螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

星型内插件高温换热管强化传热研究

采用实验的方法对星型内插件高温换热管强化传热进行了探讨和研究。对不同翅片内插件高温换热管辐射传热对整体换热系数的影响进行了讨论。结果表明：随着管壁平均温度的增加或翅片数的增多，内插件强化管总体对流技热系数增大，辐射热影响程度增加。若允许摩擦阻力系数增加一倍强，就可使总的对流换热系数较先管提高50％。     

开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究, 在实验的 Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了 X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.     

夹套间强化管传热性能比较

对四种典型的强化管在夹套间进行了传热及压力降实验，并对它们进行了传热性能的综合评定，研究了传热效率指标随雷诺数的变化规律，并根据该规律分析了影响这四种强化管优劣的因素。     

内置翅片参数对封闭腔内流体流动与传热性能的影响

为了研究内置翅片参数对封闭腔内湍流自然对流换热的影响,采用RNG k-ε模型数值分析了翅片位置、翅片高度和翅片数量对封闭腔内温度场和流场的综合影响。结果表明：在热壁面上布置1个翅片,热壁面竖向边界层厚度随翅片高度的增大而变厚,但腔体顶部水平边界层结构变化微弱;本文所研究的短翅片高度对热壁面上远离翅片位置处局部传热特性影响很小;在热壁面上距底面2H/6处布置高度为1.5cm的翅片能使得热壁面上平均Nu数获得最大值,在热、冷壁面上距底面及顶面分别为2H/6处各布置1个高度为1.5cm的翅片能达到同样的强化传热效果。但在热、冷壁面上距底面及顶面分别为H/6处各布置1个翅片时,翅片高度过大或过小均会抑制热壁面与腔内气流之间的对流换热过程。本文研究结果对于指导工业工程中封闭空间内流体的冷却或加热具有一定的理论参考价值。     

芯片表面微翅片强化FC-72流动沸腾传热

为采用高效传热技术来提高芯片的冷却效率 ,保证芯片的正常工作 ,研究了不带电介质FC 72在微翅片尺寸 (厚度×翅片高 )分别为 5 0μm× 190μm ,5 0μm× 2 5 0μm ,10 0μm× 15 0μm和 10 0μm× 30 0μm的 4种强化面芯片表面的流动与沸腾传热性能 ,探讨了FC 72过冷度对沸腾传热的影响 ,并与光滑面芯片的沸腾传热性能进行了对比 .实验结果表明 ,随着FC 72过冷度的增大 ,所有实验芯片的临界热流密度增大 .强化面芯片的临界热流密度所对应的壁温低于 85℃ ,而光滑面芯片的临界热流密度所对应的壁温高于85℃ .在相同过冷度下 ,强化面芯片的最大热流密度是光滑面芯片的 7～ 9倍 ,表明微翅片结构能显著地强化不带电介质FC 72的沸腾传热     

错齿翅片的传热与阻力性能试验

对9种不同结构参数的错齿翅片进行传热和流动阻力性能试验,分析比较翅片的间距、高度和节距等结构参数对其传热因子和阻力性能的影响.同时,利用场协同原理揭示错齿翅片强化传热的机理,并采用单位面积泵功率的评价方法,比较9种翅片的强化传热效果.结果表明,错齿翅片的节距和长度对其热工性能影响最为显著.     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法，对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析，研究了管内流体的Re，Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响，结果表明，扭曲扁管具有较好的强化传热效果，在管内流体具有高Pr低Re数的条件下，其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据，拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式，对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

百叶窗式翅片换热器中的耦合传热

对汽车上常用的百叶窗式换热器的传热过程进行了分析,建立了翅片内导热与翅片间耦合对流换热的物理数学模型,并采用数值分析方法对该耦合传热问题进行了数值模拟计算.计算结果揭示了百叶窗翅片换热器内部的流场结构和换热状况.与经验公式计算结果相比,数值计算的百叶窗翅片换热器通道阻力和换热系数显示出与实测值更好的一致性.     

空气外掠圆孔翅片管的流动与换热数值模拟

以矩形平翅片作为比较对象,采用数值模拟方法研究了空气外掠三对称大直径圆孔翅片表面的流动与传热性能,获得了不同Re(雷诺)数时矩形平翅片和三对称大直径圆孔翅片表面的速度场、温度场和Nu(努塞尔)数分布.平翅片的模拟结果与实验数据的最大误差小于10%,证明了该模拟方法的正确性.研究结果表明:当气流Re=1 610～6 440时,三对称大直径圆孔翅片的表面传热系数比平翅片提高25%以上.证明该圆孔翅片是一种适用于翅片管式制冷换热器且传热效果优越的片型.     

自支撑矩形缩放管壳侧不同插入物的强化传热效果

利用数值模拟方法研究了湍流状态(雷诺数Re变化范围为27900 ～41900)下自支撑矩形缩放管换热器壳程内插入不同插入物(圆环和折板)后的传热性能与流动特性,并将壳程通道内插入圆环和折板后得到的结果与缩放管空管(无插入物)的结果做比较.结果表明:插入物的加入引起了通道内流体的速度及温度分布变化,从而产生传热及流动特性的变化;插入圆环和折板后壳侧的传热系数分别比缩放管空管时增加了16.69％ ～24.32％和38.01％～46.74％;在插入插入物后,传热系数增加的同时也引起了通道内压降的增大,与缩放管空管时比较,插入圆环和折板情况下压降增加的比例分别为74.02％～89.50％和68.49％～87.16％;插入折板后壳程通道内的综合传热性能最好,其次是插入圆环后,缩放管空管时最差.研究还发现,要提高换热器的传热性能,关键是要改善通道两侧缩放管处的传热性能,而从场协同角度对三者进行分析则发现,减小速度矢量与温度梯度矢量间的夹角是增强换热器传热性能的一个重要措施.     

缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热

提出一种复合强化传热方法,对四种不同间隔插入旋流片的缩放管进行了传热与流阻实验研究,并与普通光滑圆管、缩放管空管、内插旋流片的光滑圆管三种结构条件进行比较.通过综合评价,在实验范围内(3400相似文献   

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器(平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片)的流动传热性能进行了三维数值模拟计算,得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图,计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数,并与相关实验数据对比,证明该数值模拟的正确性.研究结果表明,倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13.8%~29.3%,比均匀波纹翅片的高5.5%~10.3%,其强化传热效果显著.     

矩形涡流发生器结构参数对圆形换热管传热特性的影响

为了提高圆形换热管的换热效率,采用SST(shear-stress transport)k-ω湍流模型(k为湍动能,ω为耗散率),对内置矩形涡流发生器的圆形换热管进行了数值模拟研究,分析了涡流发生器长高比和攻角对流动和传热特性的影响。结果表明：V型排布的4个矩形涡流发生器产生了两对反向旋转的纵向涡流,增强了冷热流体的混合,改善了圆管内的场协同,提高了换热性能;随着涡流发生器长高比的增加,换热管性能比较指标增大,但是增加幅度逐渐减小,当长高比为2时,换热管具有较好的综合性能;随涡流发生器攻角的增大,性能比较指标先增大后减小,当攻角为30°时,多数工况下性能比较指标具有最大值,换热管具有最佳综合性能。可见,矩形涡流发生器的结构参数对换热管的传热特性有巨大影响,研究结果可为换热管的设计和改进提供参考。     

R134a在水平三维微肋管内的沸腾换热

实验研究了Ｒ１３４ａ在水平三维微肋管内的沸腾换热。实验段有效长度３．０ｍ,内径１２ｍｍ,工质量量流率１００－２７７ｋｇ／（ｍ＾２．ｓ）,热负荷１０－２０ｋＷ／ｍ＾２,饱和压力０．５４－０．６５ＭＰａ,实验考察了质量流率,质量干度和饱和压力对换热系数的影响。     

同轴换热器内流动与换热的实验研究

采用实验的方法以水为介质研究了同轴换热器内的流动与传热,Re为3×104～10×104.对具有不同螺距两根内管管内的摩擦阻力及同轴换热器整体换热性能进行了实验研究,研究表明:管内摩擦自力系数是相同情况下圆管的3～3.5倍.采用数值计算的方法揭示了同轴换热器管内外流场特征.     

物性参数对纳米流体强化换热的影响

对铜-氩纳米流体在矩形槽通道内流动和换热情况进行了数值模拟,对基础流体和不同体积分数的纳米流体在不同Re下的换热情况进行研究,分析了纳米流体热物性的改变对强化换热的影响.研究表明:相对于基础流体而言纳米流体由于具有较好的导热性能而强化换热,并且纳米流体体积分数越大,其导热性能越好,从而换热能力也越大.对于相同体积分数的纳米流体,其换热系数提高的程度与流体的速度有关系,流速越小,换热系数提高得越大,而随着流速的逐渐增大换热系数提高的程度逐渐下降.     

翅片管换热器的翅片效率与传热性能

研究了３种不同管排数的百叶窗式翅片管换热器的换热特性，由试验数锯整理出传热系数与流速的关系，以试验数据为依据对翅片表面温度场进行了数值计算，导出百叶窗式翅片的翅片效率计算式并根据估算分离法的原理整理出换热准则方程式，为设计百叶窗式翅片管换热器提供了方便．     

管内多片旗形动态插入件强化传热的实验研究

研究了圆管内均匀布置１～５片旗形件时油的强化传热及流阻特性。当工质参数处于１４６≤Ｐｒ≤２０６和８５２≤Ｒｅ≤６８５７时以４片旗形件最佳；其换热系数ｈ与光管换热系数ｈ０之比可高达４．１；而压降之比（Δｐ／Δｐ０）最高只有３．４；综合判据（Ｎｕ／Ｎｕ０）／（ｆ／ｆ０）０．２９之值可高达２．９５。