幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合，建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组，并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解，得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数(Nu数)的表达式。结果表明，幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响；在恒热流边界条件下，幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布；而在恒壁温条件下，其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关，并且在两种边界条件下，均随着流变指数的增加而减小。     

黏性耗散对幂律流体在多孔介质内对流换热的影响

基于Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型,比较了幂律型非牛顿流体在饱和多孔介质通道内充分发展的强迫对流换热过程中不同黏性耗散的影响,推导出量纲一的轴向流速分布、量纲一的温度分布,及对流换热特征参数的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典四阶Runge-Kutta法对不同情形下的黏性耗散效应进行了数值求解.模拟结果表明:对流换热特性与速度分布密切相关,不同的黏性耗散Darcy项、Al-Hadhrami项和Forchheimer项对流动换热特性有重要的影响,且布林克曼数Br、达西数Da、综合惯性参数F和幂律指数n等参数对流动换热特性也有着较大影响.     

超临界压力CO_2竖直管内传热恶化抑制实验

为抑制浮升力导致的超临界压力流体传热恶化,该文采用光管内插螺旋结构,增强管内湍流发展,提高流体管内换热性能。对超临界压力CO_2在竖直光管、内插螺旋管内对流换热进行了实验研究,比较了热流密度、进口Re、流动方向等因素对换热的影响,讨论了内插螺旋结构对传热恶化现象的抑制作用。研究结果表明:由于浮升力传热恶化作用,流体在光管内向上流动壁温分布呈非线性变化趋势,壁温峰值区域随热流密度升高逐渐向入口区域移动;光管内插入螺旋结构可以有效抑制由浮升力产生的传热恶化作用,显著提高超临界压力CO_2管内对流换热强度,内插螺旋结构管相对于光管可以提高对流换热系数约200%以上;超临界压力CO_2在内插螺旋结构管内流动与换热时,在热流密度较高情况下,浮升力依然会对换热起到一定的恶化作用,流体向下流动时沿程对流换热系数略高于向上流动。     

超临界压力水在水平同心套管间自然对流换热研究

通过数值计算深入分析了超临界压力条件下水的强烈的物性变化及对流换热的边界条件对水平同心套管间自然对流换热的影响规律,并为高新技术的发展提供一定的理论基础。采用求解原始变量的有限差分法,并利用大型通用计算程序ＰＨＯＥＮＩＣＳ,对控制方程组进行了数值求解。分析了在内、外管表面均为等壁温边界条件或内管为常热流、外管为等壁温边界条件下,同心套管间的流场和温度场;研究了强烈的变物性、内外表面温差及内管壁面上的热流密度等对内、外管壁上自然对流换热系数的影响规律。结果发现：在内管表面热流密度相同的条件下,不同的外管表面温度所对应的内、外管表面温差及对流换热系数有比较大的差异;在某些条件下,随着热流密度的升高,尽管套管内自然对流流速增大,但是自然对流换热能力却下降。     

气流在单壁面等温平行平板微槽道内完全发展层流换热

基于贴壁层模型和贴壁层内气体粘度与导热系数的变化规律,求解了平行平板微槽道内气体完全发展的二维层流换热,得到了一壁面绝热、一壁面等壁温的平行平板微槽道内的无量纲温度分布和对流传热系数,并与常热流边界条件下的求解结果作了比较.     

管壁导热对管内流动流体热边界条件的影响

对层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热进行了计算 ,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对内管壁处流体热边界条件均匀性的影响。研究结果表明 ,即使在管外壁均匀加热 (或冷却 )的情况下 ,管壁导热也使得内管壁处流体的热边界条件出现明显的不均匀性。影响这种不均匀性的主要因素是Peclet数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度及管壁相对厚度等无量纲参数。为了改善管内壁处流体的热边界条件以提高对流换热实验结果的精度和可靠性 ,在保证管外壁加热 (或冷却 )均匀性的前提下 ,一定要尽可能采用足够长的薄壁管做对流换热实验的加热段。此外 ,试件的材料与拟采用的加热方式有关。恒壁温加热时要选用导热系数大的材料 ,而恒热流加热时 (如外绕加热丝加热或管壁直接通电加热 )则应选用导热系数较小的材料     

宾汉流体在同心环空内的传热分析

结合运动方程、能量方程及本构方程,建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型,利用因次分析法对数学模型进行了处理,并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数.结果表明,屈服应力对努塞尔数(Nu)的影响与内管的运动方向有关,并且屈服应力越小,环空内的温度分布越平缓.塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来.内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响.     

宾汉流体在同心环空内的传热分析

结合运动方程、能量方程及本构方程，建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型，利用因次分析法对数学模型进行了处理，并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数。结果表明，屈服应力对努塞尔数（Nu）的影响与内管的运动方向有关，并且屈服应力越小，环空内的温度分布越平缓。塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来。内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响。     

微细光滑管内可压缩流动换热特性的数值研究

微细通道内的可压缩流动换热特性研究是一个新兴的研究领域.利用数值方法讨论了压力功和粘性耗散对微细光滑管内可压缩流动换热特性的影响,得出以下结论: 微细管内Ec沿管长是变化的,仅依据入口处的Ec对压力功及粘性耗散的作用进行取舍是不确切的;等热流及等壁温换热条件下的计算结果显示,在入口Ma及长径比较大时,考虑压力功及粘性耗散时得出的Nu要小于常规尺度管的理论值,在等壁温情况下,甚至出现了热流方向发生变化的情况.     

垂直矩形窄缝流道中混合对流换热的数值模拟

直接使用N－S方程，采用将重力项化为与温度和差压有关函数的处理方法，对垂直矩形窄缝流道中定热流密度下混合单相层流对流换热进行了数值模拟，发现了在整个流道靠近加热壁面区域存在强烈的“烟囱效应”，在层流流动时，由于该效应的存在，使近壁区域的工质扰动加强，从而提高局部对流换热系数，但将造成整个加热壁面换热系数分布不均匀，故该种对流方式只能用于较低热流密度的传热，若壁面的热流密度过高，将对整个流道的安全性造成很大威胁，所建立的浮力影响模型可以预测混合对流时的传热，经过正能用于计算湍流混合对流换热。     

绕流椭圆柱管束的流动与传热特性

椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用。本文采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题。通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比。文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5%,表明所建立的数学模型是正确的。利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件 对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响。获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数。这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导。     

采用Cattaneo-Christov热通量模型的Casson流体作磁流体流动研究

研究了Casson流体作磁流体(MHD)流动与传热现象,能量方程采用Cattaneo-Christov热通量模型。采用恰当的相似变换将偏微分控制方程转化为高阶非线性耦合常微分方程,并通过打靶法进行数值求解,图示并详细分析了不同物理参数对速度、温度分布、表面摩擦系数及局部Nusselt数的影响。结果显示,随着Casson参数或Hartmann 数的增大,速度下降而温度增加;与采用经典的傅立叶热传导定律相比,采用Cattaneo-Christov热通量模型得到的温度和边界层厚度均比较低。     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热

对两侧不同定热流热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微槽在滑移流区内的层流换热进行了理论分析,研究了微槽内温度场的分布和换热特性,并讨论了Kn、热流比、动量协调系数、热协调系数等的影响.     

水平同心套管中层流自然对流的数值模拟

导出了无量纲的支配方程组，能适用于壁面为定热流或定壁温的边界条件．采用原始变量方法，利用ＳＩＭＰＬＥＣ算法进行了求解．在较为宽广的瑞利数Ｒａ和半径比范围内分别对定热流和定壁温两种情况进行了计算并得到了相应的结果．流场中存在着半月形的涡旋，而径向的温度分布在一定角度范围内有温度反转现象．平均换热Ｎｕ随Ｒａ和半径比的增加而上升，定热流的换热要略强于定壁温情况下的值．整理了水平同心套管换热的关联式，并对两种边界条件进行了比较．所得结果与有关文献进行了比较，相符较好     

滑移流区微环缝通道单侧等壁温加热下的换热

对滑移流区微环缝槽道中单独内侧及单独外侧等壁温加热条件下的换热特性进行了理论研究,求解了带温度跳跃边界条件的能量方程,讨论了稀薄效应,内外戏比对等壁温加热条件下微环缝槽道内换热特性的影响,结果表明：滑移流区微环缝通道内的Nu数明显低于连续流区,且随着Kn数的增加,Nu数减小;Nu数随内外径比r^*的变化趋势与连续流区相似。     

金属泡沫管内强制对流换热的数值模拟

对空气在金属泡沫管内的强制对流换热进行了二维数值模拟.动量方程采用BrinkmanForchheimer扩展达西模型,能量方程采用考虑流体和固体局部不平衡的二方程模型,并用金属泡沫方形通道的试验数据验证了程序的正确性.模拟结果表明:金属泡沫管的努塞尔数随孔隙率的减小或孔密度的增加而增大,且随流体和固体导热系数比值的减小而增大;金属泡沫管的强化换热效果十分明显,但其压降远大于光管.数值模拟结果与相关文献的结果符合较好.     

换热管流固耦合传热的分区求解数值算法

考虑换热管与流体换热的相互影响,以换热管固体域与管内流体域为研究对象,根据耦合界面温度和热流密度的连续性边界条件,推导了界面温度和热流密度的迭代格式和收敛判别方法.以整场离散整场求解为基准,研究耦合界面处的温度和热流密度分布以及出口平均温度,探讨了分区求解边界耦合算法的计算精度和求解效率.计算结果表明,建议松弛因子取0.75、收敛容差取0.1为宜.流固耦合传热的分区求解数值算法,为高效换热管的研发提供可靠的数值模拟方法.