振荡热管管内流型对传热性能的影响

对振荡热管的运行进行了可视化实验，观察并分析了在不同的充液率、传热量条件下，对应的管内工质的流动形式；实验结果表明，在不同工作条件下，管内会出现塞状流、塞状流和环状流并存的混合流以及环状流等不同的流型．对于几何尺寸特定的振荡热管，在不同的充液率和传热量条件下，管内的流动形式会由塞状流将逐渐过渡到半环状流和环状流，从而提高了热管的传热能力，使振荡热管的整体热阻减小．在一定的条件下热管的传热能力达到最大．     

板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析

基于VOF方法建立了板式脉动热管内气液两相流动和相变传热的三维非稳态数学模型,并进行了数值求解.研究了该型热管内气液两相流流型演化和相变传热特性,比较了不同加热功率条件下热管内的流型和温度分布.研究结果表明:该板式脉动热管在运行过程中出现的主要流型有泡状流、柱塞流、环状流;当加热功率为100和120 W时,启动工况下热...     

振荡流热管内流动及传热特性计算分析

针对回路型振荡流热管,结合目前理论分析及实验研究结果,对其内部流动及传热过程进行合理简化建立了物理模型.通过划分适宜的单元体,对单元体管内汽—液塞的受力情况进行分析,构建了单元体及整个回路的数学模型.对振荡流热管加热段内流动及传热特性以及结构和运行参数对其影响进行了计算分析,揭示了振荡流热管内单相对流传热与相变对流传热...     

一种新型脉动热管及其传热性能研究

为提高脉动热管的传热性能,本文提出了一种将文丘里管段与脉动热管相结合新型脉动热管,分别将文丘里管段布置在蒸发段、冷凝段、绝热段,利用文丘里效应促进脉动热管中工质的循环,并运用Fluent数值模拟中的VOF模型,从压差、温度等因素,研究了新型闭环脉动热管（CLPHP）的传热性能。结果表明：在相同的热流密度下,文丘里脉动热管的启动时间均比普通脉动热管启动时间短,其中3号(文丘里管段位于蒸发段)脉动热管启动时间最短;在小输入热流密度下,由于文丘里脉动热管能维持较长时间的小幅振荡,使其热阻均小于普通脉动热管,在32238 W/m2时,3号脉动热管换热性能最佳。在输入热流密度大于32238 W/m2以后,文丘里脉动热管的热阻均大于普通脉动热管热阻。新型脉动热管的传热性能的研究为小输入热流密度脉动热管的优化设计提供了新思路,为工程应用提供了设计依据。     

细圆管内流动凝结换热的流型研究

通过可视化观察实验,分析细圆管的管径、流量以及倾角对管内蒸气流动凝结过程流型的影响.研究表明,在小尺度下,重力的影响受蒸气剪切力和表面张力作用而降低,流动的分层受到明显削弱.随着管径的减小,凝结液分布比较均匀的近环状流在流型图上所占区域增大.现有用于常规尺度下的流型图不适用于细圆管内流动凝结流型的预测.     

面向电主轴定子冷却的热管流动与传热数值模拟

针对高速电主轴运转时产生大量热量、严重影响加工精度的问题,提出了一种面向高速电主轴定子冷却的环路热虹吸管,将其应用于电主轴定子散热,相对于传统定子水套,具有更高效和不消耗泵功等优点。建立了热管管内气液两相流动及相变传热数值计算方法,并用实验数据对该方法进行了验证,然后模拟研究了不同工质(正戊烷、乙醇、水)和不同加热功率对热管流动与传热性能的影响。结果表明,数值模拟方法能准确捕捉到管内气液两相的流型和相变换热过程,与实验数据吻合较好;工质为正戊烷和乙醇时,冷凝段形成冷凝液膜,在相同工况下,乙醇的液膜厚度比正戊烷小20μm左右;而工质为水时,冷凝段形成液滴,具有较高的传热系数;在相同条件下,以水为工质时,单环路热虹吸管热阻最小,在90 W加热功率时,热阻为0.085 K·W~(-1),分别比以正戊烷和乙醇为工质时小35.2%和11%左右。     

基于离心法引发的气液两相环状流的数值模拟及流量测量研究

用数值模拟方法研究了水平管内气液两相流经过旋流叶片这种离心原件的流动特点。入口为段塞流,空气为主相,水为次相。研究在离心力作用下给气液相分布和流型转变带来的影响。模拟结果表明段塞流经过离心原件后流型转变为环状流;且环状流的液膜相对比较均匀。实验引进了3D打印技术,试制了旋流叶片,并开展了气液两相流实验研究,采用多普勒流速仪测量,通过对液膜速度分布曲线积分即可获得液相质量流量。实验取得了良好的结果,误差基本都在10%以内。实现了管内相分离和流量的非介入式测量,为气液两相流计量提供了指导意义。     

火箭发动机液氢预冷回路非稳态传热特性研究

针对液氢预冷火箭发动机自然循环回路的流动与传热过程,建立了一维非稳态均相模型来研究预冷过程中管路的温降特性.在膜态沸腾阶段引入过渡膜态沸腾,保证了弥散流膜态沸腾向反环状流膜态沸腾的合理过渡.一般流体的膜态沸腾起始壁温T_L大于核态沸腾最高壁温T_(CHF),而氢的T_L小于T_(CHF),使得氢的沸腾曲线不同于其他流体,造成计算时传热与流型转换的不连续,因此考虑以T_(CHF)作为膜态沸腾起始壁温,以T_L作为核态沸腾最高壁温,通过增加过渡沸腾区来确保计算顺利进行.计算发现:预冷过程中,回路管壁温沿流动方向表现出从高到低的逆向分布规律,最高壁温点位于反环状流向弥散流过渡区间处,最高壁温点位置随时间逐渐向下游推进.     

回路脉动热管稳定运行理论模型的建立与分析

运用热力学和流体力学的分析方法建立简单回路脉动热管稳定运行的理论模型.分析显示,稳定循环时,系统循环体积功用于克服系统循环耗散功,而系统循环耗散功(热)与热管传热量呈一定关系.通过关联蒸发段与冷凝段的流动和传热,工质初始参数,热管几何参数以及运行参数,对传热和流动进行耦合求解.结果表明,稳定运行充液率xv范围为10%～80%,稳定传热功率随蒸发段进口温度tel和蒸发段温升Δte的升高而增大,其中,温升的影响大于蒸发段进口温度的影响;充液率在30%～50%之间时,存在极限传热功率;传热量中的显热份额随蒸发段进口温度和温升的提高而降低,但不随充液率变化.     

中温碳钢—萘热管传热特性的实验研究

本文实验的基础上，对碳钢－萘热管的传热性能等进行了研究，在加热段内，管内的沸腾传热过程随热负荷的变化大致可分三个区域，即以自然对流为主的沸腾区，核化沸腾区和传热恶区，加热段的沸腾传热热阻随其径向热流密度的变化而改变。文章叙述了，在外界工况改变的情况下，萘热管内传热热阻的变化规律。本文用流体力学和边界层理论对重力试热管冷凝因 液的流动特性进行了分析，对液膜成膜厚度和膜内速度分布进行了论述。认为，在液膜较薄的区域，液膜流动特性较差，最容易造成液膜破断，发生局部传热恶化。在分析讨论中，就萘热管的某些传热特性和水热管进行了对比。     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

求解两相蒸发和冷凝问题的气液相变模型

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数和比热容为真实的物性参数;假设饱和相导热系数等于0,饱和相比热容等于非饱和相比热容;界面处相变率仅由非饱和相决定,最后,通过一维Stefan问题相界面位置的分析解和二维膜态沸腾气相体积比的精确解,验证了该相变模型的精确性和可行性.文中工作为该相变模型的推广应用奠定了基础.     

等离子熔积成形混相瞬态场的Level-Set方法模拟

提出了一种二维等离子熔积成形瞬态模型，该模型描述了液／气界面的自由表面发展，并模拟了熔池内流体流动和传热．采用Level—Set方法处理液／气界面边界条件，考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度、表面曲率、浮力以及工件表面的对流散热等因素．用固液相统一模型来描述固／液界面处的熔融和凝固过程，并开发了相应的软件．对高温合金K163在不同扫描速度下的熔积层表面形貌、温度场以及熔池内流场进行了模拟分析．     

细竖管内流动凝结的换热特性

为探讨小尺度条件下管内流动凝结换热的特性,针对１～５ｍｍ的细圆管,考虑凝结液膜的弯曲、气液界面剪切力与液膜表面张力的影响,建立起柱坐标系下竖直管内受迫流动凝结换热物理数学模型;利用数值求解的结果,对小尺度条件下管内凝结换热的规律进行预测性分析．研究表明,细管径条件下,气液界面切应力与液膜表面张力对流动凝结过程的影响增大,使重力的影响处于相对微弱的地位;与Ｎｕｓｓｅｌｔ换热关联式的预示值相比,小尺度圆管有明显的强化凝结换热的效果．上述结果有助于深化对小尺度下凝结换热规律的理解     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

天然气液烃输送管道非平衡汽液相变及两相流动研究进展

天然气液烃(NGL)的主要成分是乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃。在压力瞬变工况下,储运设备中的NGL汽液相变过程很难在瞬间达到热力学平衡状态,由此引发非平衡、非稳态的汽液两相流动。综述了NGL非平衡汽液相变机理及传热传质速率计算方法、非平衡汽液两相管流数学模型与数值模拟方法的研究进展。指出应着重开展以下三方面的研究:第一是采用实验和理论相结合的方法,探究NGL非平衡汽液相变的微观机理,建立汽液相间非稳态传热传质模型;第二是考虑非稳态传热传质过程与管道压力、温度、流速等参数之间的耦合作用,基于流体力学理论和非平衡态热力学理论,建立伴随非平衡汽液相变的NGL输送管道两相流动数学模型,研究模型的数值求解方法;第三是开发NGL输送管道仿真软件,揭示NGL汽液两相管流参数变化规律,为NGL输送管道的设计、运行和管理提供理论和技术支撑。     

金属表面张力的计算模型

以价电子能级结构理论对金属表面的原子能态进行分析，计算了表面原子结合能，并在此基础上得到表面超额焓的经验计算公式。将此公式推广到金属液固比表面焓、液态表面张力的计算，结果与实验值一致。     

存在残余液体的微管道中的表面张力驱动流动

许多微流体系统涉及到存在残余液体的微管道中由表面张力驱动的注入流动问题。该文利用非定常N av ier-S tokes方程,采用VOF模型追踪运动界面,以CSF模型考虑表面张力的影响,使用有限体积法对存在不同形态残余液体的微管道中不可压缩流体的表面张力驱动的注入流动进行了数值模拟。结果表明,与不含残余液体的情况相比,管道内存在附着于管壁的液滴时,入口流量下降,但液体的注入效率反而略有提高;而管道内存在封闭液柱时,入口流量明显降低,而且会在管道中形成随液体一同运动的气泡,不利于液体注入。这些结论对于相关微流体系统的设计具有借鉴意义。     

自复叠双温冰箱的流程改进和性能分析

针对传统双温冰箱制冷循环存在的不足，提出了自复叠双温冰箱循环，在以前设计流程的基础上研究了4种流程改进方案，并分析了换热器不同布置方式、不同换热效果和分凝分离级数对冰箱性能的影响．模拟计算结果表明：在冷藏室蒸发器前增加逆流换热器只能降低冷藏室蒸发器的温度而不能提高系统性能系数（CCOP）；在冷冻室蒸发器前增加逆流换热器可以提高系统CCOP；在气液分离器前增加逆流换热器可以通过提高气液分离效率来改善系统性能，但CCOP提高不大；采用两级分凝分离方式可以较好地提高气液分离效率，降低压缩机的压力比，提高系统CCOP，也达到了改进系统性能的目的，但流程较复杂．这4种改进流程从不同方面改善了循环工作参数，为改善实际装置的系统性能提供了理论基础．     

基于MLBFS和分形理论的微尺度瑞利-泰勒不稳定性研究

采用MLBFS（Multiphase lattice Boltzmann flux solver）方法对两种不相混溶、不可压缩流体的微尺度下瑞利-泰勒（R-T）不稳定性进行数值模拟。通过分析R-T不稳定性初期线性阶段的漩涡发展来比较不同粘度的影响。当该过程进入非线性阶段,界面会呈现一定的分形特性,在高雷诺数情况下尤其明显。本文结合分形理论,运用盒维数法对界面图像进行处理,得到不同情况下界面分形维数的发展情况。研究表明当雷诺数较小时,界面分形维数呈现近似线性的增长,随着雷诺数增大,界面扰动不断加剧界面分形维数增长呈现明显的非线性状态,当雷诺数足够大时,界面的分形维数增长呈现相似性并且趋于饱和。同时,本文也对比了重力作用恒定时表面张力对R-T不稳定性的影响。当Bo数稍大时,表面张力的变化对界面的发展几乎没有影响,但是当Bo数极小时,表面张力对界面不稳定抑制作用明显,界面分形维数也明显小于Bo稍大的情形。