螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比.在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2-2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右.采用计算流体力学软件Fluent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟.结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热.对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%.     

螺旋翅片管轧制的中频感应加热数值模拟

在对钢管中频加热过程进行理论分析的基础上,从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,考虑了材料物理性能随温度变化对加热过程的影响,使用Ansys软件建立了钢管电磁-热耦合分析的有限元模型,对钢管中频感应加热问题进行了数值模拟计算. 计算结果中工件外表面温度与实测温度相差5.19%,吻合较好. 提出了感应透热深度的概念,并以此区分钢管内感应加热区域和热传导区域. 根据模拟结果讨论了钢管感应透热深度及温度分布的影响因素,并证明了双线圈感应加热工艺在工件温度分布、热效率及频率分配方面的合理性.     

基于实验的翅片管换热器计算模型及其软件平台

在通过大量的实验获得修正系数的基础上，设计了一个通用的换热器计算模型和选型与设计检验的软件平台，其中通过引入新的计算方法，提高了收敛效果和计算速度，填补了国内翅片管换热器选型和设计检验软件方面的空白。2年的实际使用证明了该方法的有效性。     

内螺旋翅片管应用于电喷射加热器的研究

根据理论分析及实验观察,提出了电喷射加热器管内水被加热过程的模型,观察了冰同喷射加热管出口处水流态,其中内螺旋翅片管内水流态呈螺旋状,而光壁管,直翅片管均沿轴线平行,试验结果表明：内螺旋翅片管制成的电喷射加热器出开水时间最快和出开水量最大,其次分别是直翅片管和光壁管,另外采用内螺旋翅片管制成电喷射加热器金属块温度最低,其次分别是直翅片管和光壁管。     

气固两相流绕流螺旋翅片管的实验研究

应用三维颗粒动态分析仪(PDA)对气固两相流绕流螺旋翅片管进行了实验研究.实验采用的颗粒为玻璃飘珠,对翅片间的速度和颗粒密度分布规律进行了测量.结果表明:在翅片之间,固相颗粒密度分布呈抛物线形规律性分布,即在远离翅片的中心区域颗粒密度较大,离两侧翅片较近的区域颗粒密度逐渐减小,近翅片区域颗粒密度要比中心区域小很多;主流速度也呈现类似规律.颗粒密度和速度的这种分布规律降低了固体颗粒对翅片壁面的撞击能量,从而减轻了翅片和基管的磨损.实验数据表明,螺旋翅片的导流作用使得迎风面的滞点处产生了轴向速度,这和光管有着本质的区别.     

PHOENICS在焊接数值模拟中的应用

数值模拟是目前研究焊接行为最为有效的工具之一.结合焊接热过程的特点,介绍了大型通用商业软件PHOENICS在焊接热过程中的使用情况.PHOENICS包括三个模块化结构前处理、求解和后处理,可分别运行.以Gaussian热源的加载为例,介绍了其核心技术PHOENICS处理边界条件和源项的方法,为PHOENICS的进一步使用奠定了基础.     

基于PHOENICS顺序输送管道内两种油品传质数值研究

针对现有一些顺序输送混油计算公式中存在的问题,在k-ε紊流模型和使用壁面函数法处理近壁区问题的理论基础上,提出了顺序输送混油新的模型,并利用PHOENICS软件成功地对该模型进行了数值求解。首次以图像的形式直观地显示出管内的混油浓度分布,并通过浓度曲线的比较,对油品流速与输送次序对混油的影响进行了分析。研究结果表明,PHOENICS模拟能够为顺序输送混油机理的研究提供一个较为准确而便利的手段。同时也对影响混油的其他一些因素（高差、阀件、温度等）的研究提供了参考与帮助。     

螺旋高翅片管孔型斜轧几何学分析

介绍了螺旋翅片管的结构特点,用空间解析几何的方法分析了螺旋翅片管结构的本质特征,用螺旋面和螺旋线的基本性质解析了螺旋翅片管的几何性质.给出了翅片表面任意点的切线和次法线向量表达公式.为了研究轧辊与轧件的空间几何关系,推导了轧辊与轧件的坐标变换公式,以此为基础给出了轧片与轧件的切点坐标公式以及轧片半径的求解公式.     

空气横向掠过花瓣状翅片管传热强化性能研究

本文报道空气横向掠过花瓣状翅片管的传热强化实验研究结果，分析比较了七种花瓣状翅片管的传热强化机理与性能，给出了包括翅片参数在内的传热准数与流体阻力系数关联式，找出了较佳翅片参数范围。本文还比较了花瓣状翅片管与波纹状高翅片管的传热强化性能，比较结果表明，花瓣状翅片管在节省空气换热器管材消耗方面明显优于波纹状高翅片管。     

翅片管与空气—水蒸汽混合气间传热规律研究

本文研究水蒸汽重量百分含量为10－35％的空气－水蒸汽混气纵向流过翅片管时，翅片管与空气－水蒸汽混合气间的对流传热。研究表明，由于水蒸汽在翅片面上的冷凝，翅片管与空气－水蒸汽混合气间的对流传热系数高于翅片管与干气体间的对流传热系数，并且翅片间距越大，水蒸汽冷凝使对流传热系数增加的程度越大。从理论上对实验现象做出了较好的解释，并给出子有冷凝发生时，翅片管与空气－水蒸汽混合气间对流传热系数的关联式。     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法，对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析，研究了管内流体的Re，Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响，结果表明，扭曲扁管具有较好的强化传热效果，在管内流体具有高Pr低Re数的条件下，其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据，拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式，对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

微重力下管内凝结换热性能的研究

为了预测失重条件下航天飞行器中冷凝器的传热性能，提出了一种研究微重力场中管内凝结换热过程的方法，建立了管内环状流域层流凝结换热的数理模型。改变重力加速度ｇ值进行仿真计算，随着ｇ值的减小，凝结液膜变厚，使凝结换热恶化，例如在相同冷却条件下，当进口蒸气Ｒｅ数为１０４时，ｇ＝０和ｇ＝９．８ｍ／ｓ２环境下的平均冷凝Ｎｕ将降低３０％。并以重力场中垂直管内凝结换热的实验结果对模型进行了间接的检验。给出了预测零重力环境中管内平均凝结换热系数的准则关联式，可供航天器热控系统的热分     

密绕椭圆截面螺线管轴线上的磁场

应用数值模拟方法,求解密绕椭圆截面螺线管轴线上的磁场,并分析了磁场与长短轴、管内轴线上位置的关系.计算结果表明,其磁场分布与密绕圆截面螺线管电流的磁场分布相差很大,磁场在空间各个方向都有分量,长宽比越小,垂直于轴线方向的磁场分量越大;长宽比较大或距螺线管中心较近处,磁场几乎与密绕圆截面螺线管电流产生的磁场相当,可用密绕圆截面螺线管电流轴线上磁场的简单公式来近似.     

燃气水加热器用翅片管换热器传热特性的实验

研究了3种管子与4种管子（N＝1,2,3,4）及10种管排间距的平直翅片管换热器试件在燃气水加热器中的换热特性。在该类型换热器常用的雷诺数（Re=180-400)范围内,考虑了包括翅片间距,翅片高度,管排横纵向间距等因素对于平直翅片管换热器的影响。给出了平直翅片管换热器在该类水加热器中应用的可靠率在95％以上的换热关联式。得出Re,翅片间距,管排数对换热的影响规律。在Re=180-400,Nu与Re基本呈线性关系;在N＞3后,管束的换热性能差异较小,为这种换热器的设计,选型及优化提供了依据。     

LNG管内强化传热技术

采用数值分析方法研究液态天然气(LNG)分别在圆管与螺旋扁管流体中的流动状态与传热效果。模拟结果表明:螺旋扁管内因特殊管壁形状诱发产生了纵向涡,导致流体在管内做螺旋运动;在雷诺数相等时,螺旋扁管强化传热倍数均大于1.0,最高达1.50,管内的平均温度也更高,其强化传热效果优于圆管;压降倍数变化趋势与强化传热倍数一致,最高可达圆管的2.57倍;在螺旋扁管的过渡流段中,流体的综合强化传热效果较好,综合评价因子最高达1.50。     

螺纹管管内流动与传热的数值模拟

采用数值模拟的方法对螺纹管管内的流动与换热情况进行了研究.针对不同槽深螺纹管在不同雷诺数下内部的速度矢量场进行了对比分析,详细研究了螺纹对管内两种流动方式及其对流动和换热的影响.研究结果表明,随着槽深e的增加,旋流不断加强,减薄边界层,涡流引起的扰动也逐渐增强,并加强了管内流体径向混合,因而强化了螺纹管的换热能力.但是当槽深e继续增加到一定程度时,旋流的增强主要集中于对换热影响较小的中心区域,而对换热影响较大的壁面附近的变化很小,这时旋流对换热的强化影响很小;此时涡流核心区又会逐渐形成死流,从而弱化换热,并且随着槽深e的增大,死流区逐渐扩大.     

低密度翅片管换热器的传热和阻力特性研究

采用局部模拟实验方法,研究了低密度翅片管束中各排管的传热和阻力特性.翅片管束采用两种顺排布置方式(s_1/d_0=1.875,s_2/d_0=3.125和s_1/d_0=1.875,s_2/d_0=1.875).实验结果表明:从第4排或第5排起,换热趋于稳定,得出了各排管换热的修正系数C_z和翅片管束的平均努谢尔特数Nu_z的计算公式.同时给出了摩擦因子f与雷诺数Re、s_1/d_0、s_2/d_0和管排数z_2之间的关联式.     

蒸汽压力对IOSF管强化传热特性的影响

根据笔者此前所建立的数学物理模型,在不同的冷凝换热温差下,进行了蒸汽]压力对小螺旋角内外螺旋翅片管强化传热特性影响的模拟研究。结果表明,小螺旋角内外螺旋翅片管的冷凝换热系数在蒸汽压力为0．65MPa时有最大值,且其强化传热效果主要取决于冷凝换热强度,而受蒸汽压力的影响较小。因此,对于蒸汽压力变化范围较大的电站回热加热器的强化传热,小螺旋角内螺旋翅片管有明显的优点。