两种肋片的损失率分析及优化

本文以热力学第一及第二定津分析肋片流场的流动与换热特征,导出肋片传热过程的(火用)损失率方程;以其为目标函数、对针形肋片和矩形肋片进行具休的性能分析;求得相应的最佳肋片特征尺度与最佳的流体流速;发现了雷诺数越小,最佳流速及尺度也越小,相应的(火用)损失率也越小的一般规律.这为肋片的优化提供了定量的方法,也为肋片的微型化、流动的低速化提供了依据.     

长菱形微针肋热沉的流动与换热特性

加工硅基长菱形微针肋热沉,并对其流动与换热性能进行试验研究和数值模拟。结果表明:在试验雷诺数Re范围内,长菱形针肋的换热系数随Re的增大而增大。雷诺数相同时,热流密度对换热系数的影响较小。热阻随泵功的增加不断降低;在泵功较小时,热阻降低的速度较快;当泵功增大到一定值时,热阻的变化趋于平缓。在一定的泵功下不同热流密度之间的总热阻没有太大的区别。努塞尔数Nu随Re增大而增大。与同样尺寸圆形、菱形针肋相比,长菱形针肋具有较好的换热性能,可以避免针肋尾部涡脱落造成的阻力损耗,同时长菱形针肋尾部延伸拓展了换热面积并扩大了固体导热区,从而提高换热效果。     

绕流叶形截面管的流动、换热及性能分析

本文对叶形截面管外的流动及换热进行了实验研究,获得了相应的准则关系式,并将其与圆形和椭圆形截面管进行了性能比较.结果显示出优于圆形管和椭圆管的传热与流动的综合性能,尤其是在高雷诺数情况下,综合性能更好.     

肋角度对矩形带肋通道蒸汽流动和换热特性的影响

在带肋单通道蒸汽强化换热试验研究的基础上,采用SSG雷诺应力湍流模型,求解了三维定常雷诺平均Navier-Stokes方程,对30°、45°、60°和90°4种带肋通道进行了蒸汽流动的数值计算,同时研究了雷诺数对矩形带肋通道中冷却气体的流动和传热特性的影响,并比较分析了不同肋角度下带肋通道的流动和传热特性。结果表明:斜置肋片能有效提高带肋通道的换热效果,同时也将带来很大的流动阻力;与90°带肋通道相比,60°、45°和30°带肋通道的热力系数分别增加了约29.3%、24.6%和20.9%,就综合热力性能来说,60°带肋通道是最好的结构形式。     

不同冷却工况下90°带肋通道中蒸汽的强化换热特性研究

在蒸汽强化换热试验研究的基础上,采用SSG雷诺应力模型,通过数值方法求解了三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程,同时系统地分析了雷诺数、温度和压力对蒸汽在90°矩形带肋通道中流动和换热的影响.结果表明:温度和压力的变化强烈地影响着带肋通道中蒸汽的强化换热特性,蒸汽的摩擦因子和换热系数随着温度的升高而减小,随着压力的升高而增大,在适中的Re、较低的蒸汽温度和中等压力下,蒸汽流动可以获得最佳的强化换热性能;蒸汽和空气的换热系数比与温度和压力有关,但与Re无关.     

水平新型微肋管内流动冷凝换热及流阻特性

为研究微肋管结构尺寸及工况等对管内流动冷凝性能的影响，采用R22为工质对4种结构的微肋管和1根Ф9．52mm光管进行了实验．根据实验结果分析了质量流速、微肋结构尺寸和管径等对冷凝换热性能的影响．实验结果表明，两根Ф9．52mm微肋管的换热系数分别比光管提高了90％和120％，而其内表面积只比光管增加了40％和70％．     

单排不均匀排管流动换热特性的实验研究

对空气横掠不均匀排列的单排管的流动与换热特性进行了实验研究．实验在小型风洞中进行．流动阻力采用总体静压降法获得而换热系数采用单管热平衡法得到．改变管排的管间距获得在不同间距下的流动与换热的准则关系式．分析结果表明,在不同间距下流动阻力和换热能力变化较大,随着管间距不均匀性的增加,会出现换热系数最大值和流动阻力系数最小值,但这种现象随着雷诺数的加大而逐渐消失．     

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.     

绕流带驻涡板圆柱的换热与流动阻力的确定

对流体绕流带有使分离旋涡驻留且沿流动方向固定的驻涡板的圆柱的流动和换热性能进行了研究。实验在一个小型风洞中进行。在一定的雷诺数范围内通过对加热圆环的局部热平衡求得圆柱体表面的局部换热系数，而流动阻力则通过测量风洞的静压差而得到。     

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。     

水蒸汽在水平二维微肋管内的凝结换热

探讨了微肋高度对水平二维微肋管内凝结换热和流动阻力的影响．采用水蒸汽为凝结介质,进行了三种不同肋高度的管内凝结换热实验．结果表明,二维微肋管内凝结的平均换热系数α随肋高的增加明显增大．和光管比较,α增加２８％～２１０％,这时阻力的增加仅为４％～５３％．     

带肋板尾缘开缝叶片内的流动传热性能研究

针对燃气透平带肋板的尾缘开缝叶片,采用RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程求解结合SST γ-Re_θ转换模型数值方法,研究了3种来流湍流度、3种来流雷诺数和3种冷气质量流量比条件下叶片和尾缘开缝区域的流动传热性能,并与无肋板开缝叶片进行了对比,利用实验数据考核了数值方法的有效性。计算结果表明:随着来流湍流度的增大,带肋板的尾缘开缝叶片表面传热系数逐渐增大,开缝壁面的传热系数基本不变,能量损失系数和总压损失系数随之增加;在相同来流湍流度时,增加来流雷诺数可降低损失;增大冷气质量流量比对叶片表面的传热系数影响很小,但可显著提升开缝壁面的传热系数;与无肋板的开缝叶片相比,带肋板的尾缘开缝叶片表面的传热系数和压力系数更低,开缝壁面换热系数更高;当Re为2.0×10~6时,带肋板的开缝壁面平均换热系数比无肋板时的高14.46%,来流雷诺数分别为0.5×10~6、1.0×10~6、2.0×10~6时,相比无肋板开缝叶片,带肋板尾缘开缝叶片的能量损失系数分别增加了3.75%、5.91%、6.75%,总压损失系数分别降低了3.4%、3.37%、2.06%。     

燃机透平静叶尾缘柱肋通道内的汽雾/空气冷却流动与换热特性数值研究

基于通过提高燃气进口温度来提升燃气轮机热效率和增加出力的思想,采用ANSYS-CFX商用软件对模化的燃气轮机透平静叶尾缘楔形柱肋冷却通道中流动与换热特性进行了数值模拟,对比研究了冷却工质为空气和汽雾/空气时的冷却性能,以及不同的雷诺数和雾滴初始直径下雾滴在流动过程中的分布、努塞尔数、摩擦系数以及热力综合效率的变化情况。研究表明:雾滴初始直径越大、雷诺数越大,雾滴的流动距离越长;相同雷诺数条件下,相对于空气冷却,加入不同初始直径的雾滴可提高通道底面平均努塞尔数,换热效果强化越明显;底面平均努塞尔数的增幅与雷诺数和雾滴初始直径有关,为了达到最佳冷却效果,应考虑雾滴蒸发吸热和扰流两方面的影响;在冷却空气中加入雾滴后流动摩擦系数变化较小,综合考虑换热性能与流动阻力,加入汽雾可使热力综合效率最高提高26%。该结果可为燃机设计提供参考。     

V形肋通道内蒸汽冷却的传热及流动特性

在雷诺数处于(6.0~17.7)×103的条件下,利用红外热像仪测量了蒸汽冷却、不同角度V形肋通道换热表面的局部努赛尔数分布,利用计算流体动力学软件对其进行了数值模拟,分析了不同角度V形肋通道内蒸汽的传热特性及压力损失,并与相近工况下的空气冷却结果进行对比.结果表明:采用V形肋通道可以有效提高通道的强化换热特性;随着V形肋角度的减小,冷却性能不断提高,45°的V形肋通道的换热性能最佳;V形肋可使换热通道内部流体形成二次流,通道核心区的低温流体随之补充,使得通道中间靠近换热面的热边界层减薄;在相同雷诺数的条件下,蒸汽冷却的传热性能明显高于空气冷却,但两者的压力损失十分接近.     

R123在GY新型强化管外池沸腾的传热实验

为强化低温热能发电有机朗肯循环系统的传热过程,采用机械加工方法研发肋管表面似龙鳞状的新型三维外肋强化传热管即GY管。对工质R123在光管、GY管水平单管外池沸腾换热进行实验研究,在常压条件下(正常沸点为27.4℃)得到热流密度与沸腾换热系数、管内雷诺数与传热系数的关系模型。将光管管外沸腾换热系数的实验值和Cooper公式计算值进行比较可知其变化趋势一致,实验值与Cooper公式计算值的偏差小于12%;同时,得到GY管传热系数随管内雷诺数的变化规律。实验结果表明:当雷诺数在(4.9~11.5)×103范围内时,与光管比较,GY管的传热系数强化倍率为3.10~3.45。因此,GY管是一种具有优良管外沸腾换热性能的强化管,能有效强化有机工质的换热过程。     

扭带管内油的受迫对流换热实验

以３０＾＃透平油为工质，对在光管内插入三种不同扭率扭带的受迫流动的冷、热态流阻及换热性能进行了实验。实验的雷诺数为２００－１１５０，普朗特数为３２０－５９０，实验结果表明：在本实验范围内，插有不同扭率的全长连续扭带管的换热系数为光管的１．７－２．６倍，而阻力系数为光管的３－７．５倍；且扭率的大小对扭带的流阻与换热影响较大。另外，还对间断扭带管内油的受迫对流换热进行了实验。     

微矩形槽道内的受迫对流换热性能实验

对６种不同结构尺寸的微矩形槽道内的受迫流动阻力与换热性能进行了实验。结果表明，试验条件下微槽内水流动中从层流向湍流转变的临界雷诺数Ｒｅｃ＝１４００－１８００．揭示出微槽结构尺寸对流动与换热的影响，并由实验给出了层流区流动阻力与换热的经验关系式。     

内肋-光滑组合式圆管内流动沸腾换热试验

为探究分段结构对管内流动沸腾过程的影响，采用试验方法分析了制冷剂R245fa在光滑管、内肋管以及采用前肋-后光滑组合管中的流动沸腾换热特性。以质量流速为100～350 kg/(m²·s)、热流密度为9.36～55.84 kW/m²、试验管进口过冷度约为2℃进行试验，并以光滑管的流动换热特性为基准，对比不同试验管的换热系数增强比例(enhancement factor, EF)和价值因子(merit factor, MF)。研究结果表明：内肋管和前肋-后光滑组合管的换热性能均优于全光滑管；在低质量流速时，内肋管的EF高于前肋-后光滑组合管，即内肋管换热效果更好；而随着质量流速的增加，前肋-后光滑组合管的EF逐渐高于内肋管，达到1.7左右；内肋管的MF在低质量流速时高于前肋-后光滑组合管，但在较高质量流速以及较高热流密度条件下，前肋-后光滑组合管的MF要高于内肋管，即前肋-后光滑组合管的综合性能更好。     

叶片前缘旋流蒸汽冷却流动和传热的数值研究

通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和标准k-ω湍流模型,数值研究了旋流蒸汽冷却的基本原理,分析了冷气雷诺数和来流温比对流动和传热特性的影响,旨在阐明旋流蒸汽冷却的原理,总结其流动传热的变化规律。在此基础上对无量纲换热系数Nu、雷诺数Re和来流温比φ进行数值拟合,得到旋流蒸汽冷却的传热关联式。研究表明:冷气在旋流腔内的高速转动引起强烈的径向对流运动,使得换热增强;增大雷诺数能够增大冷气的涡量,有效提高旋流腔的换热系数,同时降低阻力系数;增大来流温比使得冷气的涡量增大密度减小,旋流腔的换热系数略有减小,阻力系数显著降低;综合换热因子随着雷诺数的增大而增大,随着来流温比的增大而减小;拟合的传热关联式与数值计算结果吻合良好,可以准确地预测蒸汽旋流冷却的换热系数。     

涡旋核心分布对斜置肋片蒸汽冷却通道换热特性的影响

数值计算了宽高比为2∶1,雷诺数为1×104~6×104,肋角度分别为30°、60°、90°时蒸汽冷却带肋通道,采用流场涡旋核心显示技术分析了各肋角度下带肋通道涡旋的产生、演变过程、形态变化以及分布规律,研究了涡旋分布规律对通道换热系数的影响。结果表明:肋角度对带肋通道涡旋形态和分布规律有较大影响,90°通道主要由横向涡组成,30°、60°通道主要由纵向涡和主涡组成;纵向涡的换热特性比横向涡更好,30°、60°通道平均换热系数比90°通道高;30°通道纵向涡的分支以及流体的黏性耗散会导致纵向涡涡旋强度和尺度减小、纵向涡的换热性能削弱,这使得30°通道平均换热系数比未发生纵向涡分支的60°通道低;相对于边界层的距离、涡旋半径,涡旋强度、涡旋核心是影响涡旋强化换热的更重要的参数。该结果可为主动控制带肋通道涡旋强化换热研究提供参考。