倍；在层流区换热强化倍数约为２．４倍，而流阻仅增加约０．６７倍，三维内肋的肋形结构尺寸和肋排列形式均对三维内肋管内的换热和阻力特性以及层流     

水平新型微肋管内流动冷凝换热及流阻特性

为研究微肋管结构尺寸及工况等对管内流动冷凝性能的影响，采用R22为工质对4种结构的微肋管和1根Ф9．52mm光管进行了实验．根据实验结果分析了质量流速、微肋结构尺寸和管径等对冷凝换热性能的影响．实验结果表明，两根Ф9．52mm微肋管的换热系数分别比光管提高了90％和120％，而其内表面积只比光管增加了40％和70％．     

内肋-光滑组合式圆管内流动沸腾换热试验

为探究分段结构对管内流动沸腾过程的影响，采用试验方法分析了制冷剂R245fa在光滑管、内肋管以及采用前肋-后光滑组合管中的流动沸腾换热特性。以质量流速为100～350 kg/(m²·s)、热流密度为9.36～55.84 kW/m²、试验管进口过冷度约为2℃进行试验，并以光滑管的流动换热特性为基准，对比不同试验管的换热系数增强比例(enhancement factor, EF)和价值因子(merit factor, MF)。研究结果表明：内肋管和前肋-后光滑组合管的换热性能均优于全光滑管；在低质量流速时，内肋管的EF高于前肋-后光滑组合管，即内肋管换热效果更好；而随着质量流速的增加，前肋-后光滑组合管的EF逐渐高于内肋管，达到1.7左右；内肋管的MF在低质量流速时高于前肋-后光滑组合管，但在较高质量流速以及较高热流密度条件下，前肋-后光滑组合管的MF要高于内肋管，即前肋-后光滑组合管的综合性能更好。     

涡旋核心分布对斜置肋片蒸汽冷却通道换热特性的影响

数值计算了宽高比为2∶1,雷诺数为1×104~6×104,肋角度分别为30°、60°、90°时蒸汽冷却带肋通道,采用流场涡旋核心显示技术分析了各肋角度下带肋通道涡旋的产生、演变过程、形态变化以及分布规律,研究了涡旋分布规律对通道换热系数的影响。结果表明:肋角度对带肋通道涡旋形态和分布规律有较大影响,90°通道主要由横向涡组成,30°、60°通道主要由纵向涡和主涡组成;纵向涡的换热特性比横向涡更好,30°、60°通道平均换热系数比90°通道高;30°通道纵向涡的分支以及流体的黏性耗散会导致纵向涡涡旋强度和尺度减小、纵向涡的换热性能削弱,这使得30°通道平均换热系数比未发生纵向涡分支的60°通道低;相对于边界层的距离、涡旋半径,涡旋强度、涡旋核心是影响涡旋强化换热的更重要的参数。该结果可为主动控制带肋通道涡旋强化换热研究提供参考。     

纵向涡强化片式散热器换热性能的数值分析

为提高油浸式变压器用片式散热器的综合换热性能,在散热器空气侧安装新型六边形翼涡流发生器,通过数值模拟研究涡流发生器的纵向间距、攻角以及形状对片式散热器换热性能的影响,并运用场协同原理从速度场和温度场相协同的角度阐述纵向涡强化换热的机理。结果表明：同等面积下六边形翼的阻力因子较矩形翼有所增大,但其努塞尔数的提高更加显著;当六边形翼C涡流发生器布置间距为60 mm、攻角45°时,速度矢量与热流矢量间的夹角最小,速度场和温度梯度场协同性最好,散热器综合换热性能最佳,比普通片式散热器的综合换热性能提高26.52%。     

扇形内翅片石墨管层流强化传热性能

利用数值模拟方法对一种高黏度的油类介质在6种不同布置交错角度(0°,30°,45°,60°,75°,90°)的扇形内翅片石墨换热管中层流的强化传热和流动规律进行了研究.结果表明,扇形内翅片的强化换热效果明显.与无翅片的石墨换热管相比,6种布置角度的扇形内翅片对流换热系数分别增大22.69%,42.49%,62.28%,63.44%,65.47%,66.47%.就流动性能而言,扇形内翅片的石墨管6种布置角度下的阻力分别增大了191.88%,252.01%,333.10%,364.33%,385.51%,400.43%.为了明确石墨管内添加扇形内翅片后的强化传热效应,采用了换热性能评价指标(PEC)对6种布置角度进行了评价研究,结果显示45°布置角度时PEC评价准则数的平均值达到最大,为1.265,说明布置角度为45°时强化换热效果最理想.     

不同倾斜角新型板式换热器特性及场协同原理分析

通过三维CFD数值模拟软件ANSYS-CFX模拟分析一种新型波纹板式换热器——复合人字形板式换热器,分析其倾斜角β为20°～70°的传热和阻力特性,并对不同倾斜角的复合人字形板片进行场协同理论分析。数值计算结果表明:在β=60°时复合人字形板式换热器比普通人字形板式换热器的摩擦阻力系数低8%左右,综合性能提高25%左右;β=20°时速度场、温度场和压力场协同最好。     

Optimization of flue gas convective heat transfer with condensation in a rectangular channel

Conservation equations of sensible entarnsy and latent entransy are established for flue gas convective heat transfer with condensation in a rectangular channel and the entransy dissipation expression is deduced. The field synergy equation is obtained on the basis of the extremum entransy dissipation principle for flue gas convective heat transfer with condensation. The optimal velocity field is numerically obtained by solving the field synergy equation. The results show that the optimal velocity field has multiple longitudinal vortices, which improve the synergy not only between the veloctiy and temperature fields but also between the velocity and vapor concentration fields. Therefore, the convective heat and mass transfers are significantly enhanced. Flow with multiple longitudinal vortices close to the optimal velocity field can be generated by discrete double-inclined ribs set in the rectangular channel. The numerical results show that the total heat transfer rate in the discrete double-inclined rib channel increases by 29.02% and the condensing heat transfer rate increases by 27.46% for Re = 600 compared with the plain channel.     

喷气涡流纺导引体结构参数的优化

导引体是喷气涡流纺喷嘴的重要组成部分,为了研究导引体结构参数对纺纱的影响,对导引体的结构参数（螺旋角α、导引针长度L）进行了研究,选择5种螺旋角α／（15°,30°,45°,60°,75°）,4种导引针长度L（0．5,1,1．5,2mm）,以粘胶纤维（39mm×1．23dtex）为原料在喷气涡流纺纱小样机上进行纺纱实验,实验结果表明：OL=30°～45°,L=1～1．5mm为导引体的最佳结构参数．     

场协同原理强化管外降膜吸收传热特性实验研究

对基于场协同原理设计的两种强化传热管型进行了LiBr降膜吸收水蒸气过程的传热实验研究,并与光滑铜管作比较,考查该传热管型在吸收过程中的强化作用.实验测量参数包括;溶液进出口温度、浓度,流量,冷却水进出口温度、流量等.实验结果表明,两种强化传热管型在低雷诺数时对LiBr降膜吸收传热的强化比分别为20%和50%,而且随着雷诺数的增大而增大.利用场协同理论和降液膜流动的波动特性分析了强化降膜吸收过程传热特性的物理机制,发现速度矢量与温度梯度的夹角及降液膜厚度形成的阻力对对流换热有一定影响.     

Optimization of flue gas turbulent heat transfer with condensation in a tube

Conservation equations for sensible and latent entransy are established for flue gas turbulent heat transfer with condensation in a tube, and the entransy dissipation expression is deduced. The field synergy equation is obtained on the basis of the extremum entransy dissipation principle for flue gas turbulent heat transfer with condensation. The optimal velocity field is numerically obtained by solving the field synergy equation. The results show that the optimal velocity field contains multiple longitudinal vortices near the tube surface. These improve the synergy not only between the velocity and temperature fields but also between the velocity and vapor concentration fields. Therefore, the turbulent heat and mass transfers are significantly enhanced.     

新型强化传热螺杆结构传热性能数值研究及场协同分析

利用CFD软件fluent对普通螺杆结构和新型强化传热螺杆结构在塑化计量段中的三维非等温流场进行数值模拟,研究两种结构流道内熔体的速度场、轴向和径向温度场、对流传热系数及场协同角的不同。结果表明：在塑化过程中,新型强化传热结构存在着径向的对流传质过程,加强了径向的对流传热,因此有较好的径向温度分布;新型结构较普通螺杆结构有较高的对流换热系数和较好的场协同性,从而加强了螺杆的对流传热。     

Physical quantity synergy in laminar flow field of convective heat transfer and analysis of heat transfer enhancement

Based on the principle of field synergy for heat transfer enhancement, the concept of physical quantity synergy in the laminar flow field is proposed in the present study according to the physical mechanism of convective heat transfer between fluid and tube wall. The synergy regulation among physical quantities of fluid particle is revealed by establishing formulas reflecting the relation between synergy angles and heat transfer enhancement. The physical nature of enhancing heat transfer and reducing flow resistance, which is directly associated with synergy angles α,β,γ,φ,θ and ψ; is also explained. Besides, the principle of synergy among physical quantities is numerically verified by the calculation of heat transfer and flow in a thin cylinder-interpolated tube, which may guide the optimum design for better heat transfer unit and high-efficiency heat exchanger.     

Physical quantity synergy in the field of turbulent heat transfer and its analysis for heat transfer enhancement

Based on the principle of physical quantity synergy in the field of laminar heat transfer, and according to the models of zero equation and k-ε two equations for the turbulent flow, the synergy equations for both energy and momentum conservation in the turbulent heat transfer are established. The synergy regulation among heat flux, mass flow and fluid driving force, and the mechanism of heat transfer enhancement it reflects are revealed. The synergy principle of physical quantity in the thermal flow field is extended from laminar flow to turbulent flow. The principle is verified to be universal by the calculation of heat transfer enhancement in a tube with an insert of helical twisted tape. Thus, corresponding to the synergy relation among physical quantities in the turbulent flow field, the performance of convective heat transfer and flow resistance for the tubes with different heat transfer components and surface can be compared through theoretical and computational analysis, which thereby provides a guidance for designing heat transfer units and heat exchangers.     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。