变管径空冷凝汽器空气侧换热特性研究及优化

针对四排等管径圆管直接空冷凝汽器冬季因换热不均易产生冻结的情况,提出了采用变管径翅片管束的思想。用计算流体力学(CFD)方法,对变管径翅片管束的流动换热特性进行数值模拟。研究发现,变管径翅片管束相比于等管径翅片管束,换热均匀性大幅提升,综合性能也有所提高;为提高该类换热器换热性能,将管束排布方式由近等边变化到近等速,凝汽器综合性能增大而换热均匀性变化不明显;在近等速排列变管径管束的翅片上加装涡发生器,综合性能进一步提高,换热均匀性对雷诺数的敏感性有所改变。     

矩形通道内纵向强化传热与阻力损失的数值研究

本文以空气为介质(Pr=0.701),通过数值模拟的方法在Re=200～1400的范围内,对带有纵向涡发生器的矩形通道的换热及阻力损失进行了模拟分析,并比较了矩形通道、布置一排纵向涡发生器的通道、布置二排纵向涡发生器的通道内的传热与阻力。计算结果表明,纵向涡能有效的起到强化换热的效果,二排涡的效果要优于单排,在较小Re下,涡产生器引入的阻力损失要大于带来的换热强化效果。     

纵向涡强化通道内换热的数值研究及机理分析

用三维数值模拟方法研究了纵向涡发生器用于层流矩形通道的流动换热特征.研究了Re(为800~3 000)、涡发生器的冲角(分别为15°、30°、45°、60°、90°)、纵向涡发生器的形状对通道平均Nu和平均阻力系数的影响,并利用场协同原理进行了分析.结果发现:纵向涡发生器产生的二次流使全场速度和温度梯度之间的平均夹角减小,换热得到强化;纵向涡能改善包括涡发生器附近区域以及下游广阔区域的场协同性,而横向涡只可以改善涡发生器附近区域的场协同性,所以纵向涡可以强化整体换热,而横向涡只可以强化局部换热;对于光通道,协同角随Re增大而增大,但对于有纵向涡发生器的通道,协同角随着Re增大而减小.同时,在面积相同的条件下三角形小翼优于矩形小翼.     

纵向涡强化换热的数值研究及场协同原理分析

用三维数值模拟的方法研究了纵向涡发生器用于管-翅表面的流动换热特征.计算了Re(为800~2 000)、三角形小翼型涡发生器的冲角(分别为30°和45°)对管-翅表面平均Nu、压降的影响,并利用场协同原理进行了分析.结果发现纵向涡强化管-翅表面换热的内在机理可以用场协同原理进行解释,即纵向涡发生器使全场速度和温度梯度之间的平均夹角减小.另外计算还发现:三角形小翼对顺排换热器的强化换热效果好于对叉排换热器的强化;冲角为45°的三角形小翼强化换热效果好于冲角为30°的三角形小翼;冲角为45°的三角形小翼导致空气压降提高,而冲角为30°的三角形小翼则可使压降有所减小.无论传热管是叉排还是顺排,冲角为30°的三角形小翼比冲角为45°的三角形小翼在消耗单位泵功条件下带来的强化换热效果更大.     

涡旋核心分布对斜置肋片蒸汽冷却通道换热特性的影响

数值计算了宽高比为2∶1,雷诺数为1×104~6×104,肋角度分别为30°、60°、90°时蒸汽冷却带肋通道,采用流场涡旋核心显示技术分析了各肋角度下带肋通道涡旋的产生、演变过程、形态变化以及分布规律,研究了涡旋分布规律对通道换热系数的影响。结果表明:肋角度对带肋通道涡旋形态和分布规律有较大影响,90°通道主要由横向涡组成,30°、60°通道主要由纵向涡和主涡组成;纵向涡的换热特性比横向涡更好,30°、60°通道平均换热系数比90°通道高;30°通道纵向涡的分支以及流体的黏性耗散会导致纵向涡涡旋强度和尺度减小、纵向涡的换热性能削弱,这使得30°通道平均换热系数比未发生纵向涡分支的60°通道低;相对于边界层的距离、涡旋半径,涡旋强度、涡旋核心是影响涡旋强化换热的更重要的参数。该结果可为主动控制带肋通道涡旋强化换热研究提供参考。     

空冷器球突翅片换热与不可逆性分析

数值模拟了球突翅片管外空气的流动和换热,并基于耗散概念对球突翅片换热的不可逆性进行了分析。结果表明:与平直翅片相比,直接空冷器单排管换热器采用球突翅片可使换热显著强化。当球突个数相同时,错排布置方式优于顺排;在Re=600～1 500的范围内,球突错排时,平均换热系数比平直翅片增加30%～55%,阻力系数增加50%～85%,同功耗强化换热指数PEC为1.14～1.27。球突翅片的等效热阻显著减小,其传热的不可逆性减弱,这正是球突翅片具有良好强化换热性能的物理机制。     

单排管空冷散热器换热及阻力特性研究

通过试验及数值模拟研究了单排管空冷散热器的翅片侧流动及换热特性,获得了相对翅片间距和相对翅片高度等参数对单排管空冷散热器的翅片侧换热和阻力特性的影响规律.随着单排管空冷散热器相对翅片间距的增大,翅片侧对流换热系数和阻力随之减小;随着相对翅片高度的增大,翅片侧对流换热系数和阻力也随之减小.     

顺排管束流动和传热数值模拟

采用数值模拟的方法考察了列管式换热器中顺排管束的流动和传热问题,计算了不同纵向节径比(S_L/D)和横向节径比(S_T/D)对顺排管束传递特征的影响,并综合评价了其换热效果。结果表明,管排结构中大部分圆管均受尾流影响,在前列圆管尾流的作用下,尾涡结构被改变。相比于单圆管,管排结构强化传热的作用较明显,且对管排横向间距变化较为敏感。结果显示,增大S_L/D和S_T/D均能提高努塞尔数(Nu),但同时阻力系数也随之增大。当S_L/D=2.7,S_T/D=2.5时,管束的综合传热能力最优。此外观察到管排结构可以减小涡脱落频率,对涡脱落起一定的抑制作用,并通过线性拟合得到了管排斯特劳哈尔(St)数与雷诺(Re)数的关系。     

开缝对波纹翅片流动和换热性能影响的数值分析

为了分析开缝对波纹翅片流动和换热性能的影响,对3种开缝波纹翅片进行了数值模拟.结果表明对于连续型波纹翅片,开缝有利于消除横向涡,并使流体混合得更加充分,从而提高翅片的流动和换热性能;在开缝翅片的拐角和缝隙处,局部换热系数变化剧烈;换热系数的极大值出现在拐角上游或者翅片的前缘,而极小值则出现在拐角下游或者翅片的后缘.     

扇形内翅片石墨管层流强化传热性能

利用数值模拟方法对一种高黏度的油类介质在6种不同布置交错角度(0°,30°,45°,60°,75°,90°)的扇形内翅片石墨换热管中层流的强化传热和流动规律进行了研究.结果表明,扇形内翅片的强化换热效果明显.与无翅片的石墨换热管相比,6种布置角度的扇形内翅片对流换热系数分别增大22.69%,42.49%,62.28%,63.44%,65.47%,66.47%.就流动性能而言,扇形内翅片的石墨管6种布置角度下的阻力分别增大了191.88%,252.01%,333.10%,364.33%,385.51%,400.43%.为了明确石墨管内添加扇形内翅片后的强化传热效应,采用了换热性能评价指标(PEC)对6种布置角度进行了评价研究,结果显示45°布置角度时PEC评价准则数的平均值达到最大,为1.265,说明布置角度为45°时强化换热效果最理想.     

纵向涡强化片式散热器换热性能的数值分析

为提高油浸式变压器用片式散热器的综合换热性能，在散热器空气侧安装新型六边形翼涡流发生器，通过数值模拟研究涡流发生器的纵向间距、攻角以及形状对片式散热器换热性能的影响，并运用场协同原理从速度场和温度场相协同的角度阐述纵向涡强化换热的机理。结果表明：同等面积下六边形翼的阻力因子较矩形翼有所增大，但其努塞尔数的提高更加显著；当六边形翼C涡流发生器布置间距为60 mm、攻角45°时，速度矢量与热流矢量间的夹角最小，速度场和温度梯度场协同性最好，散热器综合换热性能最佳，比普通片式散热器的综合换热性能提高26.52%。     

空间锥螺旋管束流体诱导振动换热器及性能分析

基于动态子结构理论、利用固定界面模态坐标变换及超单元技术,分析了空间锥螺旋管束的振动特性和脉动元件诱发管束振动的频率条件,计算了0.1m/s壳程流速、横向脉动流激励条件下空间螺旋管束的振动特性,研究了空间锥螺旋管束管内二次流及其换热特性.结果表明:单排空间锥螺旋管束的振动分为横向和纵向振动,以纵向振动为主;在横向脉动流激励作用下,管束的振动与其横向固有振型近似,空间锥螺旋管束的低阶模态频率较低,易于诱发振动;管内截面二次流分为4个涡区,强烈的管内二次流致使管束换热性能提高,空间锥螺旋管束单位面积的换热量是传统平面管束的1.4倍以上.     

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明：涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8％,静压效率最大可提升2.4％。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。     

余热锅炉换热元件传热与阻力特性模化实验系统研究

为实现能源岛余热锅炉的优化设计，对其受热面中广泛采用的鳍片管高效换热元件的传热与阻力特性进行系统的研究．应用相似理论研制了鳍片管高效换热元件传热与阻力特性模化实验系统，并应用该系统对一定结构的螺旋鳍片管束进行了实验研究．结果表明，该系统的容量、结构、功能和测量精度能满足对各类鳍片管束及换热器的传热与流动工况进行模化实验研究的需要．     

三种大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片形式以及管排数对空气侧强化传热的影响，分别对9排和12排带平直、开缝、纵向涡3种翅片形式共6个翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究，发现开缝翅片管换热器的传热性能高于带纵向涡翅片管换热器和平直翅片管换热器，但阻力相应也增加，带纵向涡发生器的翅片传热性能略低于开缝翅片，但阻力却只比平直翅片稍大，这表明采用这种翅片形式可获得较好的综合性能．不同管排数的同一片型换热器的努塞尔数及阻力因子相差很小，可以认为与管排数无关．在试验的雷诺数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式，可为相关的理论研究和工程应用提供参考．     

环形内肋片圆管层流脉冲流动强化对流换热数值分析

为了解环形内肋片圆管中脉冲流动强化对流换热的机理,该文对这一现象进行了数值研究。数值计算结果表明:与具有相同Rem时的稳定流动相比,脉冲流动可使对流换热强化一倍以上,其强化效果与振荡频率、肋片高度和肋片间距有关;最佳量纲1振荡频率在400到1000之间,并随着Rem的增大而增加;对流换热强化的原因在于脉冲流动使由肋片引起的涡旋更加激烈,速度场和温度梯度场之间的协同性更好。     

齿型螺旋翅片管束传热及通风特性试验研究

对一种先进的强化换热元件──齿型螺旋翅片管束进行了传热及通风阻力特性试验研究，试验用直接法进行．得出受洁净气流冲刷时该管束传热特性关联式和通风阻力特性关联式，并将该种齿型螺旋翅片管束的性能与相同结构的整体型螺旋翅片管束进行了比较．     

Large Eddy Simulation of New Vortex Generator Enhancing Heat Exchange of Solar Energy

This paper put forward a new-type vortex generator enhancing heat exchange of solar air-drier and air-heater on the gas side,and investigated the mechanism of heat transfer enhancement and drag reduction by the influence of vortex generators on the coherent structure of turbulent boundary layer.The flow and heat transfer characteristics of rectangle channel with bevel-cut half-elliptical column vortex generators were obtained using large eddy simulation (LES) and the hydromechanics software FLUENT6.3.The instantaneous proper-ties of velocity,temperature and pressure in channel were gained.The coherent structure of turbulent boundary layer flow was showed, and the characteristic of vortex induced by inclined-cut semi-ellipse vortex generator and its influence on turbulent coherent structure were analyzed.And the effect mechanism of turbulent coherent structure on flow field,pressure field and temperature field was discussed.Based on the results,the heat trans-fer coefficient and drag reduction of the new vortex generator with different pitch angles were compared.Some-times.the coherent effects of the increased wall heat transfer and the decreased skin friction do not satisfy theReynolds analogy.The turbulent coherent structure can be controlled through the geometry of the vortex gener-ator.so the heat transfer and drag reduction can also be controlled.Then we can seek suitable form of vortex generator and structure parameters.in order to achieve the enhanced heat transfer and flow of drag reduction in the solar air-heater and solar air-drier.     

管翅换热器换热与流动的三维定常特性分析

为了深入了解单排管翅式换热器换热和流动特性,在雷诺数为100~600之间,翅片间空气为定常层流条件下,利用复合坐标网格系统及对流、导热相结合的数值分析方法,对5种不同几何参数平板翅紧凑管翅式换热器的流场、温度场、换热系数、传热量、压降、翅片效率进行了模拟计算和分析。结果表明:翅片越薄,单位体积、单位质量的传热量越大;在一定雷诺数条件下,存在一个最佳的翅片间距,并使得换热量最大;对所讨论的5种情况来说,当雷诺数为400时,翅片宽度较小的?热器的总传热量比其他4类高10%左右,但压力损失的降低变化不大。无论在哪种条件下,翅片后半部的传热量占全部传热量的25%以下,并且当雷诺数较低时,该比例会更低。