布置球窝的U型冷却通道传热性能研究

采用数值模拟方法研究了球窝结构对U型通道传热和阻力特性的影响,U型通道的一侧布置了球窝结构;采用SST k-ω和大涡模拟(LES)湍流模型,对不同Re下的球窝强化传热性能进行了分析.结果表明:U型通道中第2列通道传热系数明显大于第1列通道,180°转弯角附近存在明显的二次流现象且传热系数较高;球窝结构的引入能明显强化U型通道的传热性能,球窝表面的平均Nu沿着流动方向逐渐减小,经过180°转弯角后急剧增大,球窝结构强化传热带来的压力损失非常小,几乎与光滑通道相当;RANS方法计算出的球窝表面Nu要大于LES方法的时均结果,相比LES方法,RANS方法判断的球窝腔内再附点更加靠近上游.     

微通道中球窝/球凸强化传热特性研究

为了解决微机电系统高热流密度的散热问题,采用数值方法对在宽度为50μm、高度为200μm的矩形截面微通道内布置球窝/球凸结构的传热特性进行了研究,通道的Re为100~900,流向间距为1.5到3.5倍的球窝直径,同时研究了球窝/球凸的叉排和顺排对微通道传热特性及流动规律的影响.结果表明:在微通道内布置球窝/球凸后,Nu与光滑微通道的Nu0比值为1.28~4.77,其数值基本和常规通道范围一致;范宁摩擦系数f同光滑微通道的f0比值范围为1.11~2.04,上限与常规通道的一致,下限较之常规通道的小.随着Re的增加,Nu/Nu0和f/f0近似线性增加;相同Re下,叉排的Nu/Nu0和f/f0大于顺排;相同排列方式下,随着流向间距的减小,Nu/Nu0和f/f0增加.叉排的热性能明显优于顺排;微通道中布置球窝/球凸的节能效果明显优于常规通道中布置球窝/球凸的情况.     

不同球窝/球凸结构的旋转矩形通道传热及阻力特性研究

采用数值模拟方法研究了旋转工况下球窝/球凸结构对通道传热特性和阻力特性的影响,利用SSTk-ω湍流模型求解了黏性Navier-Stokes方程,其中矩形通道的一侧布置球凸,另一侧布置球窝,球窝/球凸的结构分为圆形、竖椭圆和横椭圆.研究结果表明:球凸的迎风前缘传热能力大大增强,背风后缘及其之后的尾迹区域出现流动分离且传热性能有所减弱;球窝的前缘出现了流动分离且传热性能明显减弱,后半球窝处的分离流体再附使传热能力增强.通道旋转对传热阻力特性的影响很大,主要是旋转使得球窝/球凸表面的流动分离再附提前发生或延迟出现,后缘面流动分离再附频繁出现.比较3种通道发现:竖椭圆球窝/球凸通道和圆形球窝/球凸通道的平均Nu和摩擦系数几乎相等,横椭圆球窝/球凸通道的平均Nu和摩擦系数明显大于圆形、竖椭圆通道.     

带肋U型通道中的汽雾/空气流动与换热数值研究

采用SST湍流模型对静止带肋U型通道中的汽雾/空气流动与换热特性进行了数值研究,分析了不同汽雾初始直径和初始质量浓度对汽雾/空气冷却性能的影响,比较了汽雾/空气、空气和蒸汽3种冷却工质的换热性能。研究表明:汽雾初始直径越大,汽雾流动距离越大,并存在一个最佳的初始直径;汽雾质量浓度增加,汽雾流动距离增大,汽雾的换热效果、阻力损失和热力性能因子增大;在雷诺数为40 000时,汽雾/空气的通道平均努塞尔数因子相对于蒸汽和空气分别增加了8.6%和25.39%,热力性能因子分别增加了6.58%和23.47%。     

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。     

球凹平板冲击冷却性能的数值研究及结构改进

采用SST湍流模型数值研究了球凹平板冲击冷却的流动与换热特性,分析了4种球凹布置形式对带有最大横向流的冲击冷却性能的影响,提出了球凹布置的改进结构。研究表明:球凹结构对气流压力损失的影响很小,展向偏移布置和叉排布置的球凹能够增大通道对称面和下游的湍动能,顺排布置和流向偏移布置的球凹使通道中心处的湍动能降低;展向偏移布置和叉排布置的球凹平板换热效果最好,其次是平板,然后是顺排布置的球凹平板,流向偏移布置的球凹平板换热效果最差;在通道上游,展向偏移布置的球凹表面换热效果优于叉排布置,而通道下游的趋势正好相反。综合展向偏移布置和叉排布置的球凹表面换热优点,布置新的球凹排列方式,改进布置的球凹表面换热效果与预期的效果相吻合;通道底面的换热效果基本不受球凹沿对称面的布置位置的影响。     

蒸汽冷却厚壁通道传热性能的耦合传热研究

基于厚壁带肋通道蒸汽冷却实验数据,发展了含有内热源项的耦合传热计算方法,研究了雷诺数、热流密度和湍流度对厚壁矩形带肋通道内蒸汽流动及传热特性的影响,同时对比了耦合传热方法和只计算流体域方法之间的差异,并在此基础上对努塞尔数与雷诺数、热流密度和湍流度之间进行数值拟合,得到了厚壁带肋通道的传热关联式。研究结果表明:含有内热源项的耦合传热计算模型可以准确地模拟厚壁带肋通道内蒸汽的流动与传热特性,只计算流体域模型对传热系数的预测较耦合传热模型低10%;热流密度对厚壁带肋通道蒸汽摩擦和传热特性的影响较小,高热流密度使得壁面传热效果变差;雷诺数从10 000~90 000变化时,平均传热系数和综合传热因子分别提高了76%和63%,而湍流度从3%~15%变化时,平均传热系数提高了大约24%,综合传热因子提高了19.8%。该研究可为未来重型燃机叶片冷却结构设计提供参考。     

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.     

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。     

旋转U型通道内换热的数值计算

在转速为550 r/min,旋转数为0.0~0.3的范围内,对旋转光滑U通道(AR=1∶4)内换热进行了数值模拟,与文献中换热实验结果的对比表明,数值预测结果从定性趋势上很好地吻合了实验数据。重点研究了进口雷诺数为10 000时通道内速度,温度和努塞尔数的分布规律。结果表明,转弯和旋转会在通道内产生截面二次流,从而造成通道各壁面的换热存在差异;旋转数和浮力参数的变化对通道各部分换热的影响也是不同的。     

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%。     

板式省煤器通道结构对换热特性的影响

通过软件Fluent数值模拟与试验验证,研究全焊式板式省煤器在不同结构参数和烟气流速情况下的传热特性.结果表明,当换热器椭圆水流道长轴为30mm,循环水流道的短长轴比为0.6,板间烟气流道间距控制在15mm,且烟气流速控制在8m·s~(-1)时,全焊式板式省煤器的综合换热系数达到50 W·(m~2·K)~(-1).     

蒸汽发生器U型管换热特性分析

针对蒸汽发生器传热元件U型管在换热过程中的破损、渗漏等事故,分析了U型管结构特性和流动特性在换热过程中的影响.分析指出,换热过程U型管机械性能的降低是产生事故的直接原因,而冷热流体在换热流动过程的回流和紊动冲击则加速了事故进程.这充分表明有关蒸汽发生器定压升温和汽化过程的传热研究是极为必要的.     

热源塔结构特性对其换热性能的实验与分析

利用搭建的开式热源塔实验平台进行实验,从塔身设置和进口参数两方面对热源塔换热性能进行分析。塔身设置包括：喷嘴位置、进风口位置及有无填料层。进口参数包括：室外空气温度、溶液进口温度及截面风速。实验结果证明热源塔下进风时的吸热效率优于上进风,其中无填料上喷下进风式换热性能最优;填料层可以促进气液之间的热质交换,但进风阻力变大,热源塔能耗比降低。对于进口运行参数,在下进风工况下,当风速增大时,热源塔的吸热效率均得到提升,但风速过大,吸热效率仅有微小提高,且塔身能耗比下降较快;溶液进口温度升高,热源塔的吸热效率提高幅度在30.1%~34.6%之间,进出口溶液温差降低了0.9 ℃~1.2 ℃;室外空气温度升高热源塔的进出口溶液温差明显增大,但吸热效率降低。     

弯曲通道中凸、凹表面水膜流动特性的数值研究

针对航空发动机吸雨的问题,建立了气流与壁面水膜双向耦合作用的数值分析方法,对弯曲通道中凸、凹表面水膜流动特性进行了数值研究。结果表明:弯曲通道中二次流的作用引起凹面水膜向凸面迁移,在凸面沿垂直流动方向两端形成水膜的聚集区,在凹面的两端则出现水膜厚度减小的现象;来流马赫数与凸、凹表面水膜厚度成负相关关系,水膜流量与凸、凹表面水膜厚度成正相关关系;进口气流角增大导致凸面水膜厚度增大、凹面水膜厚度减小;通道曲率增大引起凸面水膜沿流动方向加剧收缩;相界面处压力波动是引起水膜波动的原因,水膜厚度的波动幅度与来流马赫数和进口气流角成正相关关系。该结果可为改善航空发动机吸雨引起的气动特性恶化问题研究提供参考。     

换热器中强化传热表面传热性能的评价

以热力学第二定律为基础，在熵产分析的基础上提出了新的传热性能评价判据－强化传热性能因素。     

RN上具有凹凸非线性的半线性椭圆方程

RN上具有凹凸非线形的半线性椭圆方程在偏微分方程研究中有着重要的意义.本文利用上下解的方法来研究问题(1)的有界正解存在性,这里0＜p＜1＜q,a(x)∈L∞loc(RN),N≥3不恒为零.然后研究问题(1)的有界正解存在性与问题-Δu=a(x),x∈RN,N≥3的有界正解存在性的关系.