水平微细圆柱表面与水自然对流换热的实验研究

采用焦耳加热法对不同尺寸的水平微细铜丝在水中加热,并将实验得到的努谢尔特数Nu与常规尺寸下经典准则关系式的计算值比较.实验结果表明,在相同壁面过热度下,实验Nu数要小于经典准则关系式的计算值,并且实验Nu数几乎保持不变.这说明微细铜丝与水的换热由对流为主转变为对流与导热共同作用为主或是纯导热,从而导致了实验值小于常规尺寸下的理论计算值.     

复杂矩形封闭空腔中自然对流换热的数值研究

复杂矩形封闭空腔中自然对流换热在工程上有着广泛的应用,诸如太阳能集热器,建筑物隔热,火焰及烟雾扩散等。本文对图2所示复杂矩形封闭空腔中自然对流换热(Ra=10~4～10~7)进行了数值研究。本文基於TEFESS 通用程序,用SIMPLE 算法和上风格式,并选取合适的初始场和松弛因子得到了形状比为1/2、几种空隙比下流场和温度场的收敛解,以及热壁上局部和平均努谢尔特数与雷莱数及空隙比的关系式。结果表明采用隔板后传热有所削弱,且隔板越厚和离热壁越远则传热效果越差。文中所得结论,不仅明确了中等雷莱数区和边界层区中有着不同的传热特性,而且对太阳能集热器,建筑物空调和隔热保温的设计都有参考价值。     

滑移流区定热流密度加热下微矩形槽道内的换热

利用正交函数法对定热流密度加热条件下,气体在微矩形槽道内层流热充分发展滑移流动的换热特性进行了理论分析,获得相应条件下的NusseIt数计算方法及换热特性计算式,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及动量协调系数和热协调系数等对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响,得到了微正方形槽道的平均换热系数关联式。结果表明：微矩形槽道内的平均NusseIt数低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的NusseIt数,且随Kn数的增加而减小,微槽内平均NusseIt数随高宽比变化的曲线也越平坦。     

滑移流区微环缝通道单侧等壁温加热下的换热

对滑移流区微环缝槽道中单独内侧及单独外侧等壁温加热条件下的换热特性进行了理论研究,求解了带温度跳跃边界条件的能量方程,讨论了稀薄效应,内外戏比对等壁温加热条件下微环缝槽道内换热特性的影响,结果表明：滑移流区微环缝通道内的Nu数明显低于连续流区,且随着Kn数的增加,Nu数减小;Nu数随内外径比r^*的变化趋势与连续流区相似。     

多孔介质界面对微流道散热器流动与换热性能的影响

本文构建了微流道散热器壁面结构流动与换热数值模型并对模型正确性进行了验证,利用该模型研究了壁面多孔介质尺度对微流道散热器压力损失、总热阻、平均努塞尔数和温度均匀程度的影响。结果表明,引入多孔介质产生的渗流效应和滑移效应可以显著改善微流道散热器的流动与换热性能,多孔介质最佳厚度占比随固体域材料的变化在0.3～0.5范围内波动。     

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。     

涡旋强化换热装置的换热及流动阻力的实验研究

设计了原理性涡旋强化实验装置，测试了涡旋强化效果及典型工况的压力分布；归纳出了换热系数和阻力系数的准则关系式以及与旋流数的关联式；整理出了不同进凤方案的旋流数沿程变化情况。     

不同燃气输运特性计算方法对涡轮平面叶栅对流换热的影响

提出一种不同燃气组分输运特性计算方法对对流换热影响的算法。根据此方法,选取4种常用的计算分子粘性系数及热导率等燃气输运特性的方法进行分析。结果表明,不同燃气组分输运特性计算方法对平板和涡轮平面叶栅的对流换热具有一定影响。在给定的入口温度为1000 K及2200K时,平板当地对流换热的努赛尔数的最大差别分别从2.7%增大到4.0%;在给定的入口温度为1000K及1500K时,涡轮平面叶栅当地对流换热的努赛尔数的最大差别分别从4.58%增大到9.70%。     

微尺度槽道内流动与换热研究的实验测试

微尺度槽道可极大地强化换热，测试其中流动工质的温度、压力、和等参数可得到特性曲线，进而研究其传热机理。实验用测试系统由实验段、传感器、采集板、接口卡、ＰＣ机以及实验工质的流路等辅助设备组成，具有高精度、实时显示并自动获取参数稳定值的功能，是微惊工换热研究中实用必备的精密实验测试系统。     

基站用微通道分离式热管换热性能实验研究

分离式热管空调能够有效降低基站能耗,采用微通道换热器作为其蒸发器和冷凝器可提高其换热性能.为了分析充液率对微通道分离式热管换热量、能效比及制冷剂压力、温度的影响,以及两种风量,不同室外温度下最佳充液率范围和换热量的变化,由焓差实验台模拟基站室内外环境,以R22为工质,对该系统进行测试.结果表明:标准工况下,系统最大换热量和EER分别为4.0kW和11.8,最佳充液率范围为79.3%~105.8%,系统压力随充液率增加而增大,蒸发器进出口温差随充液率的增加先减小,后略有增大;蒸发器侧的风量由3 000m~3/h减少到1 700m~3/h时,最佳充液率范围不变,最大换热量和EER减少了29%,蒸发器出风温度由23.9℃降低到23.0℃.在不同室外温度下,最佳充液率范围随室外温度降低而变小,室内外温差增加能显著提高该系统的换热性能.研究结果对基站用微通道分离式热管的理论模型建立、节能设计与运行控制有一定参考价值.     

对流换热条件下微钢管壁面轴向导热的实验研究

以蒸馏水和氮气为工质,流过内径为168μm外径为406μm的不锈钢微管.通过直接通电法对微钢管进行加热,并采用红外成像仪及专用放大镜头来测量微钢管外壁的温度场,获得了在雷诺数恒定、不同加热功率下微钢管外壁面温度场分布.经过图像处理及修正后,得到较为精确的沿壁面的温度分布,进而求得微管沿壁面的导热量.实验结果表明,对于液体流动的微管对流换热,计算管壁的表观换热系数时可以忽略管壁轴向导热的影响.而对于微钢管的气体流动换热,在自然对流边界条件下,管壁轴向导热量与总加热量之比达到2.1%.     

微型管内摩擦特性的实验研究

以水、乙醇及四氯化碳作为工质,流过内径分别为0．168mm、0．399mm和0．799mm不锈钢管及内径分别为0.242mm、0．315mm和0．52mm石英玻璃管,测量其压降与流量,从而获得摩擦系数厂与雷诺数Re的关系．实验结果表明,当Re小于1200～1800时,除内径为0．168mm的不锈钢管外,其他微管内的与经典层流理论值几乎一致;而对于内径为0．168mm,相对粗糙度为8％～10％的不锈钢管,当Re超过800时,其值比经典理论值高10％～15％;当Re超过1800时,所有微管的厂值明显偏离经典层流理论值．     

低温高湿工况下热源塔换热特性实验研究

为了确定冬季低温高湿工况下开式热源塔与闭式热源塔的换热性能差异及影响因素,建立了热源塔热泵实验平台。定义吸热效率η表征热源塔换热过程热力完善度。实验研究了冬季空气干球温度2~10℃、溶液进口温度-10~-2℃、相对湿度60%~100%、风量1 400~4 400 m~3/h范围下,各参数对开式和闭式热源塔吸热效率的影响以及换热性能差异。结果表明:吸热效率均随溶液进口温度、相对湿度和风量的增大而增大,随空气干球温度的增大而减小;溶液进口温度对吸热效率均影响最大,相对湿度的影响最小;开式热源塔和闭式热源塔的吸热效率分别为0.26~0.55、0.16~0.35;开式热源塔比闭式热源塔吸热效率平均高35%,溶液换热温差高1.0~2.0℃。开式热源塔更适合南方低温高湿环境,但需综合考虑溶液飘洒和浓缩的问题。     

管式加热炉中传热过程分析

提出了管式加热炉传热过程控制步骤的判据,通过数学模拟给出了辐射室热交换量的分布,叙述了强化传热与节能的途径。     

宽度交替变化扭旋元件对管内传热特性的影响

在雷诺数Re=200~1 800范围内,利用数值模拟方法对内置宽度交替变化扭旋元件的管内传热性能进行研究,研究结果表明：宽度交替变化扭旋元件能够显著提升努赛尔数Nu和传热性能评价因子η,与光管相比分别提高2.2~5.2倍和1.4~2.2倍;换热管局部努赛尔数沿流向呈速降—缓降—速升—缓降—恒定的变化规律,上升速率随扭旋元件径比的增大而提高,而降低速率与径比关系较小;局部努赛尔数在扭旋元件后方半个元件长度处达到最大值,该长度可作为间隔扭旋元件优选间距;流体在窄扭旋元件以及前后反向扭旋元件作用下,形成主、次螺旋流共存流动,局部流线向中心倾斜,径向流动加强,传热得到强化。     

分支结构血管中血液的对流换热分析

用有限元方法数值模拟了血管分支结构内血液流动的三维速度场和温度场,得到了分支血管壁面3个典型径向角度的局部努塞尔数和血管截面平均努塞尔数沿管长的变化曲线.结果表明:分支血管入口处的速度场和温度场分布与单管的分布明显不同;不同径向角度的局部努塞尔数相差很大;分支血管入口处截面平均努塞尔数大于单个直管内截面平均努塞尔数,且出现一个极大值Numax.计算了不同分支角度和分支半径比时的截面平均努塞尔数,结果表明:分支角度和半径比对Numax的大小和位置有一定影响;半径比越小,分支血管内截面平均努塞尔数趋于稳定值的速度越快.     

平板尺寸对NexGen燃烧器冲击射流换热特性的影响研究

NexGen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定的用于动力装置防火试验的燃烧器。为了研究平板尺寸L与冲击间距Z之比(L/Z)为4、5和6的情况下对平板的温度、努塞尔数和热流分布的影响,采用商用Fluent软件模拟了NexGen燃烧器火焰射流冲击平板的过程,分析了火焰冲击平板的流场;并对不同L/Z下平板的表面温度、努塞尔数和热流的分布规律进行了研究。同时,对平板表面危险点的分布情况做出了预判,得出危险点主要集中在以平板几何中心为中心的0.15 m×0.2 m范围内。     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

矩形微通道中压力驱动流体的热传导数值模拟

本文利用基于控制体积法的SIMPLEC算法对微通道中的压力驱动流体的热传导问题进行了数值模拟．首先通过Poisson-Boltzmann方程求解微通道中的电荷密度,然后通过包含了外加电场力的Navier-Stokes方程对电粘现象进行深入的研究．上述的方程通过与温度相关的介电常数,粘性系数以及热导率和能量方进行程耦合求解,进而研究了微管道的特征尺度和宽高比对Nusselt数（Nu）以及Poiseuille数（Po）的影响,研究发现,电粘效应和流体的热物理属性对于微管道中的Po数和Nu数有着非常显著的影响,尤其是热物理属性更为重要。