缝隙冲击射流换热数值模拟

采用标准k-ε模型对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.考虑冲击区对流换热的因素有射流的速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴的宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、冲击板的温度及水温等.研究结果表明:射流速度对冲击区的换热影响最显著,其次是水温及喷嘴的宽度,而射流出口速度方向与冲击板的夹角只影响局部换热系数的分布.     

中厚板辊式淬火机淬火冷却系统的开发与应用

结合实际工况参数,采用有限元分析工具ANSYS软件,研究了辊式淬火机淬火冷却系统集管进水方式、均流结构等对喷水系统流量分布的影响.分析表明,中间进水形式的集管可形成一定的中凸水量分布,易于获得较为合理的水量分布;集管内的隔板阻尼可较明显地改善喷嘴射流速度分布的均匀性.并以自主开发的淬火机缝隙喷嘴结构为例,分析了缝隙射流的流动特性,模拟表明,所开发的缝隙喷嘴结构出口射流沿喷嘴长度方向的速度分布较为均匀,紊动度小,有利于保证淬火钢板的冷却均匀性.将开发的淬火冷却系统应用于生产实践,取得较好的使用效果.     

多孔式喷嘴加湿旋流扩散燃烧流场的实验研究

利用激光粒子图像速度场测量技术对环型多孔式喷嘴的加湿与不加湿旋流扩散燃烧流场进行了实验研究,分析了湿度对旋流扩散燃烧流场的影响.结果表明,随着燃烧流场湿度增大,火焰明显变暗,火焰宽度和高度增大,回流区漩涡与燃烧器出口和喷嘴轴线间的距离减小,轴线上最大回流速度降低,轴线最大回流速度点与喷嘴的距离增加,逆流区宽度和喷嘴旋转射流扩展角减小,流场轴向出口的不均匀系数增大.     

圆形液体浸没射流冲击核沸腾传热的实验研究

以R113为工质,通过实验系统研究了圆形浸没射流冲击下射流出口速度、喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、液体流动方向及过冷度等对核沸腾传热曲线及临界热流密度的影响.结果表明:同一过冷度下的池核沸腾和冲击核沸腾曲线可以用统一的关联式来表达;提出的过渡沸腾传热表达式可以很好的用来关联实验数据;而临界热流密度随着速度增加及离驻点距离的减小而提高.     

四喷嘴圆形冲击射流局部传热性能的实验研究

应用萘升华传质/传热比拟技术,对喷嘴组圆形射流在不同喷嘴到被冲击表面距离(2≤H/D≤8),在4×103≤Re≤1.0×104范围内,进行了局部传质/传热实验,研究了不同喷嘴到被冲击表面距离和不同Re数对喷嘴组圆形射流局部换热特性的影响.研究结果表明,实验条件下,喷嘴组空气射流局部Na数呈对称分布,在附加驻点区换热与驻点区有所不同,被冲击表面中心处的换热处于最不利的位置.对喷嘴组中每一个射流而言,换热系数沿径向的变化与单个圆形射流的变化不同,靠近被冲击面中心的一侧换热系数下降较快.     

合成射流流动与传热特征的数值模拟

采用RNGκ-ε模型和PISO算法,通过求解三维N-S方程,对腔体右侧振动膜片运动的二维合成射流流动与传热特征进行了数值模拟.模拟结果显示由于激励器在右侧振动膜片的作用下,合成射流产生的喷射气流在喷口中心右边速度稍大于左边速度,形成不对称射流流场;射流冲击壁面的速度峰值出现在中心区两侧,使得射流冲击换热的Nu数形成相应的峰值;随着合成射流冲击距离Z/do的增大,其对流换热系数出现先增大后减小的变化规律,当冲击距Z/do=20~30 mm时冷却效果较佳.     

淹没条件下长圆喷嘴流场数值模拟

为了提高径向水平井扩孔效率,将长圆喷嘴引入磨料射流扩孔技术,建立射流流场的流动控制方程,结合Realizable k-ε模型对方程组进行求解,并将结果与锥形喷嘴射流结果进行对比.结果表明:长圆喷嘴射流具有一定的扩散性,且短轴剖面上的扩散角比长轴剖面上大;喷嘴内射流速度及出口速度随长宽比增大而减小,随出口直径增加而增加;在喷嘴入口速度和出口直径相同的情况下,长圆喷嘴出口速度小于锥形喷嘴;无因次喷距大于11.3时,长圆喷嘴外射流轴线速度大于锥形喷嘴的;射流出口断面宽度随喷距增大而增大,在相同条件下长圆喷嘴扩孔宽度大于锥形喷嘴,且射流具有自模性;数值计算结果与磨料射流扩孔试验结果基本吻合.     

圆形喷嘴内部结构对射流冲击换热性能的影响

研究了内部结构分别为柱状和锥状喷嘴的射流冲击换热性能.在初始条件和边界条件相同的情况下,利用计算流体力学软件Fluent对两种喷嘴的冲击换热过程进行了热流耦合模拟.对流固交界面的压力、剪切力、湍流强度、对流换热系数等流场和温度场数据进行对比分析.模拟结果表明,锥状结构喷嘴的射流冲击换热性能明显优于柱状结构的喷嘴.所得结论对热轧钢超快速冷却设备喷嘴的设计具有指导意义.     

淹没条件下长圆喷嘴流场数值模拟

为了提高径向水平井扩孔效率,将长圆喷嘴引入磨料射流扩孔技术,建立射流流场的流动控制方程,结合Real-izable k-ε模型对方程组进行求解,并将结果与锥形喷嘴射流结果进行对比。结果表明:长圆喷嘴射流具有一定的扩散性,且短轴剖面上的扩散角比长轴剖面上大;喷嘴内射流速度及出口速度随长宽比增大而减小,随出口直径增加而增加;在喷嘴入口速度和出口直径相同的情况下,长圆喷嘴出口速度小于锥形喷嘴;无因次喷距大于11.3时,长圆喷嘴外射流轴线速度大于锥形喷嘴的;射流出口断面宽度随喷距增大而增大,在相同条件下长圆喷嘴扩孔宽度大于锥形喷嘴,且射流具有自模性;数值计算结果与磨料射流扩孔试验结果基本吻合。     

特厚钢板阵列射流淬火的表面换热

采用特厚钢板专用辊式射流淬火试验装置和多通道钢板温度记录仪,测试出射流速度3.39~26.8 m·s-1、雷诺数12808~117340、水流密度978.7~6751.5 L·(m2·min)-1条件下,84 mm厚钢板淬火冷却曲线;进而基于反传热修正方法计算高温钢板淬火过程壁面温度和热流密度,描绘出沸腾曲线,分析多束圆孔阵列射流对特厚钢板淬火表面换热的影响.结果表明:射流速度、水流密度等参数影响钢板表面射流滞止区和平行流区换热机制,进而影响最大热流密度分布.射流速度较低时,壁面平行流区观察到混合换热和"热流密度肩"现象;随射流速度增大,膜沸腾换热机制消失,最大热流密度移至较低壁面过热度处.相关研究将对特厚钢板淬火过程温度场计算和组织性能调控提供有益的帮助.     

狭缝射流冲击柱状凸形表面流动换热特性

采用数值方法研究了狭缝射流冲击柱状凸形表面的流动换热特性,通过四种湍流模型计算结果与实验数据对比,确定了湍流模型适用性.以压力梯度分布为依据,重点分析了狭缝射流沿柱状凸形表面的流动结构和边界层分离特点及柱状凸形表面的强化换热特性.结果表明:RNG k--ε和Realizable k--ε模型具有预测适应性;狭缝射流冲击至柱状凸形表面,气体沿表面运动,速度降低,并在流动下游发生边界层分离;量纲一的逆压梯度随量纲一的曲率半径(D/B)的减小而增大,使得边界层分离更早出现;驻点区域换热Nu随量纲一的曲率半径(D/B)的减小而获得增强,但流动进入下游后,D/B对换热基本无影响;压力梯度是影响狭缝射流冲击柱状凸形表面换热分布的重要因素.     

特厚钢板射流淬火过程厚向冷速实验研究

利用特厚钢板射流淬火试验装置,研究了15~35℃水温、1.0~3.0 m/min辊速对特厚钢板厚向冷速的影响,分析钢板在不同温降区间内的厚向温降、温度梯度和冷速影响因素.利用导热微分方程,采用反传热法计算钢板淬火温度场和冷速.结果表明:采用射流冲击淬火方式时,160 mm钢板心部冷速大于1.2℃/s;水温和辊速除影响钢板表面平均传热系数和换热形式外,还通过改变厚向温度梯度分布影响厚向冷速;水温或辊速升高,钢板厚向冷速降低,降低幅度与冷却强度、淬火时间以及钢板内部导热特性有关.     

缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响

通过对直缝槽、渐缩型和渐扩型缝槽的气膜冷却进行数值计算分析,获得了缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响.首先采用基于k-ω的剪应力输运湍流模型（SST）和雷诺应力输运模型（RSTM）对缝槽气膜冷却进行了计算,并与文献数据进行了比较,验证了在相同网格质量条件下SST湍流模型能更准确地模拟缝槽气膜冷却中的流动和传热特征.在此基础上,对具有45°喷射角和具有相同缝槽出口截面积的直缝槽、渐缩型和渐扩型缝槽在不同吹风比条件下的气膜冷却效率进行了比较.数值计算结果表明,缝槽的入口几何形状对气膜冷却性能有重要影响,直缝槽的气膜冷却性能优于渐缩缝槽和渐扩缝槽;根据吹风比M=4时二次流出口附近的温度场、流线图和湍流动能分布,探讨了渐缩缝槽和渐扩缝槽冷却效率降低的原因.最后给出了M=4时缝槽出口附近的静压扰动,从机理上阐述了二次流出口后部涡形成的原因.     

中厚板辊式淬火机淬火过程的温度场分析

通过建立中厚板辊式淬火机淬火过程的热传导控制方程,分析了热交换系数、淬火方式对中厚钢板淬火过程中温度场的影响.分析表明,淬火过程中,一定厚度的钢板,换热系数在一定范围内增大时,对流换热边界条件对钢板表面及内部温度变化影响效果显著;中厚板辊式淬火机淬火过程的特点在于,钢板首先通过冷却强度很大的高压淬火区冷却,使板材内部保持很大的温度梯度,从而保证板材获得较大的冷却速度;在较低冷却强度的低压淬火区完成淬火过程,板材内部温度梯度减小,可降低板材内部热应力.     

集流槽宽度对流水冷式油冷器翅片流动换热性能的影响

采用基于Navier-Stokes方程组对水冷式油冷器翅片中冷内却剂的流动情况进行了模拟。研究了翅片两端集流槽宽度对翅片流动换热性能的影响。结果表明,随着集流槽宽度的增加,翅片内部流动均匀性逐渐提高,流动死区的面积逐渐减小,冷却剂的对流换热逐渐增强,翅片内部高温区中冷却液的温度逐渐降低,冷却液温差逐渐减小。在翅片性能方面,随着集流槽宽度的增加,冷却剂在出、入口间的压降逐渐降低,平均对流换热系数变化不大,传热因子j与摩擦系数f之比逐渐增加,翅片综合性能逐渐提高。     

芯片冷却过程旋转冲击射流换热特性的数值模拟

采用数值仿真的方法模拟了旋转冲击射流的换热过程,分析了换热过程中喷射孔径、喷射间距、旋转角速度以及流场分布特性对射流冲击换热的表面传热系数与平均换热效果的影响。结果表明,3mm孔径的平均换热效果要强于相同Re数下6mm孔径,而且,大孔径射流时的平均传热系数受角速度的影响要比小孔径时大。角速度的增加使换热板上最大换热系数减小且由驻点向外偏移,加入旋转可以使板上的换热更加均匀,表现为角速度越高,平均表面传热系数曲线越平坦。以上规律为旋转冲击射流在高密度电子芯片散热中的应用提供了理论参考。     

空气喷射对旋转圆筒表面传质特性的影响

通过对旋转雷诺数R，喷射雷诺数Rej，喷嘴宽度和圆筒直径比B／d，喷射距离与喷嘴宽度之比L／B等影响旋转圆筒表面传质特性参数的实验研究，发现：在空气喷射作用下，由旋转产生的第一临界点消失，只存在第二临界点；平均舍伍德数Sh与Rej，B／d和L／B之间的关联式为Sh=0．515Re^2/3（B／d）^0.3（L／B）^0.1；空气喷射对圆筒表面传质的强化作用大于旋转的作用．     

平板滞止区内水-氧化铜纳米流体的喷流沸腾传热特性

对高温平板滞止区内水-氧化铜纳米流体圆形喷流冲击沸腾的核态沸腾特性和临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究,考察了纳米颗粒质量分数、流速、过冷度等系统条件对喷流沸腾和CHF的影响,建立了预示核态沸腾的经验型方程.研究结果表明:水基纳米悬浮液的喷流沸腾换热特性与水相比大幅度降低,但CHF有较大增加;沸腾特性的变化主要来源于传热面表面特性的变化.