饱和蒸汽静止时膜状冷凝放热的理论——包括低 Pr 数介质(Ⅰ)

作者应用了边界层理论中的分析解法来处理饱和蒸汽静止时膜状凝结放热的问题,相似理论的分析指明在膜状凝结放热的问题里有四个无因次量起着作用,它们是努谢尔特准则数 Nu 或代替它的雷诺准则数 Re,伽利略准则数 Ga,普朗特准则数 Pr 和一个焓的比值 K 准则数。在蒸汽静止和凝结液膜处于层流的范围内时,本文的分析说明凝结液膜中的速度分布是抛物线形的而温度分布是直线形的.文章说明膜状凝结放热的基本微分方程式组可以转化成一组动量与热量的积分关系式组.这组积分关系式组的解同克鲁其林的结果相符合.这个理论解对于 Pr>1和 K>5的情况来说,例如蒸汽在普通压力下凝结就是这样的,得到和努谢尔特公式一致的结果.但对于 Pr<1或K<5的情况来说,例如金属蒸汽的凝结就是这样的,本文的解对努谢尔特公式的修正是不可忽略的.文章并包括各种不同 Pr 数和 K 数时对努谢尔特公式的修正系数的图表.     

小型分离式热管的换热特性实验

根据实验结果给出最佳充液率以及最佳充液率下的蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷人部凝结换热努赛尔数综合关系式。     

竖直槽道内蒸气向上流动凝结换热的实验研究

通过高速摄影仪拍摄手段,观察了制冷剂R410A蒸气在水力直径为14.34mm、长度为160mm的竖直矩形槽道内垂直向上流动凝结过程中壁面液膜的流动特征.实验结果表明:在饱和温度为28℃和质量流速范围为1.8~23kg·m~(-2)·s~(-1)实验条件下,随着质量流速的增大,壁面出现假滴状流动和层流波状流动,并且随着质量流速的增大凝结液膜逐渐增厚,液膜表面波动亦更加明显;槽道内的平均凝结换热系数随质量流速的增大出现先增大后减小的趋势.实验得到了槽道壁面测温点分割出的四段壁面的各段的平均凝结换热系数的沿槽道轴向的变化情况.     

单个局部内热源和外部加热同时作用时封闭空腔内的自然对流换热

本文描述同时由一个局部内热源和外部加热引起的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果,研究了外部雷利数、局部内热源相对强度、位置及尺寸大小的影响。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数及平均努谢尔特数随时间的变化。     

具有局部内热源的封闭空腔内的自然对流传热

本文描述由一个局部内热源和外部加热同时作用引起的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数及平均努谢尔特数随时间的变化,定义了当量内热源相对强度、临界当量内热源相对强度及控制转换区。     

微重力下管内凝结换热性能的研究

为了预测失重条件下航天飞行器中冷凝器的传热性能，提出了一种研究微重力场中管内凝结换热过程的方法，建立了管内环状流域层流凝结换热的数理模型。改变重力加速度ｇ值进行仿真计算，随着ｇ值的减小，凝结液膜变厚，使凝结换热恶化，例如在相同冷却条件下，当进口蒸气Ｒｅ数为１０４时，ｇ＝０和ｇ＝９．８ｍ／ｓ２环境下的平均冷凝Ｎｕ将降低３０％。并以重力场中垂直管内凝结换热的实验结果对模型进行了间接的检验。给出了预测零重力环境中管内平均凝结换热系数的准则关联式，可供航天器热控系统的热分     

自由运动放热的基本准则式

现有的实验准则式存在着分岐。但由于采用的整理方案不同,难于直接比较。文章探讨了比较现有实验准则式的最便利的整理方案;重新整理了不同介质、不同温压及热流方向的实验数据。在流动层流的区段内,获得下列准则式:沿横园柱放热,N(?)w=0.50(Gr·Pr)_w~(1/4)沿平坚壁放热,N(?)w=0.57(Gr·Pr)_w~(1/4)这种准则式概括了现有实验范围的各种数据,并且仍保待了不加修正系数的简单形式。文章根据新整理方案获得的结果,肯定了沿横园柱放热与沿平坚壁放热二种准则式的实用差别,并进一步讨论了沿平坚壁放热与沿坚园柱放热的差别及准则式的适用范围。     

电水动力学强化垂直平板凝结换热的实验关联

在分析EHD(电水动力学)强化凝结换热理论的基础上,提出了虚拟重力加速度的概念.对工质R113在垂直平板上受直流高电压作用下的凝结换热实验数据进行分析.实验表明,液膜波动和减薄组合参数与电压之间存在良好的相关关系,得出了实验关联式.关联式计算值与实验值的相对误差在±10%以内.     

立管内蒸汽冷凝放热试验研究

本文对于大气压力附近向下流动的水蒸汽在立管内膜状冷凝时的试验数据进行了整理,并得到了局部和平均放热系数。试验在内径14mm,长1965mm的碳钢管内进行,蒸汽入口干度x_1=1,蒸汽出口干度x_2=0～0.209。试验中雷诺数范围为350～2611。试验结果给出了由层流区到过渡区的临界雷诺数为800。根据理论分析和试验数据,作者提出了层流区和过渡区内的局部及平均放热系数的半经验计算式。计算值和测量值之间的误差小于18%。本文与其他文献进行了比较。     

椭圆管外的冷凝传热

本文求得了计算椭圆管外局部凝结换热系数、总平均凝结换热系数及局部凝结液膜厚度的解析式,并给出了计算实例.同时,得到了平均凝结换热系数相对于等周长圆管而言增加的百分数随b/a的变化规律,导出了对工程实际有意义的凝结换热准则关系式.     

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

液态金属钠在环管热进口段的湍流传热研究

本文对液态金属钠在环管热进口段部分的湍流传热做了实验研究.实验的主要特性参数如下:环形通道之直径比 d_2/d_1=1.54;热流密度 q=50W/cm~2;雷诺数Re=2×10~4～1.5×10~5;伯克利数 Pe=122～1078.分析表明,实验值与理论值吻合良好.最后,分别给出稳定段和热进口段的努谢尔特数以及热进口段长度的计算式.     

水平传热管外过冷水垂膜强制对流换热特性

用数值计算方法对水平传热管外过冷水垂下液膜的强制对流显热换热特性进行了研究．计算采用层流流动模型,将液膜流动区分为管顶部的滞止区和侧部的自由绕流区分别计算．滞止区计算采用Ｇｏｅｒｔｌｅｒ变换方法,绕流区计算采用自由流函数变换方法．结果证明,在喷嘴尺寸固定时,换热努塞尔特数除与膜雷诺数、普朗特数有关外,与反映管径尺寸的无量纲数、阿基米德数也相关．因此,在膜雷诺数１０３～１０４和普朗特数２～７内,得到了近似拟合公式．该公式和以往的经验公式吻合,较好地预示了文中的实验结果．为实际管排式蒸发器研究提供了依据．     

封闭空腔内耦合的自然对流传热两个竖直导热壁的影响

本文描述具有两个竖直导热壁的封闭空腔内非稳态、二维、层流自然对流换热的数值分析结果。计算参数范围为Rα=10~4～5X10~6,0.1～43.6,K~*=1～100,t~*=0.11～0.40。给出了速度场和温度分布,得到了热壁和冷壁的平均和局部努谢尔特数,确定了相对于总温差和冷热壁内侧温差的努谢尔特数比的时间历程,并定义了冷壁传热的滞后时间概念,结果表明这些参数显著地受导热壁物性的影响。     

雷诺时均模拟的两种转捩模型比较

对两种基于RANS方程的转捩模型进行分析讨论,这两个模型都只需采用局部变量计算,其中SST-γ-Reθt模型基于实验经验公式,层流动能模型基于转捩现象。两个模型都被耦合到RANS低雷诺数湍流模型中,并通过不同工况下T3系列平板的数值计算对模型进行评估。结果表明转捩模型较原湍流模型需要消耗更多计算资源;相对层流动能模型,SST-γ-Reθt模型对y+更为敏感,在无压力平板算例中两个模型能够较为准确地预测转捩,只有在湍流度增大时,SST-γ-Reθt模型预测的精度才会下降;在有压力梯度情况下,两个模型预测转捩起始点都较实验值延后,当来流雷诺数较大时层流动能模型预测的转捩长度较实验值偏小;从平板上不同位置(层流区、转捩区和湍流区)湍动能的分布情况能够看出SST-γ-Reθt模型只是在数值上模拟转捩过程,并不考虑转捩内在规律,层流动能模型预测结果与实验值较为吻合。     

真空膜蒸馏用于脱除水中氨的传质性能研究

对真空膜蒸馏脱除水中氨过程总传质系数的计算式进行了理论推导,并以真空膜蒸馏实验考察了料液温度、料液浓度及pH值对总传质系数影响。实验结果表明,随料液温度和pH值的增加,总传质系数明显增大,但pH值升至11后,总传质系数的变化不再明显。在实验所涉及的范围内,料液浓度对总传质系数的影响不大。总传质系数理论计算值与实验测定值吻合较好。     

水平肋管外凝结换热的理论与实验研究

管外轧肋以强化凝结换热的方法应用得非常广泛,但定量描述这一强化过程的理论工作还远远落后于其应用程度.本文从肋管强化凝结换热的机理着手,经过细致的理论分析,对Borovkov 模型作了两个方面的修正:一是肋峰区与肋谷区凝结液压力差项的确定;另一是水平肋管底部凝结液附着区域的求取方法.从而建立起全面描述水平肋管外凝结换热的理论模型,并进行了求解.修正后的模型较原模型更加合理完善.为验证理论工作的准确程度,通过实验测定了平均凝结换热系数,并与理论计算值作了比较,比较结果基本令人满意.     

有吹吸速度的外掠多孔平板湍流边界层的积分方法

具有吹吸速度的外掠多孔平板湍流流动特性是研究发散冷却和气膜冷却的基础,具有重要的理论研究意义.将湍流速度边界层划分为层流底层和湍流核心区,采用三次多项式和1/5次幂函数分别代表流体沿两个区域厚度方向的速度分布,通过积分方法建立了动量方程,利用四阶龙格-库塔法求解得到可渗透壁面湍流边界层速度场的理论解析解,同时获得了壁面摩擦系数.对比表明,解析解与Whitten、Blackwell试验结果以及Kays的经验公式符合得较为满意,证明了所提出的湍流理论模型的正确性.     

纵掠平板速度和温度边界层湍流转捩区的积分方法

转捩边界层内壁面摩擦和传热特性急剧变化,转捩区的速度和温度分布特性研究具有重要理论意义.以外掠平板空气为研究对象,将自然转捩边界层沿厚度方向划分为层流底层和准湍流层两部分,采用三次多项式代表层流底层、1/7.5和1/7幂指数函数代表准湍流层速度和温度分布,利用积分方法建立了动量和能量积分方程组,获得了转捩区速度场和温度场的显式表达式,同时确定了壁面摩擦系数和努塞尔数大小,通过四阶龙格-库塔算法获得了动量和热边界层厚度大小,同数值解、DhawanNarasimha解(D-N解)和Coupland基准实验结果对比表明,给定条件下理论解精度达到4.8%,证明了理论模型的正确性,对提出的转捩边界层特征参数进行了参数研究,并给出间歇因子对层流底层的影响规律.     

表面张力作用对垂直椭圆管内凝结换热的影响

本文在考虑液膜表面张力的情况下,求解了静止蒸汽在垂直椭圆管内的凝结换热问题,得到了凝结液膜厚度沿轴向的分析表达式,揭示了椭圆离心率、液膜表面张力等诸因素对这一凝结换热过程的影响规律,得到了使管内平均凝结换热系数达到最大时的最佳离心率值,同时,还将结果与特别物件(e→1,平板;e=0,圆管)的经典解作了比较.