绕流椭圆柱管束的流动与传热特性

椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用。本文采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题。通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比。文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5%,表明所建立的数学模型是正确的。利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件 对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响。获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数。这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导。     

内插矩形翼纵向涡发生器的强化传热圆管性能分析

通过三维数值模拟,对不同倾角α下的内插矩形翼纵向涡发生器的强化传热圆管的传热、阻力及综合换热性能(PEC)进行研究,并对其流动及传热机理进行分析。结果表明:在所研究范围内,强化传热圆管的努塞尔数Nu和阻力系数f均高于光管,其努塞尔数比光管提高了68%~147.8%,阻力系数比光管提高了159.7%~1 437.9%;随倾角的增大,强化传热圆管的Nu及f持续增大,PEC值持续降低。     

带扰流柱阵的双层壁间隙冲击传热特性

数值模拟研究了带扰流柱阵的双层壁结构间隙靶面、冲击面以及不同位置扰流柱面努塞尔数详细分布,分析了各个表面努塞尔数平均值随冲击雷诺数的变化规律以及不同位置扰流柱面换热特性差别。结果表明,靶面努赛尔数的第二峰值大于滞止点处的努赛尔数。冲击面展向平均努赛尔数最大值位于靠近冲击孔的第2排和第4排扰流柱处。在5排扰流柱中,与冲击孔处于同一排(第3排)的扰流柱面平均努塞尔数最大,表现为翻卷汇流传热特性;第2排和第4排扰流柱面平均努塞尔数次之,表现为翻卷绕流传热特性。远离冲击孔的第1排和第5排扰流柱面平均努塞尔数最小,表现为绕流传热特性。冲击雷诺数从1×10⁴增加到6×10⁴,第3排扰流柱面和第2、4排扰流柱面以及第1、5排扰流柱面努塞尔数增幅分别为306%、325%和360%。     

周期性环肋通道内的流动和换热

用非稳态数学模型对包含入口段的带肋环形通道内的流动和换热进行了数值模拟.在肋片参数Sp/D=0.187 5、Sp/D=1.125,雷诺数在400～800范围内,流动和换热都出现了自维持振荡特性,且入口段后,各几何周期的速度场、无因次过余温度场基本相同,随时间的变化规律也基本相同.肋片高度增加,平均努塞尔数和摩擦阻力系数增加.肋片间距增大,对摩擦阻力系数影响较小,对努塞尔数影响较大.雷诺数增大,努塞尔数增大,阻力系数减小.     

蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。     

内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明：内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%～190%和308%～449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。     

高扭曲比螺旋扁管的管内传热及流阻性能

以水为介质，研究了不同截面短长轴比（B／A=0．27～0．47）和扭曲比（即导程与直径比，S／de=17．19—50．62）的高扭曲比螺旋扁管的管内传热和流阻性能．实验结果表明：高扭曲比螺旋扁管的管内努塞尔数和阻力系数均随B／A值和S／de值的增大而减小，但随B／A值的增加而减小得更快，B／A值对高扭曲比螺旋扁管的管内传热与流阻性能影响更大；在相同雷诺数和普朗特数下，高扭曲比螺旋扁管管内的努塞尔数为光滑管的1．3～2．5倍；阻力系数为光滑管的1．2～1．5倍．文中还通过多元线性回归法对实验数据进行了分析，提出了高扭曲比螺旋扁管管内努塞尔数和阻力系数的准数方程式，其最大误差分别是12％和6％，从而为该类型螺旋扁管换热器的工程设计提供了依据．     

用格子Boltzmann方法计算椭圆柱绕流的阻力

用格子Boltzmann方法模拟椭圆柱绕流, 研究椭圆柱形状对阻力的影响. 对圆柱绕流问题进行了数值模拟, 阻力系数的数值计算结果与相关文献数值相符. 计算了当Re=200, 椭圆柱纵轴长度不变、 横轴长度逐渐变大时几种不同形状的椭圆柱绕流, 并用插值方法处理了曲线边界, 用动量转换法计算了曲线边界受力. 计算得到了不同形状椭圆柱绕流的流线、 涡线以及阻力系数随横轴/纵轴长度比的变化趋势. 通过分析流线和涡线的变化, 给出了阻力变化的机理.     

基于响应曲面法的新型换热管结构优化

为了对新型换热管的传热与流动性能进行优化分析,采用数值模拟和响应曲面法相结合的方法,以努塞尔数、阻力系数为响应,以换热管结构参数和流体速度为影响因子进行优化设计,确定最优的结构参数和流体的最佳入口速度。结果表明,多元回归模型可以准确地表示响应与因子之间的关系,因子显著性排序为线性项平方项交互项,单因子中速度和凸棱高度对响应努塞尔数和阻力系数的显著性最高。针对换热管优化设计得出交叉螺纹头数、凸棱高度、螺距、速度的最佳组合参数分别为6、0.56 mm、30 mm、15.856 m/s,其对应的努塞尔数和阻力系数分别为2 137.78、0.055 794,该组合可为再热器设计提供理论指导。     

正五边形管排方式管束传热和流动阻力特性研究

文章提出一种正五边形管排方式,对其传热和流动阻力特性进行了试验研究,并运用综合性能评价准则(performance evaluation criteria,PEC)将其与传统的正三角形管排方式进行了对比分析。结果表明:在雷诺数Re∈[9 000,22 000]范围内,正五边形管束比正三角形管束的努塞尔数Nu平均提高约9.3%,欧拉数Eu平均增加约13.4%,综合性能评价因子η在1.00~1.08之间,在高Re时正五边形管排方式更具应用价值。     

MPC轴流管壳式换热器的壳程局部传热性能

对一种具有并流多通道进出口结构(MPC)的轴流管壳式换热器的壳程局部传热性能进行实验研究,分别在有壳程进口段分布挡板与无分布挡板的情况下,探讨了进口段局部表面传质努塞尔数的分布、局部平均表面努塞尔数与管束位置及雷诺数的关系,分析了进口段和换热器整体的平均传质努塞尔数与雷诺数的变化关系,揭示了壳程进口段的局部表面努塞尔数的分布规律,并进行了机理分析.研究结果表明,分布挡板能够有效促进壳程流场的分布,提高换热器壳程的整体传热性能.     

空气外掠钢渣颗粒准则关系式及其影响因素

通过空冷固态高温钢渣颗粒实验,由实验数据拟合平均努塞尔数实验关联式。对空冷高温钢渣颗粒进行三维数值模拟,研究不同绕流雷诺数下的准则关系式,分析空气外掠固态钢渣颗粒影响因素。研究得出空气冷却固态钢渣颗粒的实验关联式与数值计算关联式,实验与数值计算之间误差较小,验证了采用SST k-棕模型计算的可靠性。实验结果表明：钢渣颗粒的平均努塞尔数随着绕流雷诺数、粒径和气体流速的增大而增大。在同等条件下,钢渣粒径对平均努塞尔数的影响作用大于气体流速;模拟空冷高温钢渣颗粒时,直径对钢渣颗粒凝固时间的影响作用最大,导热系数的影响作用次之,来流空气温度影响作用最小。     

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。     

基于混合对流与传热的垂直延伸板驻点流研究

延伸板上不可压缩粘性流体的驻点流在工业和实际生产中有着广泛的应用,研究延伸板上驻点流的边界层流动一直是广大学者研究的热点。本文研究了不可压缩粘性流体在垂直指数延伸壁面上的二维驻点混合对流与传热问题,这是一种基本的物理现象,也是当今国内外学者研究的新热点问题之一。借助相似变换将边界层控制方程转换为非线性常微分方程,通过对其进行数值计算,用图表详细分析顺流和逆流时浮力参数λ和普朗特数Pr对流体流动和传热特性的影响。结果显示：顺流时,表面摩擦系数和努塞尔数均随浮力参数λ的增大而增大;随着Pr数增大,努塞尔数增大而表面摩擦系数减小。逆流时,表面摩擦系数和努塞尔数均随浮力参数λ的增大而减小,随Pr增大而增大。研究结果对于工程中探讨垂直板上浮力参数及普朗特数对表面摩擦力和传热特性的特殊影响具有重要意义。     

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。     

气流横向冲刷管束换热的场协同数值模拟验证

对气流横向冲刷管束换热这种比较复杂的流动形式,推导出了气流横向冲刷管束换热时的传热努塞尔数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对场协同原理进行了分析与验证．结果表明,场协同原理同样适用于这种形式比较复杂的流动与换热．同时用场协同原理解释了管排方式和管间距对换热的影响,发现随着速度场与热流场协同作用的不同,换热随管排方式和管间距的改变也有所不同．     

倾斜角对方腔内非稳态自然对流影响的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法构建非稳态方腔自然对流的数学模型,并进行模型验证,分析流场和温度场随时间的变化,重点讨论瑞利数Ra、倾斜角度θ对方腔内非稳态流动特性和传热特性的影响.结果表明:随着瑞利数Ra增大,平均努塞尔数Nu_a变大.瑞利数Ra=10~4、Ra=10~5和Ra=10~6工况的平均努塞尔数Nu_a曲线发生波动,瑞利数Ra=10~3工况的平均努塞尔数Nu_a曲线未产生波动.瑞利数Ra=10~6工况的稳定时间最短,瑞利数Ra=10~4工况的稳定时间最长.倾斜角度θ=0°和θ=30°工况的平均努塞尔数最优,且稳定时间最短;倾斜角度θ=90°和θ=270°工况的平均努塞尔数最差.     

H型鳍片管束传热特性实验研究

在传热风洞实验台上对5组不同结构参数的H型鳍片管束气侧的传热与阻力特性进行了实验研究.实验中考虑了管径、鳍片净高度、鳍片节距以及管排横纵向间距等影响因素,并将实验结果与前苏联锅炉热力计算标准进行了比较.根据实验结果拟合得到了管径38 mm、管排纵向间距变化的H型鳍片管束的传热及阻力系数关联式和适用于不同结构参数下H型鳍片管束的传热总关联式;96.5%的实验数据与H型鳍片管束传热关联式计算数值误差小于±15%.同时,将关联式计算值与现有两文献中的实验数据进行了比较,结果表明,传热准则数的最大误差分别为11%和17.7%.该研究为H型鳍片管束的设计提供了可靠的依据.     

组合式射流冲击冷却壁面稳态传热特性仿真分析

射流冲击是一种具有较高的局部换热效率的换热方式,具有重要的工程应用价值.以流体仿真软件Fluent为工具,设计了多个喷嘴组合式的射流冲击冷却模型,研究了组合式射流垂直和倾斜冲击壁面时的稳态传热过程,讨论了喷嘴倾角和间距对壁面传热特性的影响.发现随着斜喷嘴倾角增大,组合式射流的壁面平均努塞尔数先逐渐增大然后减小;组合式射流继承了单束直射流和斜射流的优点,在保证滞止区传热效率较高的同时,有效地提高了射流下游的传热效率并使壁温分布更加均匀;当斜喷嘴靠近直喷嘴时,组合式射流整体传热特性与单束斜射流相似;当沿横向和纵向增大斜喷嘴与直喷嘴间距时,壁面平均努塞尔数均增大.     

基于Webb指标的管内强化对流换热热力性能的计算及应用

依据Ｗｅｂｂ指标,对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导,得到了相同泵功和换热面积条件下,强化方式换热量与光管换热量之比与管内对流换热努塞尔数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式．同理得到了相同泵功和换热量条件下换热面积之比以及相同换热量和换热面积条件下泵功之比的计算式．在此基础上,对进口轴向叶片旋流器强化管内换热的热力性能进行了评价和分析