不凝性气体对竖直平板对流冷凝的影响

数值研究了不凝空气质量分数、液膜、空气-蒸气流速等对竖直平板冷凝过程的影响.气液两相流采用流体体积(VOF)法模拟,水蒸气在不凝空气中的输运过程采用组分输运方法模拟.基于气体分子动力学基本理论推导出相变模型,对纯蒸气冷凝过程数值计算并与理论解比较,确定模型系数.数值结果表明,少量不凝空气对蒸气对流冷凝的影响并不十分明显;随着不凝空气质量分数的增加,冷凝换热明显下降;含少量不凝空气的蒸气对流冷凝在忽略液膜影响时壁面换热系数约升高8%;水蒸气-空气混合气体流速升高对对流冷凝换热系数的提升低于纯对流换热.     

水平管外蒸气轴向流动凝结传热理论与实验研究

根据水平管外蒸气轴向流动速度随轴向距离的增加而逐渐减小的流动特性 ,建立了边界层外蒸气轴向流动速度方程 ,通过对数学模型的数值求解 ,得到了无量纲液膜厚度及凝结换热系数的数值解 ,同时得出了蒸气轴向流动速度随轴向坐标 z的变化关系 .并通过实验进行了验证 ,理论计算结果与实验结果吻合得较好 .通过数据整理得到了实验关联式 .     

水平管外蒸气轴向流动凝传热理论与实验研究

根据水平管外蒸气轴向流动速度随轴向距离的增加而逐渐减小的流动特性，建立了边界层外蒸气轴向流动速度方程，通过对数学模型的数值求解，得到了无量纲液膜厚度及凝结换热系数的数值解，同时提出了蒸气轴向流动速度随轴向坐标z的变化关系。并通过实验进行了验证，理论计算结果与实验结果吻合得较好。通过数据整理得到了实验关联式。     

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     

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．     

氮气在缩放喷管中非平衡自发凝结的数值研究

针对氮气在收缩型喷管中自发凝结的两相流动,采用经典成核理论来计算气液两相间的质量传递,选用Standard Redlich Kwong气体状态方程,忽略了气液相之间的速度滑移,利用商业软件CFX中的非平衡凝结模型进行了二维数值模拟。通过对成核率的量级、压力和带液量变化趋势及开始凝结的位置等模拟结果的分析,验证了模型和数值计算的有效性。进一步的数值模拟结果表明:相比于无凝结的绝热膨胀过程,相变释放潜热及气液之间的导热会加热气体,使得气流压力升高、马赫数降低。平衡凝结模型及非平衡凝结模型的对比显示,非平衡数值模型能够更好地揭示低温下氮气自发凝结的两相膨胀过程。     

分离式热管凝结换热特性的研究

建立了空气冷却实验台 ,热管的加热方式为电加热 ,工质为蒸馏水 .在 1∶ 1模型上对分离式热管管内凝结换热特性、不凝性气体对凝结换热的影响及不凝性气体的扩散规律进行了试验 ,得出分离式热管有一最佳充液率 ,其值为 45%左右 ;凝结换热系数随着蒸汽压力的增加略有降低 ,在实验的压力范围内 ,降低了 9.5% ;不凝性气体对分离式热管的凝结换热仅影响冷凝段下部较小部分 ,通过排气阀排出不凝性气体可有效地改善冷凝段下部的凝结换热 ;随着压力的增加 ,不凝性气体对分离式热管冷凝段的影响减少 .这些结论可用于分离式热管换热器的工程设计和控制     

椭圆管外含不凝气体的蒸汽凝结传热的数值研究

对含不凝气体的蒸汽掠过椭圆管外,伴随凝结发生的传热传质现象进行了数值模拟。研究了等周长椭圆管长短轴比(a/b=1.0~4.0)、工质进口速度(v)以及蒸汽质量分数(Y_v)对凝结传热及复合传热的影响。研究发现,当a/b为1.0时,凝结传热最强,随着a/b增大,椭圆管外凝结换热系数有所降低;当椭圆长短轴比为4.0时,约下降20%;椭圆管外的平均凝结换热系数随着进口速度和蒸汽质量分数增大而增大。     

正方形小通道内的冷凝换热数值模拟

采用VOF模型对制冷剂R134a在水平放置的边长为1 mm、长度50 mm正方形小通道内的凝结换热过程进行数值模拟计算,研究了入口质量流速、热流密度和冷量施加方式对小通道内冷凝换热的影响.结果表明:冷凝液最先出现在通道拐角处,随后在表面张力的作用下逐渐布满整个通道截面;沿程换热系数在入口处较大,然后沿流向急剧减小,最后趋于稳定;在恒定热流密度条件下,随着质量流速的增加,气液界面的剪切力逐渐增加,冷凝液膜随之变薄,从而导致换热系数变大;当入口质量流速恒定时,热流密度的改变对冷凝换热系数影响不明显;冷量均衡施加于通道边界比集中施加于某一边界液膜分布更均匀,更有利于冷凝换热.     

分离式热管凝结换热特性的研究

建立了空气冷却实验台,热管的加热方式为电加热,工质为蒸馏水。在１：１模型上对分离式热管管内凝结构热特性、不凝性气体对凝结换热的影响及不凝性气体的扩散规律进行了试验,得出分离式热管有一最佳充液率,其值为４５％左右;凝结构热系数随着蒸汽压力的增加略有下降,在实验的压力范围内,降低了９．５％;不凝气气体对分离式热管的凝结构热仅影响冷凝段下部较小部分,通过排气阀排出不凝性气体可有效地改善冷凝段下部的凝结换     

不凝气体存在时水平管束冷凝换热特性的试验研究

通过对水平管束管间冷凝换热特性的试验研究,探讨并分析了冷却水流量以及不凝气体质量分散对管束冷凝换热的影响规律和机理。试验结果表明,当有不凝气体存在时,冷凝放热系数最小值并不一定发生在最低排管上,冷凝放热系数最小值与冷却水流量和不凝气体质量分散均有关。研究结果为凝汽器的进一步传热强化研究提供了依据。     

Optimization of flue gas turbulent heat transfer with condensation in a tube

Conservation equations for sensible and latent entransy are established for flue gas turbulent heat transfer with condensation in a tube, and the entransy dissipation expression is deduced. The field synergy equation is obtained on the basis of the extremum entransy dissipation principle for flue gas turbulent heat transfer with condensation. The optimal velocity field is numerically obtained by solving the field synergy equation. The results show that the optimal velocity field contains multiple longitudinal vortices near the tube surface. These improve the synergy not only between the velocity and temperature fields but also between the velocity and vapor concentration fields. Therefore, the turbulent heat and mass transfers are significantly enhanced.     

Optimization of flue gas convective heat transfer with condensation in a rectangular channel

Conservation equations of sensible entarnsy and latent entransy are established for flue gas convective heat transfer with condensation in a rectangular channel and the entransy dissipation expression is deduced. The field synergy equation is obtained on the basis of the extremum entransy dissipation principle for flue gas convective heat transfer with condensation. The optimal velocity field is numerically obtained by solving the field synergy equation. The results show that the optimal velocity field has multiple longitudinal vortices, which improve the synergy not only between the veloctiy and temperature fields but also between the velocity and vapor concentration fields. Therefore, the convective heat and mass transfers are significantly enhanced. Flow with multiple longitudinal vortices close to the optimal velocity field can be generated by discrete double-inclined ribs set in the rectangular channel. The numerical results show that the total heat transfer rate in the discrete double-inclined rib channel increases by 29.02% and the condensing heat transfer rate increases by 27.46% for Re = 600 compared with the plain channel.     

存在温度梯度的竖直壁面Marangoni 凝结换热特性研究

对水-酒精混合蒸气在表面存在温度梯度的竖直壁面上的Marangoni凝结换热特性进行了实验研究,并观测了混合蒸气的凝结形态.实验结果表明:凝结表面不同位置的换热系数不同,温度梯度大的位置凝结换热系数较大;当酒精蒸气的质量分数wv=0.5%,1%时,凝结换热系数随过冷度单调减小;当wv≥2%时,凝结换热系数与过冷度的关系为含有最大值的非线性特性关系;在相同条件下,wv=1%时的凝结换热系数最高,wv=0.5%时的次之,wv≥2%以后,凝结换热系数随酒精含量的升高而减小.与仅由浓度梯度引起的Marangoni凝结相比,本实验中由浓度梯度和温度梯度共同驱动的凝结换热更强.初步的理论分析也表明,凝结表面上的浓度梯度和温度梯度共同作用使水-酒精凝结液表面的表面张力梯度增大,Marangoni对流加强,凝结换热进一步强化.     

Similarity Solution for Convection Heat Transfer Due to Marangoni Flow over a Flat Surface

IntroductionMarangoni convection occurs around vaporbubblesduring nucleation and growth of the vapor bubblesdue to the surface tension variation caused bytemperature and/or concentration variations alongthe bubble surface.Experimental tests andnumerical analyses of nucleate boiling have shownthat the heat transfer due to Marangoni flow canbe significant under microgravity and may also beimportant in earth gravity[1,2 ] .Marangoni inducedflow is also of importance in crystal growth meltswhere t…     

CeO2纳米燃油单液滴蒸发数值模拟研究

基于单液滴蒸发可视化试验,应用ANSYS FLUENT计算流体力学模拟软件,建立纳米燃油单液滴蒸发模型,探究纳米粒子质量浓度和粒径对燃油液滴蒸发过程中温度和燃油蒸气质量浓度的影响. 结果表明,纳米燃油液滴中的纳米粒子质量浓度越高、粒径越小,燃油液滴的蒸发平衡温度越高,相同时间内的燃油蒸气气相体积分数越高. 在环境温度573 K下,纳米燃油液滴从外界环境吸收热量使自身温度不断升高,在计算域内沿液滴表面向外延伸形成质量浓度边界层和温度边界层,促进液相向气相的转化.在蒸发初始阶段,蒸发速率较低,燃油蒸气气相体积分数较小;随着蒸发过程持续进行,由于纳米粒子增强传热传质的作用,液相组分蒸发汽化加快,液滴蒸发速率加快.     

Heat Transfer in Flue Gas with Vapor Condensation

IntroductionDetermination ofthe total heattransfer coefficientsfor the convection of gases containing acondensable vapor is an increasingly important andinteresting topic,since this kind of heat transferprocess is frequently encountered in the utilizationof waste or low temperature energy.The recoveryof low temperature energy is an importantenvironment issue.With condensable vapor,theconvective heat transfer is greatly increased by thecondensation of the condensable gas (water vapor)in flue ga…     

Acid condensation and heat transfer characteristics on H-type fin surface with bleeding dimples and longitudinal vortex generators

Acid condensation rate is an important factor denoting the acid corrosion, and the reduction of the acid condensation can significantly relieve the acid corrosive effect on the wall surface and improve the security of the equipments. In this study, the characteristics of both heat transfer and acid condensation of the finned tube in heat exchanger were numerically studied. In the numerical model, we simulated the acid condensation by considering the vapor-liquid equilibrium effect and multi-component diffusion effect. Based on the H-type finned oval tube, we proposed three novel types of fins to both enhance the heat transfer and reduce the acid condensation. The parametric effects of gas temperature, acid vapor concentration, water vapor concentration, and Reynolds number were investi- gated on different fin structures. The results show that the tube bank with the new structured fins can improve the performance on both heat transfer and acid anticondensation.     

混合工质制冷机中凝结传热的计算

分析了混合工质制冷机中水平管外凝结传热的计算问题,对守恒方程进行了处理,得出了分析解.通过对分析解的结果的研究,得出了近似算法,它可使计算过程大为简化,且近似程度又较为令人满意.     

建筑空间温度分布特性对交叉扩散水平的影响分析

基于不可逆热力学,分析了建筑室内热量、水蒸气组分和污染气体组分之间交叉扩散耦合特征,并给出了三者之间的交叉扩散传递关系以及温度分布对交叉扩散水平的影响关系,同时针对室内不同湿度和污染气体浓度水平,对温度分布影响下的交叉扩散特征与水平进行了具体讨论.结果表明,当温度梯度和热附加扩散系数正负相同时,交叉扩散作用所形成的水蒸气组分梯度和污染气体组分梯度小于零,反之则大于零;同时,在相同温度梯度和热附加扩散作用下,室内初始湿度和初始污染气体浓度水平越高,所形成的2种组分梯度的绝对值越大,并且初始湿度和初始污染气体浓度水平的影响都具有显著性.