具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

倾斜同心套管内自然对流换热的数值模拟

对倾斜同心套管夹层内的自然对流换热进行了数值模拟 .采用面扫描结合三维块修正的技术 ,并在压力和速度修正方程中运用了预测和校正技术 ,使得程序的收敛性、收敛速度和计算精度大为提高 .数值模拟结果表明 :同心套管在水平放置且高宽比 H较小时受端面效应影响换热要低于二维模型得到的值 ,在 H>1 0情况下可以用二维模型来近似 ;在倾斜放置时 ,决定换热的因素除Ra之外 ,半径比、H、倾角等均有影响 ;换热 Nu随 Ra和半径比的增大而上升 ;此外存在一临界高宽比 ,其值约在 3～ 5,与半径比有关 ;当 H小于临界值时 ,Nu随倾角的增大而上升 ,反之则下降     

竖直通道内饱和蒸汽凝结换热数值模拟

在依靠自然循环驱动的小型模块化反应堆主回路以及反应堆非能动安全系统中,冷凝换热是热交换过程的重要一环,因此对冷凝换热过程的深入研究和分析对提升换热效率、保障堆芯安全至关重要。该文基于格子Boltzmann方法,采用伪势模型,模拟研究了二维通道内静止饱和蒸汽在凝结过程中的流动和换热特性。结果表明：蒸汽冷凝会自发驱动蒸汽流动,蒸汽质量流速与通道宽度和凝结过程中的热流流量有关,保持壁面温度和通道宽度恒定状态下,液膜发展阶段壁面热流较大时,蒸汽质量流速增长较快;通道较窄时,入口处蒸汽平均质量流速初期增速较快但迅速达到稳态,通道宽度为150时的稳态入口平均质量流速约是通道宽度为500时的80.0%。对接触角的分析表明：亲水壁面上的液膜厚度受壁面亲水程度影响较小,壁面接触角为51°时出口处液膜厚度与接触角为72°时的相等。普通疏水壁面上珠状凝结难以维持,被液膜覆盖后相较于亲水壁面传热速率较慢,液膜滑移出计算域之前,壁面接触角为127°时壁面平均热流密度最大值约是接触角为51°时的75.8%,并随液膜滑移逐渐降低,但液膜受重力去除后再形成的过程能在一定范围内强化传热速率。     

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.     

交错波纹板原表面换热器通道内对流换热的数值研究

对具有正弦波形通道交叉排列的原表面换热器多通道单元内三维稳态层流流动与换热特性进行了分析，利用数值模拟方法探讨了上下波纹板交错角θ、波纹相对节距P／H(波长／波高)及雷诺数RP对流动与换热性能的影响．结果表明：在入口段流动与换热性能的变化较大，此变化在沿主流方向第4个单元后基本消失；在水力直径基本相同的前提下，阻力系数厂及平均努谢尔特数Nu随θ的增大而增大；f及Nu在P／H为1．5～3．1的范围内随P／H的增大而增大，在RP大于900及P／H为3．1～4．0时随P／H的增大却开始减小；壁面局部Nu的最大值发生在主流尾部以及与流体出口邻近的2个入口处附近，最小值在上下波纹板的接触点上产生。     

超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟

为了提高CO_2热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了超临界CO_2在水平圆直管内的换热特性。采用标准k-ε湍流模型对超临界CO_2流体在内径为4 mm、长度为2 000 mm的水平圆管内的冷却换热进行了数值模拟,主要探究了超临界CO_2流体在管内冷却条件下的温度场分布以及传热系数的变化规律,并研究了CO_2质量流量及进口温度对管内传热性能的影响。模拟结果表明:超临界CO_2的传热系数随质量流量的增加而变大,质量流量增加100 kg/(m~2·s~2),平均传热系数增加约为12%;随着制冷剂进口温度的增加,管内平均传热系数变小,但局部传热系数的最大值并不会发生改变,只会使其出现的节点延后。研究结果可为水平直管在CO_2热泵中的应用提供理论与数据支持。     

同心圆柱体间旋转气隙内对流换热的数值模拟研究

本文利用商用CFD软件对发电机气隙简化模型——同心旋转圆柱体间环形气隙内流体对流换热情况进行数值模拟,得到了不同泰勒数Ta下流场的速度分布、温度分布和热流密度分布。将模拟得出的平均努赛尔数Nu与经验公式的计算值进行了对比,误差在合理的范围之内,证明了数值模拟的有效性。计算结果表明,受流场中泰勒涡的影响,速度、温度、以及热流密度沿轴向的分布呈现周期性波动,波动频率与泰勒涡的数量相同,其中,速度与温度分布波动的变化趋势相同,热流密度波动的变化趋势与前两者相反;泰勒数Ta越大,流场的平均努赛尔数Nu越大,流场的对流换热性能越好。另外,本文还对带凹槽气隙模型进行了流动模拟,分析了泰勒-库特流能够强化传热传质的原因,为后续发电机环形气隙对流换热特性的模拟做准备。     

水平环缝内冷水自然对流换热过程的数值模拟

为了解水平环缝内冷水自然对流换热过程的基本规律,利用有限容积法进行了二维数值模拟,环缝外壁为0℃,内壁温度为1~10℃。结果表明,在计算范围内,内壁面的平均表面传热系数随环缝宽度的增大先减小、而后略有增大,随内壁半径的增大而单调减小;当温差小于4℃时,平均表面传热系数随温差的增大而增大,而超过4℃后,随温差的增大而减小。采用逐步线性回归方法,得到了内壁传热关联式。     

改进型快谱超临界水冷堆子通道CFD数值模拟

改进型快谱超临界水冷堆(SCFR-M)具有紧凑的堆芯设计,堆芯内采用增殖组件与点火组件混合排布.增殖组件采用内冷式的圆形冷却剂通道,点火组件则采用典型三角形通道.本文基于CFD软件FLUENT采用流固共轭传热方式,分别对SCFRM两种冷却剂通道内流动状态进行数值模拟计算,研究了稳态工况下SCFR-M堆芯设计的热工水力特性,计算结果表明:两种子通道中包壳表面温度均小于650℃、燃料芯块中心线温度均小于1900℃,且流致振动程度在可接受范围内,符合安全设计限值.     

超临界压力流体在多孔介质内对流换热研究进展

超临界压力流体在多孔介质内的流动换热问题在动力工程、化学工程、航天航空等领域的应用非常广泛,它是超临界CO_2气冷堆、太阳能热发电系统、超临界压力流体对高温壁面的发汗冷却等工程设计优化的理论基础。分别从实验研究和数值模拟两个方面,详细阐述了多孔介质内超临界压力流体流动换热的研究进展,指出了准临界温度附近强烈物性变化、多孔结构迂曲流动通道、浮升力等因素对换热通道局部对流换热性能的影响规律是深入研究的关键问题。另外由于高温高压实验难度大、数据处理方法较复杂,多孔介质内超临界压力流体与固体骨架之间的内部对流换热系数实验研究非常少,致使局部非热平衡模型在多孔介质内超临界压力流体流动换热数值模拟的应用受到限制,因此同时加强超临界压力流体在多孔介质内流动传热的局部对流换热性能和内部对流换热性能研究,对于多孔介质结构传热性能评价和工业应用关键设备的设计优化具有指导意义。     

超临界压力下水在螺旋管内的混合对流换热

采用FLUENT 6．0 CFD商业软件，对螺旋管内超临界压力下水在发展段的层流混合对流换热特性进行了数值研究，细致地分析了螺旋管螺距、入口流动Grashof数和Dean数等对流动和换热的影响．研究结果表明，在超临界压力下，水物性参数的剧烈变化在垂直流动方向引起了很强的二次流动，同时由螺旋管引起的向心力也造成了很强的二次流，与相同尺寸直管道相比，螺旋管内二次流的存在大大强化了流动换热，但是也相应地增加了流动阻力，因此螺旋管入口De数越小，则二次流越大，摩擦阻力越小。同时，流动换热随质量流速的增加而增加。     

环形偏心圆截面弯管内对流换热方程的建立及数值模拟

讨论了环形偏心圆截面弯管内的对流换热特性,并在此基础上建立了对流换热方程.同时采用数值模拟的方法分析了环形偏心圆截面弯管内的流场分布.     

金属泡沫管内强制对流换热的数值模拟

对空气在金属泡沫管内的强制对流换热进行了二维数值模拟.动量方程采用BrinkmanForchheimer扩展达西模型,能量方程采用考虑流体和固体局部不平衡的二方程模型,并用金属泡沫方形通道的试验数据验证了程序的正确性.模拟结果表明:金属泡沫管的努塞尔数随孔隙率的减小或孔密度的增加而增大,且随流体和固体导热系数比值的减小而增大;金属泡沫管的强化换热效果十分明显,但其压降远大于光管.数值模拟结果与相关文献的结果符合较好.     

矩形腔内冷水稳态自然对流换热的二维数值模拟

为了了解矩形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,利用有限容积法对矩形腔内的冷水自然对流进行了一系列数值模拟,得到了不同宽深比、Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的壁面传热特性进行了比较与分析。计算结果表明:随着宽深比的增大,流动逐渐增强,流胞数逐渐增多,壁面平均Nusselt数逐渐增大,并趋于某一定值;随着Rayleigh数的增加,换热能力也会增强,而且流动结构的转变会在更小的宽深比下发生。采用逐步线性回归方法,得到了关于热壁平均Nusselt数的传热关联式。     

微肋管单相对流强化换热数值模拟

利用计算流体力学和数值传热学的方法,采用非一致网格,应用Fluent软件对3种型号微肋管管内的单相流动与传热性能进行了三维数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的雷诺数及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,其计算结果与实验结果基本吻合．结果表明：当10000〈Re〈120000时,与圆管相比,微肋管的努塞尔数分别达到了光滑圆管的1．88、2．08和2．48倍,而阻力系数为光滑圆管的1．60、1．68和1．72倍．     

纵向波纹内翅片管中层流充分发展对流换热的数值模拟

采用Delaunay方法生成三角形网格 ,用控制容积积分法生成离散方程 ,采用点迭代方法对 4种不同波纹数、6种不同内外径比的纵向内翅片管通道内的层流充分发展段对流换热进行了数值计算 .计算表明 ,存在临界的Rin值 ,使得流动阻力最大、换热最强 ,从而对层流强化换热管的设计提供了一定的参考依据 .     

小尺寸物体自然对流换热的数值模拟

本文将三维附面层方程抛物型化，对不同尺寸的等温小加热块自然对流换热进行了数值模拟，并用来研究微电子集成电路芯片的冷却问题。     

断裂结构扰流柱通道内的流动与换热数值模拟

应用湍流模型对具有断裂结构扰流柱的涡轮叶片尾缘楔型通道的流动与换热过程进行了三维数值研究。计算过程中,Re取值范围为3000-13500;同时选取了8种断裂距离组合进行了数值模拟,计算了8种情况下流动与换热的效果。     

旋转矩形通道内湍流流动与换热的直接数值模拟

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态N-S方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式Adams-Bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.