波纹管对高黏度介质的强化传热研究

通过数值模拟和实验研究考察了一种黏度较高的油类介质在波纹管内的流动和传热特性。研究发现,在本文条件下,波纹管内流动从层流发展到湍流的临界雷诺数远小于传统光滑圆管内的临界雷诺数,约在800～1000左右;波纹管在低雷诺数条件下对较高黏度的介质具有更好的强化传热效果,最大传热强化比达到6倍左右;本文拟合出的波纹管内高黏度介质强制对流时的传热准则关联式,考虑了波纹管管型及不同温度下介质物性参数的影响,经验证具有较好的精度,这为波纹管换热器的进一步工程设计和应用提供了一定的理论依据。     

板棒式换热器传热性能分析(Ⅱ)——换热器结构的优化设计

以单位质量材耗的换热能力最大为目标函数 ,分析研究了不同雷诺数Re的操作条件下肋棒长度、直径及板厚之间的关系 .结果表明 :当雷诺数较小时肋棒才可有效地起到强化传热的作用 ,且随着肋棒直径的减小强化传热作用增强 ;当板厚为 3mm、雷诺数在 10 3～ 5× 10 3之间时 ,最佳肋棒长径比为 2～ 3.以上结果可作为板棒式换热器结构优化设计的参考依据 .     

板棒式换热器传热性能分析(Ⅱ)

以单位质量材耗的换热能力最大为目标函数,分析研究了不同雷诺数Re的操作条件下肋棒长度、直径及板厚之间的关系.结果表明当雷诺数较小时肋棒才可有效地起到强化传热的作用,且随着肋棒直径的减小强化传热作用增强;当板厚为3mm、雷诺数在10     

烧结型多孔管在NaCl溶液中的传热与结垢特性

采用强化传热因子、临界循环量和临界结垢浓度等分析方法,研究了烧结型白铜多孔管与白铜光滑管在NaCl溶液中的传热与结垢特性。建立了多孔管在NaCl溶液沸腾传热过程中气泡努塞尔数与气泡雷诺数、普兰特数和溶液浓度之间的关联式。结果表明:与光滑管相比,烧结型多孔管在不同浓度的溶液中都能明显提高其沸腾传热系数,最大可达到3.3倍。NaCl溶液的质量分数只要低于临界结垢质量分数,多孔管都具有抗垢性能。该关联式与实际情况相符,能较好地预测多孔管在NaCl溶液中的传热性能。     

肋片强化传热的热力学判据

以热力学第二定律为基础,提出了肋片强化传热的热力学判据－加肋片后与加肋片前单位传热量的熵产之比eⅡ,并以矩形直肋片为例,在工程上常见的第三类边界条件及恒热流和恒壁温两种工况下,对以上热力学判据进行了分析和讨论,并把结果与传统的肋化判据结果进行了比较。研究结果表明,对肋片的强化传热,存在一临界雷诺数,且临界雷诺数随肋片的结构参数和热流密度的不同而有所差异,同时,肋片的强化传热效果还取决于肋片和流体的导热性能。     

水平旋转圆筒表面对流传热和传质实验

采用微热偶式测温和测湿技术,分别对大直径水平旋转圆筒表面对流传热和传质特性进行了对比实验研究.实验数据验证了在圆筒表面对流传热和传质之间存在着良好的可类比性,即旋转对圆筒表面对流传热边界层温度场分布和局部努塞尔数的影响规律与旋转对传质边界层浓度场分布和局部舍伍得数的影响规律相似,但顺向侧和逆向侧之间存在着明显的差异;旋转对圆筒表面平均传热努塞尔数数和平均传质舍伍得数的影响规律也相似,都存在临界雷诺数.当旋转雷诺数小于或等于临界雷诺数时,平均努塞尔数和平均舍伍得数随旋转雷诺数的变化基本保持不变;当旋转雷诺数大于临界雷诺数时,平均努塞尔数和平均舍伍得数随旋转雷诺数的增大而增大.实验中还发现,由于传热和传质的边界层条件不同,热质交换共存时的临界雷诺数小于纯对流传热时的临界雷诺数.     

恒壁温时管内强化传热性能的用经济分析

通过对管内受迫对流换热过程的经济分析，提出了一项管内强化传热性能评价指标：强化前后单位传热量，总传热费用比小分析结果表明，η不仅能反映采用强化传热措施后换热能力的改善和流动阻力的增大，而且能反映出强化传热管加工制造成本的增加。     

凹凸管传热与流阻性能的数值模拟

利用Fluent数值模拟软件，对凹凸管进行了流动和传热的三维数值模拟，得到了管内的流动速度分布及温度分布，并将模拟结果与光滑管的结果进行了对比．结果表明，在相同的流动速度下，凹凸管的阻力系数及传热膜系数都大于光滑管，且阻力系数之比随雷诺数的增大而增大，而传热膜系数之比随雷诺数的增大而减小．在本数值模拟范围内，雷诺数由2757．76增大到13788．79时，阻力系数之比由5．5308增大到8．3663，传热膜系数之比则由2．289减小到1．585．综合评价结果表明，凹凸管的综合性能在低速时能得到明显改善，说明凹凸管特别适合低速流时的强化传热。     

旋转圆筒表面对流传质特性

为研究水平旋转圆筒多孔介质表面的传质特性，用微型热偶式干湿球温度计测量了圆筒表面边界层温度分布和浓度分布，确定了顺向侧和逆向侧的局部对流传质系数；用硅橡胶板量热计测定了圆筒表面的平均对流传质系数．结果表明，旋转对圆筒表面顺向侧对流传质的强化作用比逆向侧明显；在较低旋转雷诺数下，平均舍伍得数基本保持不变，在较高旋转雷诺数下，平均舍伍得数随旋转雷诺数的增大而增大；旋转圆筒表面的对流传质和传热特性之间具有类比性．在实验数据的基础上，归纳和整理出了反映水平圆筒在静止空气中旋转时表面对流传质特性的准则关联式及临界雷诺数的判别式．     

旋流场内液滴破碎与临界人口雷诺数的确定

通过对液滴所受剪切应力的分析，发现临界入口雷诺数与旋流器的结构尺寸D、D，及物性参数(包括液滴的表面张力、介质的粘度和密度)等有关．推导出液滴破碎的临界入口雷诺数的计算公式，为液液旋流器在工程实践中的高效操作提供了理论依据．     

窄缝流道壁面上分布凹坑对流动传热的影响

采用数值模拟的方法研究了缝隙宽度为2mm的窄缝流道壁面上分布的微小凹坑对流道内的流动与传热的影响情况．采用RNGK-8方程模型作为湍流计算模型,应用Stmplo算法求解压力-速度耦合项,模型的可行性用Burgess的实验数据检验．数值研究结果表明,在给定凹坑分布的条件下,表面凹坑的几何结构对窄缝流道内的流动传热性在一定雷诺数范围内有显著的影响;在较低雷诺数条件下。随雷诺数的增加窄缝凹坑流道的传热能力将增加,当雷诺数大于某临界点时,表面凹坑对传热能力的影响不大．     

管翅换热器换热与流动的三维定常特性分析

为了深入了解单排管翅式换热器换热和流动特性,在雷诺数为100~600之间,翅片间空气为定常层流条件下,利用复合坐标网格系统及对流、导热相结合的数值分析方法,对5种不同几何参数平板翅紧凑管翅式换热器的流场、温度场、换热系数、传热量、压降、翅片效率进行了模拟计算和分析。结果表明:翅片越薄,单位体积、单位质量的传热量越大;在一定雷诺数条件下,存在一个最佳的翅片间距,并使得换热量最大;对所讨论的5种情况来说,当雷诺数为400时,翅片宽度较小的?热器的总传热量比其他4类高10%左右,但压力损失的降低变化不大。无论在哪种条件下,翅片后半部的传热量占全部传热量的25%以下,并且当雷诺数较低时,该比例会更低。     

翅片管束传热及阻力特性的三维数值模拟

在实验的基础上,利用计算流体力学FLUENT软件对空气外掠管束时管外流动和放热性能进行了数值模拟,得到了两种不同管束布置时的对流换热准则关联式及阻力函数关系式。并且通过与前人经过实验而得到的准则关联式相比较,发现文中通过数值模拟得到的准则关联式与其吻合性较好。还总结出了在Re较高时,管束采用叉排布置是不经济的。     

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.     

微槽板内的对流换热和流动特性

在单相强迫对流情况下,对刻有水力直径为0.133mm～0.367mm微矩形槽的微槽结构进行了换热和流动特性实验研究。研究发现,层流换热受槽道高宽比、水力直径与槽间距比值影响,而紊流换热则与水力直径、槽间距和无量纲参数Z有关,对紊流换热而言Z=0.5是最佳参数.实验表明Z对流动阻力因子亦有很大影响,层流情况下当Z为0.5时,摩擦因子或流动阻力都可达最小值;紊流流动阻力比经典理论预示值小,流动向充分发展紊流过渡的临界Re数也比常规值小。文中给出了计算换热和阻力降的经验公式。     

Flow and heat transfer behaviour of nanofluids in microchannels

Flow and heat transfer of aqueous based silica and alumina nanofluids in microchannels were experimentally investigated. The measured friction factors were higher than conventional model predictions at low Reynolds numbers particularly with high nanoparticle concentrations. A decrease in the friction factor was observed with increasing Reynolds number, possibly due to the augmentation of nanoparticle aggregate shape arising from fluid shear and alteration of local nanoparticle concentration and nanofluid viscosity. Augmentation of the silica nanoparticle morphology by fluid shear may also have affected the friction factor due to possible formation of a core/shell structure of the particles. Measured thermal conductivities of the silica nanofluids were in approximate agreement with the Maxwell-Crosser model, whereas the alumina nanofluids only showed slight enhancements. Enhanced convective heat transfer was observed for both nanofluids, relative to their base fluids (water), at low particle concentrations. Heat transfer enhancement increased with increasing Reynolds number and microchannel hydraulic diameter. However, the majority of experiments showed a larger increase in pumping power requirements relative to heat transfer enhancements, which may hinder the industrial uptake of the nanofluids, particularly in confined environments, such as Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS).     

短周期风洞叶栅端壁换热试验研究

实验对短周期风洞中无气膜孔和带气膜孔时涡轮叶片端壁的换热做了实验研究,得出了无气膜孔端壁换热系数和叶栅入口雷诺数、出口马赫数之间的变化关系,另外得出了带气膜孔端壁在不同的叶栅入口雷诺数、出口马赫数、流量比时对换热系数的影响。实验结果表明：无气膜孔端壁上的换热系数分别在不同的叶栅入口雷诺数和出口马赫数下有着明显的变化;带气膜孔端壁上换热系数随流量比和叶栅入口雷诺数的增大而增大,而在低流量比时马赫数对端壁换热系数没有明显的影响。     

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响。在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式。结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好。大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30%。计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小。     

三角型通道内流动与换热性能的数值研究

利用数值模拟方法,在不同雷诺数下研究了不同放缩比的三角型通道内周期性充分发展的层流流动和换热特性,分析了放缩比和雷诺数对流动与换热的影响.结果表明,当放缩比越小或越大时,流体都容易产生旋涡;随着雷诺数的增大,流体在各种放缩比通道中的阻力系数都是减小的,而换热速率在不同放缩比时随雷诺数的变化是不同的.