翼型翅片对管片散热器散热性能的影响

针对恶劣环境下工程车辆散热能力不足的问题,提出一种翼型翅片的管片散热器改善方案。首先,采用Fluent 15.0对散热器原始模型的单元体进行数值建模分析,并与试验数据对比验证仿真的可行性;其次,采用相同仿真条件对翼型翅片散热器进行仿真分析;然后分别研究翼型方案、类型和位置对压力损失和换热系数的影响;最后,通过田口法设计正交试验,寻找最优的翼型翅片配置组合。结果表明:仿真结果与试验数据吻合较好;在进气口速度为12 m/s时,翼型翅片比原始翅片综合评价因子提高5.73%;翼型种类和翼型方案对压力损失与换热系数的影响较大,翼型的移动位置对压力损失和换热系数几乎没有影响;采用方案2、NACA0015翼型和左移2 mm的配置组合时的综合评价因子最大,散热性能改善最明显。研究结果为翼型翅片在工程车辆管片散热器性能改善方面提供了经验认知。     

肋化平板射流冲击换热特性的实验研究

采用红外热像测试技术对肋化冲击靶板双圆孔射流冲击换热进行了实验研究,研究了多种肋化形式、流动参数和几何参数对射流冲击换热特性的影响。结果表明:由于产生更多的扰动并降低肋片对射流在壁面扩散的阻碍,间断的肋片形式比连续的肋片形式有更好的强化换热效果;60°斜向间断肋型有最佳的换热效果;随着射流Reynoldes数的增大,冲击靶板的换热效果显著提高;冲击间距对冲击靶板的换热效果有一定的影响,冲击间距为冲击孔直径2倍时换热效果较好。     

冲击孔偏置对静叶前缘和吸力面冷却性能的影响

采用流热固耦合方法数值研究了真实叶片材料热物性条件下叶片前缘冲击腔室内冷却射流的流动及换热特性。分析了冲击孔的偏置距离(2.5 mm、5.0 mm、7.5 mm和10.0 mm)及冲击冷气与主流的质量流量比(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%)对前缘面复合冷却性能、冲击靶面对流换热性能及吸力面气膜冷却性能的影响。研究表明：冲击孔偏置结构会对叶片前缘区域的冷却产生显著的影响,偏置距离较小时会削弱前缘面复合冷却性能及靶面对流换热性能,而偏置距离较大时能同时强化前缘面复合冷却性能及靶面对流换热性能,尤其是对靶面对流换热性能的提高效果非常显著。4个冲击孔偏置结构中,偏置距离最大的结构相较于无偏置结构的靶面平均努塞尔数最多提高了约33.97%;吸力面的气膜冷却性能大体上与冲击孔到吸力面气膜孔的周向距离呈现出负相关性,冲击孔距吸力面气膜孔越远,吸力面的气膜冷却性能越弱;相较于无偏置结构,冲击孔偏近及偏离气膜孔布置时吸力面平均气膜有效度最多分别提高了约5.56%和降低了约10.96%;当冲击冷气的质量流量比较小时,增大冷气的质量流量比能有效提高叶片前缘冷却性能。前缘面平均综合冷却效率、...     

实际叶片前缘冲击冷却流动和换热的数值研究

应用数值方法研究了射流孔径对燃汽轮机透平叶片前缘内部冲击冷却流动和换热的影响,并采用商用计算流体力学软件CFX11.0求解稳态可压时均N-S方程,且SST κ-ω湍流模型的总体求解精度为二阶.以某典型燃汽轮机透平叶片前缘中截面拉伸的曲面为研究对象,同时考虑了相同射流量下的4种不同射流孔径的影响,经研究表明:在计算条件下...     

等离子体协同射流翼型控制参数设计与机理探索

通过风洞实验和数值模拟方法研究了相关几何参数对等离子体协同射流翼型绕流特性与气动力特性的影响，并对流动控制机制进行了阐述。设计了不同高度的腔道，研究了等离子体激励下腔道出口的流量与射流速度的变化规律，最终选取4 mm腔道高度为最优参数， 设计了以NACA0025为基准翼型的等离子体协同射流翼型。通过数值模拟研究了等离子体协同射流翼型的升/阻力特性，并对比了前缘吹气与协同射流控制的不同控制效果。研究结果表明，Re=68 000、峰-峰值电压13 kV、载波频率8 kHz条件下，相对基准翼型，等离子体协同射流翼型将失速迎角从8°提高到了14°，最大升力系数增加了181%。等离子体协同射流翼型的阻力随迎角增大持续减小，在10°迎角之前其阻力大于基准翼型，随后小于基准翼型，升阻比呈现出与阻力相同的变化特性，10°迎角之后全面优于基准翼型。原因是后缘腔道处在较小迎角下产生了正阻力，而随着迎角的增大，其当地阻力变为负值。对比前缘吹气和协同射流控制，翼型失速迎角分别为12°和16°，这是因为协同射流翼型通过前缘吹气效应可以在当地集中注入动量，其后缘吸气可以减小低能量的分离区域，形成较大的环量增量。     

开缝对波纹翅片流动和换热性能影响的数值分析

为了分析开缝对波纹翅片流动和换热性能的影响,对3种开缝波纹翅片进行了数值模拟.结果表明对于连续型波纹翅片,开缝有利于消除横向涡,并使流体混合得更加充分,从而提高翅片的流动和换热性能;在开缝翅片的拐角和缝隙处,局部换热系数变化剧烈;换热系数的极大值出现在拐角上游或者翅片的前缘,而极小值则出现在拐角下游或者翅片的后缘.     

缓进给磨削时磨削弧区径向射流冲击强化换热技术的应用

在分析缓进给磨削时烧伤机理的基础上,提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想,并通过传热学基础实验研究了射流冲击强化换热的传热特征,研制了能实现磨削弧区径向射流定向冲击强化换热的工艺装置,并通过缓进给断续磨削实验其换热效果,结果表明,射流冲击强化换热技术确是提高弧区换热效率的有效方法,且弧区径向射流速度越高,换热效果越好,在解决难加工材料磨削烧伤方面具有广阔的应用前景。     

工程车辆翼型热管式散热器性能研究

为了提升散热器综合性能,保持车辆工作性能稳定,根据生产商提供的几何参数,应用计算流体力学对管片式散热器单元性能进行数值计算,将结果与试验数据对比,以验证仿真模型的准确性.以尽量保持散热面积为前提,提出以NACA0018翼型作为热管特征,计算并对比两者的JF因子,进一步讨论其与NACA0012,NACA0021间的换热系数和压力损失差异.仿真结果表明:通过对散热器单元体的数值模拟,可在一定误差范围内获取散热器冷侧换热系数和压力损失;与扁平管翅片结构相比,仿真区间内翼型热管翅片的JF因子略高,当流速达到12m/s时,JF评价因子高出约15.97%;与NACA0018相比,NACA0021具有较高的换热系数和压力损失,设计时应根据相对厚度酌情选择.     

汽车尾气温差发电器换热通道强化换热性能的数值模拟

提出一种适合汽车尾气温差发电器的方型双面翅片换热通道结构,利用流体仿真软件FLUENT,在一定的尾气流速下,对该强化换热通道进行数值模拟.通过改变翅片结构特性尺寸(翅片长度l、间距d、高度h)进行仿真计算,得到不同翅片结构管道的壁面努塞尔数(Nu)、摩擦因子(f)以及综合换热效率(η),发现翅片换热通道的综合换热效率与翅片长度和高度成正比,与翅片间距成反比.综合考虑翅片结构特性尺寸的多因素影响,得到强化换热性能最优的翅片结构为l=400mm,d=20mm,h=50mm.     

异侧多级旋流冷却结构对横流抑制及强化传热的影响

为进一步强化前缘旋流冷却，解决目前燃气透平叶片前缘多级旋流冷却结构相邻级之间流动折转带来的高压力损失问题，并提高叶片前缘传热均匀度，在已有研究基础上提出了一种新型的异侧多级旋流冷却结构。建立了原始同侧多级旋流冷却结构和新型异侧多级旋流冷却结构的模型，采用三维定常数值模拟分析方法，在保持靶面温度不变的条件下，对比分析了多个进口雷诺数条件下不同旋流冷却结构的流动与传热特性。仿真结果表明：冷却气体通过切向喷嘴射入旋流腔内部形成高速旋流，显著提高强化传热能力；对于单级旋流冷却，冷气的周向速度逐渐减小，轴向速度增大，横流逐渐形成，横流对下游射流产生冲击作用，削弱下游换热；多级旋流冷却结构对于旋流腔内部横流可起到横流抑制作用，周向平均努塞尔数有明显提高，但原始同侧多级旋流冷却结构相邻级之间的流动折转带来了很高的压力损失；异侧多级冷却结构在原有模型优点的基础上减少了22%的压力损失，改善了冷却气体分配的均匀度，实现了旋流冷却整体传热性能的进一步提升。     

实际叶型前缘冲击冷却换热的液晶显示实验研究

采用液晶显示技术,对两种实际叶型的前缘凹面的模拟表面在大冲距范围内进行了射流冲击热实验,并与半圆凹面的换热进行了比较.研究结果表明,在小冲击距时,随着冲击面曲率的增大,滞止区内的换热较之半圆面有所增强;在实验参数范围内,两实际叶型表面的Nus比半圆面约高12%;对于相对喷嘴间距为227的情况,所研究的3种曲面的Nus随相对冲距的变化存在一个极值点;对于相对喷嘴间距为135的情况,未发现有极值点.此外,还给出了换热准则关系式     

稳态射流数值模拟中速度参量对传热的影响机制分析

对文献中多个槽缝冲击射流的经典实验结果进行数值模拟,考察RNG k-ε和Transition SST湍流模型的表现,主要分析射流出口中心线和展向、壁面射流区域的雷诺时均速度和湍流度分布,以及靶面换热效果与流场模拟结果之间的关系.模拟结果表明,与Transition SST湍流模型相比,RNG k-ε模型的结果表现出更强的湍流粘性,使得其中心线上速度衰减较快,该效果可能导致低估靶面上的冲击换热效果;而在冲击滞止区域,RNG k-ε湍流模型结果表现出过高的湍动能,该效果可能导致高估靶面上的冲击换热效果.因此,当射流雷诺数较小时,Transition SST模型所得滞止区换热系数要高于RNG k-ε模型的结果,反之亦然;而在壁面射流区域,RNG k-ε模型对于流场速度的模拟较好,但相应区域的传热模拟并没有表现出明显的优越性.     

“冲击-扰流柱”复合式结构换热特性的数值研究

“冲击-扰流柱”复合式结构是航空发动机涡轮叶片尾缘区内重要的冷却结构,研究掌握该结构换热特性对提高叶片冷却设计水平具有重要的意义。冲击孔相对扰流柱排列方式、高度、距离是该冷却结构的主要几何特征参数。每个参数分别选取两个典型参数,得到8个不同的几何模型,采用FLUENT商用软件计算每个模型的12个工况。研究表明,任意模型各个表面的换热强度均随着压比的增加而增大。同一个模型中冲击孔、扰流柱表面较其他表面具有更大的换热系数。一般来说,冲击孔相对扰流柱正向、中间高度、近距离射流能使该结构获得更好的换热性能。     

基于数值模拟的芯片冷却散热器结构优化

针对计算机芯片冷却的典型散热器进行了三维数值模拟,对比分析了4类散热器的芯片冷却性能及翅片厚度的影响,得到了性能较佳的散热器模型和翅片厚度值.结果表明:散热器对称中心区域换热效果较差,两侧区域换热效果较好,结构设计时可重点考虑对称中心区域的强化传热.相对于A型和B型散热器,采用C型和D型散热器时,对流换热系数有显著提高,C型散热器的基板加热面温度明显降低,芯片冷却效果较佳.翅片厚度为2 mm时,A型、B型和C型散热器冷却效果较佳,D型散热器翅片厚度最佳值为2.5 mm.该研究对20种不同结构尺寸的散热器进行定量对比分析,阐述了流动传热特性,为芯片冷却散热器的结构优化设计提供了理论依据和工程指导.     

射流冲击换热强化的场协同及热力学耦合

射流冲击换热具有广泛的工程应用背景,其垂直入射时的局部传热强化效应已得到了实验及数值方法验证.基于流动换热过程的热流散度方程,分别就固体壁面被加热及冷却两种情况,对射流冲击换热中传热及传质过程的交叉效应进行热力学分析.结果表明,射流冲击换热中蕴含了能量传递及转换过程的两种强化机制,即两个自发过程之间的场协同机制及一个自发过程与一个非自发过程之间的热力学耦合机制;无论加热壁面还是冷却壁面的情况下,当冲击流垂直壁面入射时,局部换热效果达到最优.揭示射流冲击换热强化的热力学机制,将为各种动力机械通过改变射流冲击叶片方式提高其能量传递转换效率提供理论基础.     

圆形喷嘴内部结构对射流冲击换热性能的影响

研究了内部结构分别为柱状和锥状喷嘴的射流冲击换热性能.在初始条件和边界条件相同的情况下,利用计算流体力学软件Fluent对两种喷嘴的冲击换热过程进行了热流耦合模拟.对流固交界面的压力、剪切力、湍流强度、对流换热系数等流场和温度场数据进行对比分析.模拟结果表明,锥状结构喷嘴的射流冲击换热性能明显优于柱状结构的喷嘴.所得结论对热轧钢超快速冷却设备喷嘴的设计具有指导意义.     

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.     

翼型前缘微小平板的流动控制方法和数值模拟

提出了一种在翼型前缘前设置微小平板来抑制翼型上流动分离的新方法, 并通过自主研发的计算软件UCFD 对微小平板的流动控制进行了数值模拟. 首先研究了在攻角一定的情况下微小平板的长度、安装角、相对翼型的安装位置等对抑制翼型上流动分离效果的影响; 然后, 采用正交优化方法, 以翼型最大升阻比为优化目标, 得到了该小平板最佳的长度、安装角和安装位置等. 研究结果表明, 微小平板的设置对抑制叶片上的流动分离具有显著效果.     

开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究, 在实验的 Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了 X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.     

圆孔翅片管积霜工况下的制冷性能实验

实验研究证实,圆孔翅片管在无霜工况下的传热性能远优于平翅片管,但积霜工况下的传热与制冷性能是否优越没有得到实验验证.利用冰箱制冷系统,分别采用圆孔-半圆孔交叉翅片、圆孔翅片以及平翅片管式换热器,进行积霜工况下的传热和制冷性能对比性实验研究.考察了积霜过程对圆孔孔径大小的影响;分析比较了3种不同片型的有效制冷量、传热系数和实际制冷系数;比较了强化翅片的节能效果;采用有限元法求解出翅片效率,并分离求出实际对流换热系数,从而揭示了翅片表面的实际换热情况.结果表明:与平翅片相比,当最窄截面风速为0.5 m/s时,积霜工况下,圆孔翅片的传热系数平均提高了11.53%;对流换热系数平均提高了18.84%;实际制冷系数平均提高了6.83%;有效制冷量平均提高了6.02%;节省电能6.39%.圆孔翅片是3种片型中的最优片型.