局部冷壁面多孔介质梯形腔内纳米流体自然对流

在局部冷壁面条件下,对Cu-水纳米流体在多孔介质梯形腔内的自然对流换热进行了数值研究。主要讨论了达西数Da、瑞利数Ra、纳米粒子体积分数φ和局部冷壁面位置对自然对流换热的影响。数值计算结果表明,平均Nu数随着Da数、Ra数和φ的增加而增大。随着局部冷壁面位置向下移动,多孔介质梯形腔内Cu-水纳米流体流动强度逐渐减小,并且平均Nu数也减小。     

粘度模型对U型封闭腔内Al_2O_3-水纳米流体自然对流的影响

采用四种不同的粘度模型计算纳米流体粘度,对二维U型封闭腔内Al_2O_3-水纳米流体的自然对流换热进行数值模拟,研究分析了不同粘度模型、瑞利数Ra和纳米颗粒体积分数φ对纳米流体自然对流换热的影响。数值模拟时参数变化范围为:Ra=10~3~10~6,φ=0.02~0.08。研究结果表明:采用不同的粘度模型时纳米流体自然对流换热效果相差较大,特别是在瑞利数Ra=10~5和Ra=10~6时,采用粘度模型Ⅱ和粘度模型Ⅲ计算得到的纳米流体平均Nu数变化趋势与采用粘度模型Ⅰ和粘度模型Ⅳ得到的平均Nu数变化趋势完全相反。     

凹槽形腔体内TiO_2-水纳米流体自然对流数值研究

采用数值模拟方法对凹槽形腔体内TiO_2-水纳米流体的自然对流换热进行了研究,重点讨论了Ra数、纳米颗粒体积分数φ和热源尺寸的变化对自然对流换热的影响。结果表明:添加纳米颗粒能够明显提高自然对流换热强度,在给定的Ra数下,随着纳米颗粒体积分数φ的增加,纳米流体的自然对流换热强度明显提高;在给定的纳米颗粒体积分数φ下,随着Ra数的增加,纳米流体的换热强度也同时增强;当Ra=105时,随着热源尺寸的增加,热壁面的平均Nu数也增加。     

三角形腔体内纳米流体自然对流换热数值研究

采用有限容积法对二维三角形腔体内CuO-机油纳米流体自然对流换热进行了数值模拟研究,重点分析研究了液体纳米层厚度对CuO-机油纳米流体自然对流换热的影响,同时也研究了瑞利数Ra、纳米颗粒体积分数φ以及腔体高宽比AR对CuO-机油纳米流体自然对流换热的影响。研究结果表明,液体纳米层的存在使纳米流体的自然对流增强,换热量增大;在相同纳米颗粒体积分数下,随着Ra数的增大,自然对流换热强度显著增强,且Ra数较小时,换热量随着腔体高宽比AR的增大而减小。     

波纹形多孔介质腔内纳米流体自然对流数值研究

采用局部非热平衡模型数值研究了波纹形多孔介质腔体内Cu-水纳米流体的自然对流换热。腔体左侧及右侧波纹曲面的温度分别保持恒定的低温和高温,上、下壁面绝热。在曲线坐标中用有限容积法离散方程,纳米流体的流动采用达西模型来描述。在腔体波峰突起相对高度λ保持定值的情况下,研究了瑞利数Ra、达西数Da、无量纲容积换热系数Nhs及纳米颗粒体积分数φ对腔体内Cu-水纳米流体自然对流换热的影响。计算结果表明:纳米流体相平均努赛尔数Nunf随瑞利数Ra、达西数Da的增加而增加,随无量纲容积换热系数Nhs的增加而减小;低无量纲容积换热系数下,局部非热平衡效应影响明显;纳米流体相平均努赛尔数Nu_(nf)和固体骨架相平均努赛尔数Nus随纳米颗粒体积分数φ的增加而增大。     

微通道内Al_2O_3-水纳米流体强制对流换热的数值研究

采用有限容积法对微通道内Al_2O_3-水纳米流体的强制对流换热进行数值模拟研究。重点分析纳米颗粒粒径、纳米颗粒体积分数φ和Re数变化对强制对流换热的影响。研究结果表明:粒径小的纳米颗粒更有利于改善流体内部的能量传递过程,增强换热;在纳米颗粒粒径和Re数一定时,随着纳米颗粒体积分数φ的增加,平均努塞尔数Nuave增加,换热增强;在纳米颗粒粒径和体积分数一定时,随着Re数的增大,Nuave增加,换热明显增强。     

局部热壁面温度瞬态变化腔体内纳米流体自然对流数值模拟

在腔体下壁面局部热源温度随时间按正弦规律变化的条件下,对二维腔体内Cu-水纳米流体的非稳态自然对流进行了数值研究。在相关参数一定的条件下,研究了瑞利数、纳米颗粒体积分数以及腔体高宽比对自然对流换热特性的影响。计算结果表明:随着瑞利数Ra及纳米颗粒体积分数?的增加,腔体壁面的时均传热速率增大,同时随着腔体高宽比D的增加,时均传热速率减小并趋于稳定的值。     

多孔介质等腰三角形腔体内自然对流换热

用数值方法模拟了以纳米流体为流动介质、充满玻璃球的等腰三角形多孔介质腔体,在不同顶角时的自然对流换热。纳米流体参数采用Tiwari-Das提出的模型计算,多孔介质中流体的流动用Darcy模型,考虑Boussinesq假设处理自然对流效应。分析不同三角形顶角下平均努塞尔数Nu随纳米颗粒体积分数、多孔介质孔隙率、玻璃球直径、加热面比例因子、瑞利数等参数变化时的情况。结果表明,在纳米流体和多孔介质参数不变的情况下,等腰三角形不同顶角腔体内的纳米流体自然对流换热差别明显,在某些情形下结果甚至截然相反。     

三角腔内纳米流体自然对流换热数值模拟

利用完全高精度紧致差分方法对三角形腔体内纳米流体自然对流换热问题进行了数值模拟,研究了4种不同类型纳米流体的换热效率.研究结果表明,增加纳米颗粒的体积分数会使纳米流体的换热效率增强.在4种纳米流体中,Cu-水纳米流体的平均塞尔数最高,相同条件下纳米流体的换热效率按Cu,CuO,Al_2O_3,TiO_2顺序依次降低.     

底部加热矩形腔内Cu-水纳米流体自然对流数值研究

为了确定纳米流体自然对流发生时的临界瑞利数,采用二分法确定临界瑞利数的变化范围,并对底部加热的矩形腔内Cu-水纳米流体的自然对流进行了数值模拟,分析了纳米颗粒体积分数和腔体宽高比对临界瑞利数的影响,得到了特定条件下自然对流发生时的临界瑞利数。结果表明：临界瑞利数随纳米颗粒体积分数的增大而增大,随腔体宽高比的增加而减少。临界瑞利数对应的平均努塞尔数随纳米颗粒体积分数的增加而增加。     

多孔介质方腔内混合对流换热数值研究

为了解多孔介质方腔内的混合对流换热特性,采用局部热平衡模型对开口多孔介质方腔内的混合对流换热进行了数值模拟,多孔介质方腔内流体的流动采用Brinkman-Darcy-Forchheimer模型来描述。腔体下壁面保持恒定高温,其余壁面为绝热,冷流体以恒定速度从腔体左下侧流体入口处进入腔体。研究了理查德森数、达西数、瑞利数和孔隙率对混合对流换热特性的影响。结果表明：热壁面的平均努塞尔数随理查德森数的增大而减小,随瑞利数和达西数的增大而增大,但平均努塞尔数几乎不受孔隙率的影响。     

渐扩方通道中二次流及对流换热特性研究

运用数值模拟方法,对渐扩方通道内的对流换热特性以及二次流强度进行了研究.对Re数50～800,渐扩角1.5°～3.5°条件下渐扩管的传热和二次流特性进行了分析.结果表明:在沿主流方向的截面上,二次流强度在管壁中间区域处较强,而在方管的4个角上较弱;在一定的渐扩角下,周向平均Nu数随Re数增大而增大,二次流强度也随Re数增大而增大;在同一Re数下Nu数随渐扩角的增加而减小,而Se数随渐扩角的增大而增大.入口段的长度对渐扩段的换热情况有一定的影响,而出口段的长度对渐扩段的换热情况基本没有影响.     

两种修正达西模型对平板通道内流动换热的影响

采用数值模拟的方法,对层流状态下恒热流壁面平板通道完全填充多孔介质的流动换热进行了相关研究.通过局部热平衡模型描述多孔介质内的换热,分别用Brinkman-Darcy流动模型和Brinkman-Forchheimer-Darcy流动模型描述多孔介质内的流动,并对比了两种流动模型下的流动换热性能.结果表明:Re数较小时,两种流动模型下的换热差异很小(壁面平均Nu数相差1%);随着Re数的增大,两种流动模型下的速度场和温度场差异增大,因而为了更准确的描述添加多孔介质后通道内的流动换热变化,在Re数较大时,需采用BDF流动模型.     

CO2/DME混合工质在水平管内对流换热的数值研究

采用CO2/DME（二甲醚）混合流体作为传热工质,建立了其在水平管内的物理模型和控制方程,对其换热和流动特性进行了数值研究.通过数值计算,得到了混合工质在管内的速度和温度分布规律,比较了雷诺数和DME质量分数对混合工质传热的影响.研究发现影响CO2/DME混合工质传热特性的主要控制因素为流体的热物理特性.分析表明CO2/DME混合工质在水平管内具有良好的换热特性：在雷诺数2 300的工况下,CO2/DME（70/30）混合流体可以有效提高换热效率20%;工质在管内受到的流动阻力随着雷诺数的增大而减小,随着DME质量分数的增大而增大.     

小扭率扭曲椭圆管层流流动与传热的数值分析

采用数值计算的方法,研究分析了层流状态下扭曲椭圆管内的流动与换热情况.在保持其他参数不变的情况下,管内的Nu随着Re的增大而增大,随着扭率Tr的增大而减小,随着椭圆管几何参数b/a的增大而减小,而阻力系数f随着Re、扭率Tr以及椭圆管几何参数b/a的增大均减小.另外,从速度场和温度场耦合的情况来看,层流状态下的换热得以强化的原因在于扭曲椭圆管内流体发生旋转,产生了二次流,而与主流相比较小的二次流可大大强化传热,使得管内流体的换热得到强化.     

圆管内CaCO_3污垢生长引起负热阻机理的数值分析

以实验研究结果为基础,采用数值模拟方法研究了圆管内CaCO_3结晶污垢生长不同时期,污垢对流场和温度场以及壁面传热特性的影响,得到了不同时期Nu/Nu_0随晶体大小的变化关系以及晶体生长过程中Nu/Nu_0随时间的变化关系。研究结果表明,圆管内CaCO_3污垢生长过程中存在负热阻阶段和正热阻阶段,负热阻阶段污垢对传热的阻碍作用小于因污垢存在而引起的扰流对传热的增强效果,即Nu/Nu_01,表现为负热阻;而正热阻阶段污垢对传热的阻碍作用大于因污垢存在而引起的扰流对传热的增强效果,即Nu/Nu_01,表现为正热阻。     

换热器温度控制系统PID参数的整定优化

换热器是以冷热流体通过对流热传导达到换热的目的,从而使换热器出口温度达到工业生产的要求.通过对换热器出口温度的动态特性分析,找出影响温度变化的因素,通过MATLAB/SIMULINK仿真软件对PID3个参数进行调整优化,改善控制性能,达到最佳的控制效果.     

等热流边界条件下扭曲方管内流动与传热特性数值分析

用数值方法对处于等热流边界条件下的扭曲方管内层流流动与传热特性进行研究.结果表明：流体的平均努塞尔数和阻力系数主要受扭率和雷诺数的影响.在同一扭率下,管内的平均努塞尔数随着雷诺数的增大而增加,阻力系数随雷诺数的增大而减小;在同一雷诺数下,管内的平均努塞尔数和阻力系数随着扭率的增大而减小.不同扭率和雷诺数时,扭曲方管的强化传热指标均〉1,证明扭曲方管具有强化传热的作用.     

平板通道内填充多孔物块的优化换热分析

采用数值模拟的方法,对恒热流壁面平板通道填充多孔物块的流动换热进行了相关研究,分别采用Brinkman-Forchheimer-Darcy流动模型和局部热平衡模型描述多孔介质内的流动和换热,重点研究了多孔物块的填充位置和物块高度对流动换热的影响.结果表明:当多孔物块在纵向上位于通道中心区域时,强化传热效果最好;随着填充多孔物块高度的增加,壁面Num数呈现先增大后减小的趋势,但流动阻力系数却不断增大.     

确定SIMPLE算法中压力松弛因子的自适应方法

压力松弛因子的选取是SIMPLE(Swrni-Implicit Method for Pressure-Linked Equations,SIMPLE)算法在数值求解流体流动及对流换热问题的难点之一.针对非稳态流动问题,提出了一种SIMPLE算法中压力松弛因子的自适应方法,有效地避免了松弛因子对计算结果的影响.通过对两...