恒壁温下矩形微通道层流热入口段的换热特性研究

热入口段对于微通道的换热有重要影响,而雷诺数Re对层流入口段的换热影响经常被忽略.据此,采用Fluent软件计算了恒壁温热边界条件下矩形微通道的换热性能,分析比较了不同Re数和不同宽高比对努谢尔数Nu的影响.结果表明:在入口区域,Re数对局部Nu数的影响不能忽略,当Re数小于125时,局部Nu数变化尤为明显;在充分发展后,Re数对Nu数的影响消失;矩形通道宽高比对局部Nu数的影响沿流动方向逐渐增大,在充分发展时达到最大值.此外计算了各工况下矩形通道的无量纲热入口段长度,发现在宽高比为3附近时,无量纲热入口段长度出现了最大值,该结果对微通道散热器优化设计具有一定的指导意义.     

布液方式对水平蒸发管管间流型转换的影响

为了探究液体分布装置布液方式对水平管管间液体流动流型转换的影响规律,采用可视化方法对3种工质、两种布液高度、8种液体分布装置开孔规格下的水平管管间液体流动流型转换进行了实验测量.通过高速摄像机拍摄,得到了流量由大到小(76～4.5L·h-1)调节时管间液体流动的5种流动形态和4种流动流型转换;对比膜雷诺数和伽利略数显示,测量结果与文献数据符合很好,转换雷诺数的最大偏差小于15%.实验结果表明:孔径不变,转换雷诺数随着孔间距增大而增大,孔间距不变,转换雷诺数随着开孔孔径增大而减小;直接布液方式的转换边界大于间接布液方式的转换边界.随着无量纲特征参数的逐渐增大,两种布液高度下的转换边界的差异逐渐减小.当无量纲特征参数大于40时,布液高度对管间液体的流动流型转换几乎无影响.     

微型燃机一次表面回热器全程通道三维数值模拟

基于层流假设,对微型燃机一次表面回热器 (PSR)波纹状全程通道的换热特性和压力损失进行了三维数值模拟计算,并将模拟结果与经验公式计算结果进行了比较.数值模拟结果表明,一次表面回热器的换热特性和压力损失值与雷诺数及波纹的结构尺寸有关.换热特性随着雷诺数的增加、通道宽高比的减小而逐渐增强,阻力损失则随着雷诺数、通道宽高比的增加而明显增大.当回热器部分流量工作时,回热度升高.     

剪切来流中圆盘近尾迹的数值研究

采用直接数值模拟(DNS)方法对低雷诺数时剪切来流中圆盘近尾迹进行了数值研究,重点研究剪切率对尾迹结构的影响.选取的雷诺数是140,160和300,无量纲进口来流剪切率范围是0≤k0.1.当Re=140和160时,尾迹均变为非稳态面对称结构,表明剪切来流中非稳态面对称模态出现的临界雷诺数减小.剪切来流中发夹涡头部在来流速度较高侧明显偏大,且当Re=160时对称面位置随剪切率的增加而逐渐趋于xoy面.当Re=300时,剪切来流中圆盘尾迹结构没有明显变化,仍呈弱紊乱状态.研究还发现,相较于均匀来流,在k值较低(k0.1)的剪切来流中无量纲涡旋脱落频率基本不变.     

射流入射角度对螺旋管传热性能的影响

为了揭示射流入射角度对螺旋管内流体传热性能的影响规律,通过数值模拟方法对无量纲曲率δ=0.070 1、无量纲螺距τ=0.143的螺旋管在不同射流入射角度(α=30°～150°)下的强化传热性能进行研究。结果表明,射流的加入显著强化了螺旋管内流体的换热,在射流速比ε=4和雷诺数Re=19 000～26 000范围内,随着射流入射角度的增大,螺旋管壁面的平均努赛尔数Nu_m、周向局部努赛尔数Nu_c(螺旋角θ=4.5π截面)及流动阻力系数f均随之增大;当α=150°时,与单一螺旋管(未加入射流)相比,加入射流后Nu_m提升了13.7%以上,Nu_c提升了70%。在所研究的Re和ε范围内,强化传热综合性能评价因子(PEC)随着α增大而减小,但PEC均大于1(1.08～1.65);当α=30°时,在研究范围内PEC达到最大,其平均值为1.62,是单一螺旋管的1.62倍,表明此时的螺旋管具有良好的综合强化换热效果。     

涡轮叶片厚壁带肋通道冷却性能的实验研究

基于10种不同结构空气冷却厚壁带肋通道的实验数据,分析了宽高比(0.25～4)、肋角(30°～90°)和雷诺数(10 000～60 000)对带肋通道流动及传热性能的综合影响,拟合得到了通道摩擦系数和壁面平均努塞尔数关于宽高比、肋角和进口雷诺数的经验关联式。结果表明:厚壁带肋通道摩擦系数随着宽高比和肋角的增大均大致呈现出升高的变化趋势;平均努塞尔数和综合热力系数随肋角的增大均表现为先增大后减小的分布趋势,随宽高比的增大表现为先增大后减小、再增大再减小的分布趋势。不同雷诺数时,壁面平均努塞尔数的最大值都大致出现在宽高比为1.75～2.75、肋角为55°～65°之间;最高的综合热力系数出现在宽高比约为0.75和2、肋角约为60°时。平均努塞尔数关联式的平均拟合偏差为6.96%,摩擦系数关联式的平均拟合偏差为12.75%。本文研究结果可为未来重型燃机叶片冷却结构设计提供参考。     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究.研究发现,在层流区随着雷诺数(Re)的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大.对于相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两种微槽转捩Re均在1 685～1 760之间,与传统理论相比,转捩并未提前.但相对粗糙度为3.15%的微槽的转捩Re数为1 500,与传统理论相比,转捩已提前.层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两个微槽的摩擦阻力系数在Re<1 600的层流区域基本相同。但在Re=200～2 800的测量范围内,相对粗糙度大于3%的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3%的微槽的要大.过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30%～40%.工质极性对摩擦阻力的影响很小.     

粗糙圆形管道中的振荡流

在壁面粗糙为振幅很小的正弦波的圆形管道中,周期振荡的压力梯度驱动不可压粘性流体的流动,运用摄动法求解管道内流体的近似解析速度及其体积流率.在此基础上研究了无量纲参数对速度u及体积流率Q的影响,比如雷诺数Re,无量纲的压力梯度振幅参数A,正弦波状粗糙的小振幅ε,以及波数k.其中,速度及体积流率随着Re的增加而减小;随着压力梯度振幅参数A的增加而增加.     

两种不同通道内周期性充分发展流动换热的模拟研究

周期性直肋通道是从不同型式的高效换热器中抽象出来的通道模型,采用非稳态数学模型,应用周期性充分发展的假设模拟了周期性矩形直肋通道(A)和半圆形直肋通道(B)内的流动换热情况,并对两种通道的换热特性及其所表现出来的非线性特性进行了对比.计算时采用低雷诺数Re、二维、层流强制对流模型.结果表明,当Re较小时,流动与换热处于稳态;当Re大于某一临界值时,流动与换热发生了非稳态振荡,系统均表现出丰富的非线性现象.在计算范围内,A通道随着Re的增大经历了稳态与周期性振荡阶段;B通道则先后经历了稳态、周期性振荡、拟周期振荡以及混沌状态.     

微针肋阵列通道中水的层流摩擦系数的模拟

在Re数为5～400时,对22组不同几何尺寸及排列的方形叉排微针肋阵列通道中水的层流流动进行了模拟计算.研究了微针肋几何结构对层流流动摩擦系数的影响,简化了通道的几何参数,拟合出包含孔隙率、弯曲度、宽高比和Re数的摩擦系数关联式.与其他实验关联式相比,可以较为准确地预测摩擦系数值.     

高雷诺数下二维长方形截面柱绕流数值模拟

为了研究高雷诺数下长方形截面柱绕流特性,基于Fluent软件对宽高比分别为2,3,4的二维长方形截面柱绕流开展数值模拟,并考虑角部修正对长方形截面柱的绕流特性的影响.采用Realizable k-ε模型结合标准壁面函数求解长方形截面柱的绕流,研究宽高比分别为2,3,4的长方形截面柱在不同风向角α和不同雷诺数的条件下,阻力系数C_D、斯托哈数St的变化规律.研究结果表明:一定雷诺数范围内,方向角为0°时,C_D,St随着雷诺数的增加而增加,随后基本保持不变;在相同雷诺数下,宽高比增大,C_D减小,St增大;在高雷诺数条件下,随着风向角α的增加,C_D出现先减小后增大的现象,而St与之相反.     

层流下不同扩张比对后向台阶流动和传热特性的影响（英文）

建立三维数值模型以研究低雷诺数范围内(50≤Re≤250)不同扩张比对后向台阶流动和传热特性的影响.在宽高比恒为16的条件下,改变扩张比分别为1.5,2.0,3.0,通过Fluent计算得到流场和温度场等.结果表明:扩张比为2.0时的数值模拟结果与先前的实验结果吻合的很好.三维后向台阶底面再附着点的分布呈抛物线状分布.当雷诺数Re=200时,随着扩张比的增大,三维后向台阶上壁面两个对称旋涡的尺寸逐渐增大,底面中心线上的Nu峰值逐渐增大,并且再附着点的位置更接近于台阶.与二维数值模拟相比,在同一扩张比下,三维后向台阶底面中心线上的Nu峰值小于二维后向台阶底面Nu的峰值.     

溢流式布膜铝板液膜厚度和润湿特性实验研究

为了探索高雷诺数(Re700)时平板降膜厚度规律和溢流式布膜方式下的润湿特性,设计并搭建了垂直铝板降膜实验台,采用电容测厚技术测量了Re为660～1 390时冷态水膜瞬时厚度的变化情况。利用文献数据着重分析了流动长度和Re对平均液膜厚度的影响,并通过图像处理法计算了加湿过程的润湿面积。实验结果表明:在研究工况范围内,随着Re的增大,液膜厚度的最大值、最小值、平均值、标准偏差、波动振幅均存在上升趋势;不同流动长度处液膜厚度存在较大差异,拟合出流动长度L为0.43 m处的平均液膜厚度的经验关联式,计算值和实验值的相对误差控制在±6%范围内;层流向紊流转换的临界Re约为500,临界Re之后的平均液膜厚度随Re的增长速率要高于之前的;在Re为15～200时,润湿比随着Re增加呈现波动增大的趋势,预测平板最小润湿流量约为0.27。     

园管中幂律流体层流进口段效应修正系数的研究

利用边界层能量积分关系式的近似处理方法,对幂律流体贺管层流进口段长度及其进口段效应压力损失与流量修正系数进行了分析与近似计算,并且讨论了幕律流体的流动指数n与进口处修正雷诺数Re对进口段长度和压力损失系数的影响,特别是当n＝1时,本文的解与文献[2]中的解完全一致,因而间接验证了本文结果的可靠性。     

喷嘴长宽比和雷诺数对旋流冷却流动与传热特性的影响

针对叶片前缘冷却流动与传热问题,建立了合理的旋流腔冷却结构。通过求解三维稳态RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值分析了喷嘴长宽比和雷诺数对旋流冷却流动和传热的影响。基于数值计算结果对无量纲传热系数Nu、喷嘴长宽比Car和雷诺数Re进行方程拟合,得到旋流冷却的传热关联式。结果表明:冷气从喷嘴进口切向射入旋流腔并形成高速旋流,显著增强换热;随着喷嘴长宽比从0.2增大到9,旋流外区面积、冷气速度和冷气湍流动能先减小后增大,冷气压力系数先增大后减小;在大喷嘴长宽比时,Nu沿旋流腔周向和轴向的分布较为均匀;随着雷诺数的增大,冷气在旋流腔中的流动结构不变,而冷气速度、湍流动能、压力系数和壁面Nu均显著增大;平均Nu随着雷诺数的增大而显著增大,随着喷嘴长宽比的增大先减小然后增大;传热关联式与数值计算结果的误差在10%以内,可以准确预测旋流冷却的换热系数。     

低温海水外掠圆管混合对流传热规律实验

以自然海水为工质,对层流范围内低温海水的混合对流传热特性进行实验研究,研究换热特性与雷诺数、格拉晓夫数和管径的关系,并与经验公式进行对比;提出适用于层流范围内低温海水外掠圆管流动与换热系数的经验公式。结果表明,在实验范围内努赛尔数随着雷诺数和格拉晓夫数增大而增大,且雷诺数越小,格拉晓夫数对努赛尔数的影响越明显;努赛尔数随着立管直径增大逐渐减小,小管径有利于增强对流传热强度;自然对流的影响随着雷诺数增加而减小,随着格拉晓夫数增大而增大;立管直径越大,自然对流对于总换热量的影响越强,且雷诺数越小,管径变化对自然对流在总换热量中的影响越明显。     

玻璃质微通道流动阻力特性的数值模拟

针对湿法刻蚀玻璃微通道截面具有圆角形状的特性,采用Fluent6.3软件,对以水为介质的圆角形微通道内的流动特征进行数值计算研究。基于层流流动模型,对不同雷诺数Re、不同形状因子下圆角形微通道的流动压降进行数值模拟;通过结果整理与分析,拟合圆角形微通道Poisueille数Po随截面形状因子α变化的经验公式,即Po=10.161 1-2.408 5α+0.166 0α2+0.480 9α3-0.197 9α4+0.023 4α5;对此经验公式在不同微通道截面和不同黏度流体流动条件下的适应性进行了验证。研究结果表明:雷诺数与截面形状对圆角形微通道流动压降有很大影响;当截面宽度一定时,压降随雷诺数和形状因子的增大而增加;在所研究的雷诺数范围内,圆角形微通道Poiseuille数不随雷诺数的变化而变化,而随截面形状因子的增大而减小;当雷诺数0.01≤Re≤40、截面形状因子0.4≤α≤3.2时,本文中介绍的圆角形微通道阻力系数经验公式均适用。     

旋转同心圆筒间Couette-Taylor流动的数值模拟

通过求解三维不可压缩流Navier Stokes方程 ,数值模拟了旋转同心圆筒间的Couette Taylor流动问题 .计算预测了流动失稳的临界Reynolds (Rec)数及相应的空间失稳波长 ,与已有的实验结果相符很好 .同时 ,还计算显示了复杂的流场结构 ,结果表明 ,当Re小于Rec 时 ,流场为二维结构 ;当Re数增大到Rec数之后 ,流场发展成三维定常流动结构 ;当Re数进一步增大 ,流场演化为三维非定常流动结构     

近似半椭球波纹板片板式换热器的传热特性

对以凸胞和凹坑中心为平面的非连续近似半椭球波纹不锈钢板片组成的板式换热器进行空气的对流传热特性试验。根据试验结果拟合出该板式换热器内空气的对流传热关联式和量纲一的流动阻力系数公式。结果表明:在对流传热方面,当较小雷诺数Re时,努森数Nu随Re增大而增长较快;当较大Re时,Nu随Re增大而增长减缓;在流动阻力方面,随着Re的增大,空气的流动压力降Δp增大,且当大Re时具有更快的增长趋势。     

扩缩通道内流动和换热非线性特性的数值模拟

对扩缩通道内流动与换热进行了数值模拟并探讨了其中的非线性特性.通过对不同突扩比ER、不同长宽比AR及不同雷诺数Re下通道内流场和温度场进行分析,给出在一定工况下对称通道内流体的流动和换热会出现偏斜等非线性现象的情况.数值模拟结果表明,存在临界雷诺数Rec使流体流动和换热形态发生转变,当Re超过Rec时,流体流动和换热不仅有对称解,还有非对称解;当Re继续增大时,流体流动和换热出现振荡.通道的几何尺寸及后缩段(表现为ER及AR)都对Rec产生影响.分析结果表明,当Re超过临界雷诺数Rec时,同一截面处上下壁面的局部努塞尔数Nu也由对称向非对称转变,上下壁面出现最大局部Nu的位置也不同.