内置转子圆管管内沸腾强化传热数值模拟研究

利用Fluent软件中欧拉多相流模型下的Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)沸腾模型对内置单元组合转子换热管和光管在过冷沸腾工况下的传热过程进行数值模拟,得到换热管内汽相分布、速度场、努赛尔数以及进出口压降等参数,并通过综合评价因子(PEC)对内置转子换热管的综合传热性能进行评价。结果表明：加装了组合转子后,管内流体由单一的轴向运动变为复杂的螺旋运动;在入口流速0.1～0.5 m/s的模拟范围内,随着入口流速的减小,内置螺旋三叶片转子换热管的汽相体积分数比光管提高2.7%～25.8%,努塞尔数提高了约8.1%～10.79%;在不同入口流速下螺旋三叶片转子和低流阻转子的PEC值均大于1,内置低流阻转子换热管的汽相体积分数比光管提高1.13%～13%,努塞尔数提高约3.6%～8%。螺旋三叶片转子和低流阻转子均具有强化传热效果,且螺旋三叶片转子的强化传热效果要优于低流阻转子。     

相变太阳能集热管放热特性的数值研究

采用计算流体力学（CFD）的方法分析了单根太阳能集热管的放热过程,讨论了热水管管材分别为316L不锈钢、黄铜、紫铜三种情况。结果表明,随着热水管导热系数的增大,单根太阳能集热管的放热速率没有明显提高。相变放热过程的主要传热热阻不是热水管的导热热阻,而是由固态相变材料（PCM）的导热系数低所致。     

内置组合转子换热管强化传热性能评价

在传统的强化传热综合性能评价方法基础上,综合考虑内置转子后强化管流通面积、当量直径、流体流动路径以及整个换热系统的影响,基于相同泵功率条件提出了反映换热系统及换热器采用转子强化传热技术后性能改善的评价方法;同时,针对组合转子进行了相同泵功率条件下两种评价方法的对比研究,研究结果表明：本文提出的评价方法与传统评价方法随着雷诺数变化的趋势是一致的,并且两种方法计算出的组合转子综合性能评价因子均大于1,从而说明了组合转子能产生较好的强化换热综合性能。     

内置转子换热管强化传热性能研究

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理，实验研究了阶梯对螺旋叶片转子强化传热性能的影响。实验结果表明，在相同的雷诺数条件下，内置阶梯型螺旋叶片转子换热管的努塞尔数及阻力系数较无阶梯的螺旋叶片转子分别高出了7.8%~13.1%和24.1%~33.8%，同时性能评价因子（PEC）明显高于无阶梯的螺旋叶片转子，从而验证了阶梯可明显提高螺旋叶片转子强化传热的综合性能。     

内置间隔排布转子串换热管的传热和阻力特性实验研究

以开槽螺旋叶片转子为研究对象,对装有空隙比S=0.0、3.0、6.0和10.0间隔排布转子串换热管的传热和阻力特性进行了实验研究。结果表明,装有空隙比S=0.0的整串转子串换热管的努塞尔数比同雷诺数下光管经验公式值提高了0.8~1.2倍,但阻力系数也提高了55%左右;转子串间留出一定间隙,虽会减弱管内流体扰动使换热管传热性能有所降低,但也显著降低了管内压降。采用综合评价指标（PEC）对4种空隙比转子串的传热和阻力特性进行综合比较,在实验雷诺数范围内,当雷诺数较低时,适当增加转子串的空隙比能够提高其综合传热性能;当雷诺数较高时,在转子串间留出间隙会使其综合传热性能低于整串转子。     

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。     

内置螺旋转子管式光生物反应器的流动特性数值模拟

提出了在管式光生物反应器（T-PBR）内置螺旋转子以优化其性能的方法。采用两相流模型模拟其流动特性,对内置两叶片螺旋转子、内置低流阻螺旋转子与无内置螺旋转子在旋流数、液相体积传质系数、截面速度云图、液体速度分量及气体速度分量等方面进行模拟比较。结果表明,内置螺旋转子可以增强管内旋流流动,提升气液两相间的传质效率,改善T-PBR的混合性能。最后比较了不同导程两叶片螺旋转子对T-PBR混合-传质性能的影响。     

螺旋管内单相流动周向非均匀传热现象的数值模拟

采用Reynolds应力模型针对螺旋管内的单相流动周向非均匀传热现象开展数值模拟研究.基于与螺旋管传热实验数据的对比,验证该数值计算的正确性.研究发现:螺旋管周向传热分布随着重力加速度与离心力加速度之比(?)的变化而变化.导致这种现象的原因可能是螺旋管周向传热分布受离心力和重力的共同作用,?的变化引起了合力方向的变化,进而影响了螺旋管的周向传热分布;?是影响螺旋管单相流动周向传热分布的主要因素;分析总结管壁周向温度分布随加速度比、螺旋直径、螺旋升角、螺旋管水力学直径等参数的变化规律及其成因.     

太阳能真空集热管热转换效率的计算分析

采用真空集热管收集太阳能是利用这一新型洁净能源有效技术方法之一,如何提高真空管热转换效率依然是该技术领域一个重要的问题。本文在真空集热管工作原理简要分析的基础上,建立了一个集热管热在平衡状态下的稳态传导模型。通过数值计算,给出了不同温差下的热损失量,获得了给定太阳能真空集热管热转换效率的理论分析计算结果。并与试验测试结果的对比分析表明,理论方法具有良好预测能力,其最大相对误差在3%以下。随着传导工质与环境温差的增大,热转换效率持续下降。当温差超过250!C时,热转换效率小于65%。文中的理论模型和计算结果对太阳能真空集热管设计及其应用具有一定的参考价值。     

组合转子技术综合性能评价方法的研究

在综合性能评价（PEC）因子的基础上,综合考虑了安装组合转子后换热管水力直径及流通截面积的变化,并引入柏拉修斯公式及迪特斯和贝尔特关联式,建立了适用于组合转子技术的综合性能评价因子η。分别用η和PEC因子对实验数据进行了处理,验证了新评价因子η的可行性及合理性。     

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。     

开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究, 在实验的 Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了 X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.     

发动机冷却液流动与传热的数值模拟

为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量合理分配与利用,针对冷却水套优化设计中存在的冷却液三维流动与传热问题,以直列4缸发动机为研究对象,利用流固耦合的方法确定冷却水套壁面的传热边界条件,采用计算流体动力学软件AVL-FIRE对发动机冷却系统进行三维数值模拟,并对冷却水套内冷却液的流场分布、温度分布、壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.在此基础上,为了实现发动机冷却水套三维流场形态的可视化,构建了与实际冷却水套三维尺寸成1:1的水套试验件模型,结合其结构特点讨论了试验件的制备方案,并对模拟工况下试验件的强度与管路系统的压力损失进行了验证计算,从而进一步为冷却水套的优化设计提供了理论与试验依据.     

多重介质流动传热的数值模拟

给出了轴对称空间多重流场与固体介质传热的数学模型和计算方法 .计算方法中 ,对流项用迎风差分格式 ,扩散项用交替方向差分方法 ,二者用分步杂交方法处理 .最后对实例进行了计算 .     

加热卷烟制品传热与烟气流动过程数值模拟

以加热卷烟制品为研究对象,采用计算流体力学(CFD)方法研究加热卷烟制品烟丝在加热和抽吸模式下的烟气流动和传热过程,建立了加热卷烟制品内部烟丝加热和烟气流动的数学模型.结果表明:加热卷烟制品经加热器加热后,烟丝段温度升高至493.6 K,总传热系数为3.4 W/(m2·K);由于在抽吸模式下有烟气通过,烟丝段温度由39...     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比.在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2-2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右.采用计算流体力学软件Fluent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟.结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热.对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%.     

太阳能干燥箱的自然对流数值模拟与实验研究

为了得到自然对流传热状态下太阳能干燥箱流热场具体分布情况,针对一种小型太阳能干燥箱的自然对流传热过程建立了数学模型,并通过COMSOL Multiphysics多物理场软件对数学模型进行求解.详细分析了集热板与空气之间的自然对流换热过程,并由干燥室内温度模拟值与实验值构建均匀度曲线与温度变化曲线,得到干燥室内温度分布随时间的变化情况.计算出不同的天气下(多云、晴朗、少云)温度模拟值与实验值的相关系数R²分别为0.967,0.978,0.956,均方根误差RMSE分别为2.289,1.821,1.940,说明所构建的数学模型在不同天气情况下的求解结果是有效的,根据流热场的模拟结果可以指导干燥工艺的优化和改进太阳能烘干系统的结构.     

螺纹管管内流动与传热的数值模拟

采用数值模拟的方法对螺纹管管内的流动与换热情况进行了研究.针对不同槽深螺纹管在不同雷诺数下内部的速度矢量场进行了对比分析,详细研究了螺纹对管内两种流动方式及其对流动和换热的影响.研究结果表明,随着槽深e的增加,旋流不断加强,减薄边界层,涡流引起的扰动也逐渐增强,并加强了管内流体径向混合,因而强化了螺纹管的换热能力.但是当槽深e继续增加到一定程度时,旋流的增强主要集中于对换热影响较小的中心区域,而对换热影响较大的壁面附近的变化很小,这时旋流对换热的强化影响很小;此时涡流核心区又会逐渐形成死流,从而弱化换热,并且随着槽深e的增大,死流区逐渐扩大.     

合成射流流动与传热特征的数值模拟

采用RNGκ-ε模型和PISO算法,通过求解三维N-S方程,对腔体右侧振动膜片运动的二维合成射流流动与传热特征进行了数值模拟.模拟结果显示由于激励器在右侧振动膜片的作用下,合成射流产生的喷射气流在喷口中心右边速度稍大于左边速度,形成不对称射流流场;射流冲击壁面的速度峰值出现在中心区两侧,使得射流冲击换热的Nu数形成相应的峰值;随着合成射流冲击距离Z/do的增大,其对流换热系数出现先增大后减小的变化规律,当冲击距Z/do=20~30 mm时冷却效果较佳.