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。     

几种翼型涡流发生器强化换热及流阻性能的实验研究

在Re=4000～38000的紊流范围内,对矩形风道内分别布置有单排一对直角三角翼、矩形翼和梯形翼(斜边倾角φ=20°和12°两种)等涡流发生器的强化换热和压降特性进行了对比实验.实验在稳态的气 水逆流换热方式下进行.实验结果表明,在固定各涡流发生器的宽度b=70mm、高宽比h/b=1/2及迎流攻角β=60°的共性条件下,矩形翼强化换热的效果最好,φ=20°梯形翼次之,直角三角翼和φ=12°梯形翼再次;矩形翼压力损失最大,直角三角翼和φ=20°梯形翼流阻较小.     

蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。     

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%。     

射流纵向涡强化换热的数值模拟

为研究射流引起的纵向涡对流动和换热性能的影响,采用数值方法模拟了三维矩形通道内有射流从底面进入时的定常、不可压层流对流换热,得到了纵向涡影响下的速度场和温度场以及沿流动方向局部Nusselt数的分布.以场协同原理为指导,分析了射流纵向涡强化换热的原因,并进一步研究了射流角对纵向涡的换热强化效果的影响.结果表明 纵向涡改善了通道内速度场和温度场的协同关系,强化了对流换热; 射流垂直底面入射时,纵向涡的换热强化效果较好.     

楔形通道中束腰结构扰流柱对强化传热特性的影响

采用数值模拟方法对装有束腰结构扰流柱的楔形通道的换热和流动阻力特性进行了研究,并与传统圆柱通道进行了比较。本文重点研究了扰流柱的束腰程度的影响。结果表明:(1)随着雷诺数的增大,换热效果增强,阻力损失系数变小。在较大雷诺数时,与圆柱通道相比,束腰结构扰流柱通道的换热效果稍低;(2)随着束腰参数的增大,换热效果提高,然后趋于平缓。     

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。     

管间距对矩形翅片椭圆管换热管束性能的影响

采用标准k-ε模型,就横向管间距和纵向管间距对矩形翅片椭圆管换热管束流动换热性能的影响进行分析.研究发现:横向管间距是主要影响因素,纵向管间距的影响较小;横向管间距越大,等压降约束条件下的综合性能越差;扰流孔的存在强化横向管间距和纵向管间距的作用,开设扰流孔使得管束综合性能有所下降.     

锯齿形低肋管冷凝换热机理分析及实验研究

本文对锯齿形低肋管强化冷凝换热机理进行了分析,提出了锯齿形低肋管强化冷凝换热的“周向效应”,导出了包括“周向效应”和锯齿外缘周长影响的表面张力作用公式和包括锯齿影响的存积角公式,提出了肋形准则。通过对四种锯齿管以R11为工质的实验得出了锯齿形低肋管汽侧冷凝换热的准则方程式,其计算值同实验值相差在±10％以内。     

纵向涡强化通道内换热的数值研究及机理分析

用三维数值模拟方法研究了纵向涡发生器用于层流矩形通道的流动换热特征.研究了Re(为800~3 000)、涡发生器的冲角(分别为15°、30°、45°、60°、90°)、纵向涡发生器的形状对通道平均Nu和平均阻力系数的影响,并利用场协同原理进行了分析.结果发现:纵向涡发生器产生的二次流使全场速度和温度梯度之间的平均夹角减小,换热得到强化;纵向涡能改善包括涡发生器附近区域以及下游广阔区域的场协同性,而横向涡只可以改善涡发生器附近区域的场协同性,所以纵向涡可以强化整体换热,而横向涡只可以强化局部换热;对于光通道,协同角随Re增大而增大,但对于有纵向涡发生器的通道,协同角随着Re增大而减小.同时,在面积相同的条件下三角形小翼优于矩形小翼.     

高效翅柱复合型散热器的流动与散热性能研究

针对平板翅片式散热器存在的不足,提出了一种翅片间设有钉柱的翅柱复合型散热器.钉柱能够使通过该散热器的气流受到扰动,从而提高其散热性能.通过对2种散热器通道内的流动换热进行数值计算和实验验证,结果表明:在相同的风速下,翅柱式散热器表面的Nusselt数比板翅式散热器高30%～50%;在相同的泵送功率下,翅柱式散热器的收益因子比板翅式散热器约高20%.因此,在相同的工况下,翅柱式散热器具有更好的散热性能,并具有可靠性高、使用成本低的优点,在电力电子设备的冷却中具有较高的使用价值.     

三种大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片形式以及管排数对空气侧强化传热的影响，分别对9排和12排带平直、开缝、纵向涡3种翅片形式共6个翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究，发现开缝翅片管换热器的传热性能高于带纵向涡翅片管换热器和平直翅片管换热器，但阻力相应也增加，带纵向涡发生器的翅片传热性能略低于开缝翅片，但阻力却只比平直翅片稍大，这表明采用这种翅片形式可获得较好的综合性能．不同管排数的同一片型换热器的努塞尔数及阻力因子相差很小，可以认为与管排数无关．在试验的雷诺数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式，可为相关的理论研究和工程应用提供参考．     

平行流冷凝器空气侧结构参数研究及优化

用正交实验法设计了平行流冷凝器空气侧数值模拟的结构方案,对车用空调冷凝器的风速范围进行流动换热计算.在此基础上,应用田口法分析翅片高度、百叶窗转向区长度、翅片间距、翅片宽度、百叶窗间距和百叶窗角度六个结构因素对空气侧传热和流动影响的重要性,得到空气侧最优参数组合.结果表明:翅片宽度是传热因子主要影响因素,翅片间距则对摩擦因子影响最大;翅片间距、百叶窗角度和百叶窗间距对平行流冷凝器空气侧综合性能影响起主要作用;在雷诺数600~1 400范围内,优化分析得到的最佳参数组合的平行流换热器空气侧综合性能提升了4.03%~11.09%.     

针翅式散热器模块流动传热特性数值优化

为提升中高温电子器件的散热性能,以针翅式散热器模块为研究对象,研究了热管长度、散热器宽度、针翅直径、针翅间距和针翅高度5个结构参数对翅片散热性能的影响,对正交实验设计的16个组合方案下翅片的流动换热性能进行模拟。以努塞尔数Nu、阻力系数f、传热性能综合评价指标(performance evaluation criteria, PEC)和全因子评价Y作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析主要影响因素和挑选出优化组合。结果表明：影响Nu、f、PEC和Y的最主要因素是针翅间距;最佳优化组合为：针翅间距为2.5 mm,散热器宽度为80 mm,针翅直径为1.5 mm,针翅高度为20 mm,热管长度为25 mm,模块温降为16.28℃,热阻为0.265℃/W。     

车用微小通道蒸发器一维仿真与试验

通过蒸发器制冷能力、通风阻力、蒸发器内阻一维仿真结果与试验值比较,发现制冷剂侧两相换热区、过热区、空气侧分别采用已有的换热关联式计算时,计算值与试验值吻合度较好,误差控制在5%以内.研究了百叶窗翅片的百叶窗开角、翅片间距、翅片高度以及扁管的通道宽度、通道数对蒸发器性能的影响.对蒸发器进行了结构优化,选取了一个综合性能最优的方案,使得通风阻力下降19%,蒸发器内阻下降8.4%,制冷能力提高130W.     

错齿翅片的传热与阻力性能试验

对9种不同结构参数的错齿翅片进行传热和流动阻力性能试验,分析比较翅片的间距、高度和节距等结构参数对其传热因子和阻力性能的影响.同时,利用场协同原理揭示错齿翅片强化传热的机理,并采用单位面积泵功率的评价方法,比较9种翅片的强化传热效果.结果表明,错齿翅片的节距和长度对其热工性能影响最为显著.     

双面三角形和矩形通道平板脉动热管的传热性能

研究充液率、倾角、工质、加热功率、启动温度对双面三角形和双面矩形2种通道的平板脉动热管传热性能的影响。研究结果表明:双面矩形平板脉动热管和双面三角形平板脉动热管都具有工作稳定与良好的传热性能,但三角形截面热管的传热性能比矩形截面热管的传热性能优。     

管壳式冷凝器内低螺纹管的凝结传热模型

以蒸气在垂直壁面和水平圆管上的凝结传热特性为基础，建立了蒸汽在基管，翅片及翅顶上的凝结传热模型，对影响低螺纹管传热的结构参数翅片间距，翅片夹角以及当量翅高进行了计算分析，进而建立了低螺纹管管簇的凝结传热模型，得出了低螺纹管管簇的平均冷凝传热系数与管排数和管列数之间的关系式。     

偏心矩形盘旋套管式气冷器传热特性研究

为探究偏心结构对二氧化碳套管式气冷器换热性能的影响,基于Fluent软件建立同心矩形盘旋套管和偏心矩形盘旋套管式气冷器,对比相同操作条件下的温度云图、速度云图和比热容云图,分析对流换热系数、湍流动能和压力曲线。数值模拟结果显示,与同心套管式气冷器相比,偏心套管式气冷器的云图偏斜程度大于同心结构,平均对流换热系数和湍流动能分别较同心结构提升了12.99%和15.38%,最大压降增大了14.85%,偏心套管总的换热性能优于同心套管。研究结果证明了偏心套管式气冷器结构优于同心套管式气冷器,为超临界CO₂热泵中的矩形螺旋管缠绕气体式冷却器设计、运行以及热效率的提升提供了科学依据,对高效换热器的应用具有重要的实际意义。