隔板对流系统中影响流动和温度特性的关键几何参数

有效提高热对流系统的传热效率是湍流热对流研究的重要目标之一.在对流装置中加入留有狭缝的竖直隔板可以产生传热效率增强现象,并且增强显著.隔板的加入增加了热对流系统的几何参数.本文采用直接数值模拟(DNS)对隔板对流装置的流动和温度特性进行计算研究,讨论隔板几何参数对流动特性的影响.研究结果表明,隔板局部区域几何尺寸相同则流动特性基本相同,装置的宏观宽高比对流动特性影响不大.对Ra=10~8,P_r=5.3的情况,通过大量不同几何参数系列计算数据分析发现,通道宽度b与狭缝高度d在满足b≥4d时,b对流动特性影响很小,狭缝高度d是控制隔板对流系统流动和温度特性的关键几何参数.狭缝水平流动为二维泊肃叶流动,与狭缝中的温度分布解耦.改变狭缝高度d对狭缝中流动速度的变化影响不大,但影响系统的流动流量以及整体温度分布特性,继而影响整体传热特性.     

不同Ra数下隔板Rayleigh-Bénard对流系统的流动和增强传热特性

本文计算研究Ra数对隔板对流系统的流动和增强传热特性的影响.对于无量纲的狭缝高度d=0.02,传热通道的无量纲速度U和温度TD数随Ra数的变化有两个阶段,低Ra数时U随Ra数增高而上升, TD数变化不大,高Ra数时U变化不大, TD数随Ra数增高而下降.传热Nu数随Ra增高而增大,低Ra时Nu数随Ra数快速上升, Nu～Ra~(1.1),高Ra时Nu数增大变缓, Nu～Ra~(0.14).与无隔板对流系统Nuno～Ra~(0.29)对比, Nu数呈现先快速增大而后变缓的过程,出现增强传热区间和Nu数增强最大值Nuq,为7×10~5≤Ra≤5×10~9, Nuq≈3Nuno,对应Ra|Nuq≈10~7.不同狭缝高度d时速度U和TD数及Nu数随Ra数的变化特性曲线特征保持不变,但会改变特性曲线对应于Ra数的位置.狭缝高度d增大,特性曲线向低Ra数方向移动.不同d将改变隔板对流系统Ra数的传热增强区间.三个不同狭缝高度的Nu数增强最大值都是Nuno的3倍左右,狭缝高度d越大,对应的Ra数越低.     

超临界压力水的管内强迫对流传热

本文将立式管中超临界压力水的强迫对流传热的试验数据与Hall-Jackson以及的公式进行了对比,指出前者误差较大,后者准确性较高.鉴于公式过于复杂,不便于实际应用,本文根据实验数据整理出一个较为简便的公式:     

双蜗壳离心泵启动过程瞬态流动特性与隔板处压力脉动特性

为了研究双蜗壳离心泵在启动过程中蜗壳内部液体瞬态流动特性和隔板处的压力脉动特性,以一台比转速为90的双蜗壳离心泵作为研究对象,建立了一套循环管路系统,选用RNG k-ε湍流模型,应用ANSYS CFX软件对双蜗壳离心泵及循环管路系统进行了三维非定常数值计算,分析了启动过程中蜗壳内部流场演化规律和外特性变化趋势,并对隔板...     

抽吸孔对旋流和冲击冷却流动传热特性的影响

针对旋流和冲击冷却流动的不同传热特性,建立了简单旋流、复合旋流、简单冲击和复合冲击冷却模型,并在相同涡轮叶片前缘几何腔体和气动条件下进行了数值研究,得到了4种模型下的流线结构以及压力和传热系数分布。研究结果表明:旋流和冲击冷却流动存在明显差别;旋流冷却冷气通过喷嘴沿切向高速射入腔体,形成旋转流动,壁面处冷气压力高,靠近腔体中心线处压力低;冲击冷却冷气通过冲击孔高速垂直射入腔体并冲击在靶面上,在靶面撞击点附近形成压力尖峰区域。显然,旋流和冲击冷却的传热特性存在差异。旋流冷却冷气强烈冲刷腔体壁面,减薄热边界层厚度,形成带状高传热区域;冲击冷却冷气强烈撞击靶面,破坏撞击点附近热边界层,形成圆形的高传热区域。旋流冷却传热分布更均匀,抗横流冲击作用更强。对于旋流冷却,抽吸孔强烈扰动冷气的旋转流动,使带状高传热区域扩大,平均传热强度增大4.5%;对于冲击冷却,抽吸孔对冷气流动结构影响较小,传热强度提升不显著。     

喷嘴数和温比对旋流冷却流动和传热特性的影响

针对喷嘴数和温比对叶片前缘旋流冷却特性影响的问题,根据实际燃气轮机前缘结构进一步完善了旋流冷却模型,建立了含有进气腔室的旋流腔结构,采用数值模拟方法分析了喷嘴数和温比对旋流冷却特性的影响。研究时保持进口雷诺数和靶面温度不变,仅改变喷嘴数和温比。研究结果表明:进气腔室的引入使得喷嘴冷气沿流动方向逐渐增加。随着喷嘴数增加,喷嘴冷气流速降低,压力系数增加,流阻系数减小,换热强度降低但均匀性提高,综合换热因子增大。随着温比增加,喷嘴冷气流速增加,流阻系数减小,靶面热流密度降低,换热强度提高,综合换热因子增大。对于含有进气腔的叶片前缘冷却结构,推荐选取喷嘴数为6,温比范围为0.6~0.7。     

低真空压力下横掠圆柱体强制对流传热特性的实验研究

为了研究低真空状态下空气横掠圆柱体强制对流传热特性,搭建了速度、压力可控的变密度风洞实验台和数据采集系统,得出了压力变化对气体传热特性的影响规律。实验研究表明:气体横掠圆柱体强制对流传热随压力降低而衰减,压力越低,传热衰减越快;压力恒定时,传热随Re减小而减弱;气体流态属于连续流或滑移流时,压力变化对传热影响很小,可直接采用传统经验关联式计算,推荐Hilpert关联式;气体流态属于过渡流或自由分子流时,压力变化对传热影响很大,传统经验关联式已不再适用,需要修正。本实验不确定度小于4.5%,实验数据可靠,为工程实际应用提供了实验基础。     

进料性质对隔板塔隔板有利传热区域的影响研究

隔板塔隔板两侧水平位置之间是可以进行热量传递的,通过合理的热耦合,可以提高隔板塔的热力学效率,降低分离能耗。以正己烷-正庚烷-正辛烷为分离对象,应用Aspen Plus模拟软件考察了进料热状态q和进料组成对隔板有利传热的影响。结果表明,合理的隔板水平传热有传热位置和传热方向的要求,必须同时满足此两条件,才能实现隔板传热的节能效果。     

封闭方腔自然对流的涡结构和传热特性

为研究封闭方腔自然对流的涡结构和传热特性,对普朗特数,Pr=0.71,方腔高长比A=H/L=1,瑞利数Ra=1.58×109的二维封闭方腔自然对流进行了直接数值模拟. 给出了水平边界层发展阶段和垂直边界层转捩阶段的流场结构以及Nu数分布. 结果表明,压力梯度对方腔的水平速度变化起着决定性的作用;高Ra数下的自然对流在逆压梯度作用下水平方向形成一系列的涡,这些涡使得水平边界层流动形成分层结构;壁面Nu数与速度梯度?v/?y有着密不可分的关系.      

中小Gr数下竖壁自然对流传热特性

对求解竖壁自然对流过程中所作的两个近似假设αｐ／αγ＝０和α＾２ｕ／αｘ＾２＝０进行了理论分析,提出了新的近似假设αｐ／αγ＝μα＾２／αγ＾２,它保证了自然对流控制方程简化形式在边界上与ＮＳ方程的一致性,将竖壁地流控制方程的适用范围拓展到中小Ｇｒ数,进而求得其传热特性,其理论解结果与实验结果更为一体。     

高压旁路阀流动传热特性

为揭示高压旁路阀阀内流体流动传热机理,采用FLUENT软件中的多相流Euler模型数值模拟研究高压旁路阀内部的流动传热过程,然后运用热耦合技术将流场温度耦合到阀体以研究阀体温度分布。研究结果表明:在高压差下,阀内流场速度整体较快,平均流速为10~30 m/s,其中最大流速出现在蒸汽与减温水喷嘴混合处,流速高达80 m/s,阀内温度场总体呈现入口高、出口低的特点,蒸汽入口温度为870 K,出口平均温度为660 K,最低温度出现在拉伐尔喷管处,约为470 K。阀体外表面无保温层时阀体温差大,约为203 K。     

倾斜内螺纹管中超临界水的传热和流动阻力特性研究

为探究超(超)临界锅炉机组内螺纹管螺旋管圈型水冷壁的传热和流动阻力特性,在外径35mm、壁厚7.75mm的六头内螺纹管中进行了实验研究,实验参数为压力22.5～28MPa,热流密度300～500kW/m²,质量流速600～1 000kg/(m²·s),内螺纹管倾斜角度5°～45°。研究了倾斜角度和质量流速对超临界压力下水的传热和流动阻力特性的影响,用5个传热关联式对传热实验数据进行了评估,拟合了超临界水的对流传热和摩擦阻力系数实验关联式。结果表明:内螺纹管内壁面温度和水的传热系数几乎不随倾斜角度的变化而改变;随着质量流速的增加,内壁面温度减小,传热系数增大;随着倾斜角度的增大,水的摩擦阻力系数和摩擦阻力压力降均显著增大;随着质量流速的增加,摩擦阻力系数减小,不同压力下摩擦阻力压力降呈现不同的变化规律;拟合的传热关联式与实验数据吻合良好,95.8%的拟合值与实验值偏差在±20%之内;拟合的摩擦阻力系数关联式与实验数据吻合良好,拟临界点前后分别有84.2%和88.2%的拟合值与实验值偏差在±20%之内。     

对流槽宽高比对长方体湍流热对流系统传热的影响

采用长方体对流槽,研究以水为流体介质的Rayleigh-Benard（RB）湍流热对流系统中,对流槽宽高比对系统湍流传热Nu-Ra关系的影响.改变对流槽的高度,使对流槽的宽高比分别为（Γ,Γ）=（1.00,0.30）,（2.00,0.60）,（4.00,1.20）,（7.25,2.18）,（14.29,4.29）和（20.84,6.25）,实验参数Rayleigh数（Ra）和Prandtl数（Pr）的变化区间分别为5.0×10⁵≤RA≤5.6×10¹⁰和5.3≤Pr≤7.0.结果表明,与圆柱形对流槽中的情形不同,长方体对流槽中系统湍流传热的Nu-Ra关系几乎独立于系统对流槽的宽高比.     

横管表面自然对流传热特性的实验分析和数值模拟

对大空间内管径d=40mm横管表面的自然对流进行了实验分析和数值模拟,通过测出不同位置的壁温计算出横管表面的自然对流换热系数α,并与3种不同经验公式计算值进行了比较,得出大空间内横管径表面自然对流换热系数的最佳经验公式;并用数值计算方法模拟了大空间自然对流换热现象。     

蒸汽压力对IOSF管强化传热特性的影响

根据笔者此前所建立的数学物理模型,在不同的冷凝换热温差下,进行了蒸汽]压力对小螺旋角内外螺旋翅片管强化传热特性影响的模拟研究。结果表明,小螺旋角内外螺旋翅片管的冷凝换热系数在蒸汽压力为0．65MPa时有最大值,且其强化传热效果主要取决于冷凝换热强度,而受蒸汽压力的影响较小。因此,对于蒸汽压力变化范围较大的电站回热加热器的强化传热,小螺旋角内螺旋翅片管有明显的优点。     

隔板位置对凹槽叶顶传热和冷却性能的影响

采用数值求解RANS方程(Reynolds averaged Navier-Stokes equations)的方法,对3种带隔板的凹槽叶顶间隙内的流动、传热以及冷却特性进行了研究,隔板分别位于凹槽25%、50%和75%弦长处,3种结构分别称为rib25、rib50、rib75,并与无隔板时的常规凹槽叶顶间隙内的总压损失、传热和冷却特性进行了对比。结果表明:随着叶顶间隙的增大,叶顶表面传热系数逐渐增大;rib75结构的气动损失最小,在无气膜冷却条件下,rib75结构的叶顶比纯凹槽叶顶的总压损失低0.16%,对于叶顶带中弧线气膜冷却工况,rib75结构叶顶的总压损失比带常规凹槽叶顶的叶栅低0.15%;随着隔板向前缘方向移动,凹槽底部前缘吸力面侧的高传热区明显减小,在常规凹槽、rib25、rib50、rib75这4种叶顶结构中,rib25结构的叶顶平均传热系数与常规凹槽叶顶相近;加入叶顶中弧线气膜孔后,带隔板的叶顶可使冷气流更易聚集在凹槽底部区域,冷却效果显著提高,其中rib25结构具有最佳的冷却效果,比常规凹槽叶顶的平均冷却系数约高21.5%。     

梯型流道传热面流动及传热特性研究

提出了一种新型的梯型流道传热面,它能克服等截面流道传热面的缺陷,在空气流动方向上具有较均匀的温度分布.搭建了标准的风洞试验台,对相同的总传热面积和流动条件的梯型和等截面传热面热交换器的传热系数进行了对比试验,并验证了数值仿真方法的可行性.试验和仿真结果表明:当1 300≤Re≤4 000时,梯型流道比等截面流道热交换器的传热系数有所提高;倾角β一定时,随着空气流量的增加,温度场分布越来越均匀,且流场尾部的湍流强度也越强;当0≤β≤arctan(1/12)时,随着β的增加,空气侧对流换热强度和压降随之增加,同时温度场的分布越来越趋于均匀.引入评价指标DEC,可以得出梯型流道比等截面流道传热面具有更好的综合传热性能.     

喷嘴长宽比和雷诺数对旋流冷却流动与传热特性的影响

针对叶片前缘冷却流动与传热问题,建立了合理的旋流腔冷却结构。通过求解三维稳态RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值分析了喷嘴长宽比和雷诺数对旋流冷却流动和传热的影响。基于数值计算结果对无量纲传热系数Nu、喷嘴长宽比Car和雷诺数Re进行方程拟合,得到旋流冷却的传热关联式。结果表明:冷气从喷嘴进口切向射入旋流腔并形成高速旋流,显著增强换热;随着喷嘴长宽比从0.2增大到9,旋流外区面积、冷气速度和冷气湍流动能先减小后增大,冷气压力系数先增大后减小;在大喷嘴长宽比时,Nu沿旋流腔周向和轴向的分布较为均匀;随着雷诺数的增大,冷气在旋流腔中的流动结构不变,而冷气速度、湍流动能、压力系数和壁面Nu均显著增大;平均Nu随着雷诺数的增大而显著增大,随着喷嘴长宽比的增大先减小然后增大;传热关联式与数值计算结果的误差在10%以内,可以准确预测旋流冷却的换热系数。     

建筑顶层吊顶传热流动特性研究

针对目前顶层吊顶存在的问题,提出一种新型吊顶形式,即通过引入室内空调区域的排风来改善其传热特性.采用数值方法对顶层空调房间拟采用的3类吊顶内空气传热流动特性进行计算分析,得到相应的流速及温度分布,为选取节能型吊顶和进行节能分析提供理论依据.