缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热

提出一种复合强化传热方法,对四种不同间隔插入旋流片的缩放管进行了传热与流阻实验研究,并与普通光滑圆管、缩放管空管、内插旋流片的光滑圆管三种结构条件进行比较.通过综合评价,在实验范围内(3400相似文献   

微圆管内非共沸混合工质流动沸腾传热强化

分别进行了R32/R134a在水平微圆管、细圆管和小尺寸常规管道内的流动沸腾传热试验.在定义微圆管传热强化系数Ec(相对于细圆管和小尺寸常规管道的传热强化系数分别用Ecm和Ecs表示)的基础上,从不同强化管内流动沸腾传热机理的角度分析了Ecm和Ecs在不同试验工况下的变化规律及其与传热机理的关系.结果表明,试验工况范围内Ecm和Ecs分别在1.01～2.33和1.03～3.54之间变化.绝大部分试验工况下Ecm的值较小且变化很小,Ecs则较大且有明显变化;高热通量和高质量干度下Ecm和Ecs的值都较大.微圆管内流动沸腾传热强化效果与传热机理及其转变区域密切相关,当微圆管内传热开始出现恶化和较高热通量下微圆管内核态沸腾传热占绝对主导地位时,微圆管传热强化效果明显.     

缩放管内插旋流片的自然对流换热实验与数值模拟

以水为介质,对垂直放置的急扩加速流缩放管(CD)等间距内插旋流片的自然对流换热进行了实验研究和数值模拟,通过实验研究得到不同内插旋流片个数时自然对流换热系数的变化,并将实验值与光滑管的作比较,同时运用Fluent模拟得到了管内的速度分布、温度分布、传热系数和热通量沿轴向的变化.结果表明,随着旋流片个数的增加,传热系数明显增大,但旋流片个数达到7后传热系数不再明显增大,且两种类型的旋流片均有同样效果.数值模拟还表明,插入的旋流片个数越多阻力越大,其中等间距内插7个旋流片的效果最优.文中还对缩放管与旋流片对自然对流的两区协同强化传热机理进行了初步分析,通过模拟得到强化传热的原因在于壁面切向速度的提高,同时还给出了截面平均切向速度沿轴向的变化规律.     

纽带管内吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性实验研究

为了探究新型飞行器热防护结构与换热部件中结焦及流动换热机理,选择内置纽带的外径6mm、壁厚1mm的304型合金圆管,在质量流量为1.2g/s、流体出口压力为3MPa、出口温度为620℃的实验条件下,探究了内置纽带(扭曲比y=6.31,12.63)对吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性的影响。实验结果表明:相较于普通圆管,插入纽带后,结焦堵塞引起了实验段压降最大值降低了85%以上,管内结焦量减少了93%以上,实验管段外壁温随时间变化的幅度减小,相同位置的Nu有明显的提高。分析得知:螺旋纽带能使管内碳氢燃料产生旋转并引起二次流,在强化传热的同时可以冲刷附着在管内壁上的结焦沉淀,减少结焦量,进一步强化换热。     

热水解污泥在扭曲管中流动换热的数值模拟

采用数值模拟方法研究了热水解污泥在扭曲换热管中的流动换热特性,分析了扭曲管的强化传热机理.获得了扭曲管不同纵横比和扭曲比条件下的温度场与速度场分布,阐述了不同雷诺数对流动传热的影响.该结果与传统光滑圆管的流动换热特性进行了比较,研究结果表明,扭曲管产生的旋流和二次流可以有效地提高换热效率,但是也增加了流动阻力.另外,综合换热因子随着扭曲比的增大而减小,随着纵横比先增大后减小,在纵横比为1.96时达到最大.与传统光滑圆管相比,发现在低雷诺数(小于5 000)情况下扭曲换热管具有更高的换热效率.     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

梯度渗透率金属泡沫管内的流动与传热特性分析

针对传统采用完全填充的金属泡沫强化管容易引起系统压降大幅增加的问题,对梯度填充这一新型填充方式开展了数值模拟,所研究的换热管径向上填充有两层不同渗透率的金属泡沫。研究获得了梯度渗透率金属泡沫管内的流动与传热特性规律。研究结果显示:梯度填充管的传热和阻力性能与渗透率梯度直接相关;相比于单一渗透率填充管,当渗透率梯度大于10时,梯度填充管的综合换热性能可以提高2倍;当渗透率梯度小于0.1时,综合换热性能降低27%。为了达到更好的换热效果,管壁附近金属泡沫的渗透率至少需要是管中心区域的10倍。研究结果可为新型高效、低阻、紧凑式换热器的设计研发提供理论指导。     

扭曲椭圆管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

为了提高CO₂热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了不同质量流量下,扭距为100 mm及无扭曲状态下的水平椭圆管管内超临界CO₂冷却换热特性及二次流的变化规律,并针对竖直椭圆管引入局部换热系数和压降,研究了长短轴比b/a及扭距对扭曲管换热性能的影响。结果表明,低质量流量下扭曲椭圆管内浮升力明显大于椭圆管扭曲结构所产生的浮升力,对于低质量流量G<200 kg/(m²·s²)下的超临界CO₂流体,椭圆管具有更大强度的浮升力所造成的二次流,强化传热更明显;对于高质量流量G>200 kg/(m²·s²)下的超临界CO₂流体时,扭曲椭圆管具有更大强度自身结构所产生的周期性二次流来强化传热;管内的传热系数及压降随着扭曲程度及压扁程度的增大而增大。为扭曲椭圆管在CO₂热泵中的应用提供了重要的理论与数据支持。     

内置转子圆管管内沸腾强化传热数值模拟研究

利用Fluent软件中欧拉多相流模型下的Rensselaer Polytechnic Institute （RPI）沸腾模型对内置单元组合转子换热管和光管在过冷沸腾工况下的传热过程进行数值模拟,得到换热管内汽相分布、速度场、努赛尔数以及进出口压降等参数,并通过综合评价因子（PEC）对内置转子换热管的综合传热性能进行评价。结果表明：加装了组合转子后,管内流体由单一的轴向运动变为复杂的螺旋运动;在入口流速0.1~0.5 m/s的模拟范围内,随着入口流速的减小,内置螺旋三叶片转子换热管的汽相体积分数比光管提高2.7%~25.8%,努塞尔数提高了约8.1%~10.79%;在不同入口流速下螺旋三叶片转子和低流阻转子的PEC值均大于1,内置低流阻转子换热管的汽相体积分数比光管提高1.13%~13%,努塞尔数提高约3.6%~8%。螺旋三叶片转子和低流阻转子均具有强化传热效果,且螺旋三叶片转子的强化传热效果要优于低流阻转子。     

扭曲方管中二次流对传热特性的影响

本文采用数值分析方法,以空气为介质,在雷诺数Re=300～1800和扭率Tr=5～20范围内,研究了等壁温条件下扭曲方管的传热特性。计算结果表明：当Tr相同时,管内Nu随Re的增大而增加;当Re相同时,管内Nu随Tr增大而减小,Re越大,呈现明显的减小趋势。Tr不同时的扭曲方管强化传热指标Num,t/Num,s均大于1,说明了在二次流存在的情况下,扭曲方管具有强化传热的作用。     

管内脉动层流动力学特性研究

采用数值模拟方法对圆管内低频率脉动层流动力学特性进行了研究,分析了管内脉动层流速度以及流体剪切应力分布特性.研究结果表明:脉动层流中出现回流现象,且速度边界效应的范围与脉动频率有关.脉动频率越大,速度边界层范围越小,边界层内速度梯度越大.在边界层内,流体剪切应力的作用方向出现周期性变化.随着振幅A的增大,壁面剪切应力先增后降,然后再增,最后趋近于某一值.而管道压降随着振幅的增大最初变化并不明显,在A=0.6时压降急剧增大,而当A0.8时明显降低.综合考虑脉动频率和振幅对壁面剪切应力与压降的影响规律,存在最佳振幅,且最佳频率为0~2.5Hz.     

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。     

自支撑矩形缩放管壳侧不同插入物的强化传热效果

利用数值模拟方法研究了湍流状态(雷诺数Re变化范围为27900 ～41900)下自支撑矩形缩放管换热器壳程内插入不同插入物(圆环和折板)后的传热性能与流动特性,并将壳程通道内插入圆环和折板后得到的结果与缩放管空管(无插入物)的结果做比较.结果表明:插入物的加入引起了通道内流体的速度及温度分布变化,从而产生传热及流动特性的变化;插入圆环和折板后壳侧的传热系数分别比缩放管空管时增加了16.69％ ～24.32％和38.01％～46.74％;在插入插入物后,传热系数增加的同时也引起了通道内压降的增大,与缩放管空管时比较,插入圆环和折板情况下压降增加的比例分别为74.02％～89.50％和68.49％～87.16％;插入折板后壳程通道内的综合传热性能最好,其次是插入圆环后,缩放管空管时最差.研究还发现,要提高换热器的传热性能,关键是要改善通道两侧缩放管处的传热性能,而从场协同角度对三者进行分析则发现,减小速度矢量与温度梯度矢量间的夹角是增强换热器传热性能的一个重要措施.     

新型相分离冷凝器相变传热强化机理研究

该研究针对有机工质朗肯循环系统中的关键部件冷凝器,创新性地提出了流型调控的新概念,通过采用相分离概念,在冷凝管内插入柱状金属丝网,在毛细力的作用下,液体被自动吸入到金属网内,而气相在管内壁和金属网之间的环形间隙内流动,达到了流型调控的目的。该研究通过无相变空气-水两相流型调控实验和数值研究发现:(1)水平光滑管内的分层流,经过新型结构管后,液体被全部吸入金属丝网而导出,气体则全部保留在了环形间隙内;(2)水平光滑管内的间隙流,经过新型结构管后,部分液体被吸入金属丝网而导出,气泡则在环形间隙内转变为马鞍形,从而大大增大了气相与管内壁的接触面积,形成大面积薄液膜传热,同时气相被加速,强化了对流传热;(3)垂直光滑管内的间歇流,经过新型结构管后,由于丝网表面张力作用,气弹进入环隙区域,形成拉长的环形气弹,气弹与管内壁的接触面积变大,液膜厚度大幅减薄,同时气弹上升速度大幅提高,引起环隙区域和核心区域内的流体通过网孔面进行强烈的质量与动量的交换并在核心区域产生自维持脉动流,以上因素均有利用提高设备换热性能。该研究通过光管与内插丝网管的R123水平管内冷凝对比实验以及光管与内插铜粉烧结管的R245fa倾斜内冷凝对比实验研究,得出:不锈钢丝网管和铜粉烧结管均通过流型调控强化了管内冷凝,实验工况范围内,最大传热强化比达两倍以上,综合评价因子达到1.7。     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响。通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性。计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理。     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响．通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性．计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理．     

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.     

小管径强化管内R410A-油混合物流动沸腾阻力特性

实验研究了环保制冷工质R410A-润滑油混合物在5 mm小管径内螺纹强化管内流动沸腾的摩擦压降特性.实验结果表明,对于纯制冷剂R410A,摩擦压降随着干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7~0.8左右;R410A-油混合物的摩擦压降随油平均质量分数、干度和质流密度的增大而增大,当油平均质量分数从0增长到5%时,在干度为0.9的高干度工况下,摩擦压降最大可增加120%.R410A-油混合物在5 mm强化管内流动沸腾的摩擦压降与7 mm强化管的相比约增大10%~30%;用已有的7 mm强化管的压降关联式预测5 mm强化管的压降时,误差为±40%.以R410A-油混合物在7和5 mm强化管内摩擦压降的实验值为基础,建立了基于混合物物性的R410A-油混合物在不同管径强化管内的摩擦压降关联式.该关联式的预测值与95%的实验值误差在±20%以内.     

管风多片旗形动态插入件强化传热的实验研究

研究了圆管内均匀布置１－５片旗形件时油的强化传热及流阻特性。当工质参数处于１４６≤Ｐｒ≤２０６和８５２≤Ｒｅ≤６８５７时以４片旗形件最佳；其换热系数ｈ与光管换热系数ｈ０之比可高达４．１；而压降之比最高只有３．４；综合判据之值可高达２．９５。     

COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟

建立COREX竖炉三维半周物理模型,模拟竖炉围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程,考察鼓风量、排料速度、非工况排料等操作条件对围管粉尘堵塞的影响.模拟结果显示,COREX竖炉围管初始堵塞位置为AGD架梁圆管前方的8#~12#导气槽区域.当导气槽前端填充床内形成粉尘沉积区后,若沉积区向上发展速度大于其随物料向下运动速度,粉尘沉积区向围管方向发展,并逐步堵塞围管导气槽,进而在围管内形成粉尘堆积区.该堆积区在围管内继续发展,使得其堆脚向围管远端运动,从而逐步将远端导气槽堵塞.此外,模拟发现随着排料速度加快及鼓风量增加,围管内不易发生粉尘堵塞.当炉内非工况条件发生时,粉尘堆积的动态平衡被打破,易造成围管内粉尘的堆积堵塞.