微细管内压力功及粘性耗散对流动特性的影响

微细通道内的流动特性研究是一个新兴的研究领域,由于尺度微小,在常规尺度管流中被忽略的某些因素在微细通道中的作用将变得显著。因此,利用量级分析和数值计算的方法讨论了压力功及粘性耗散对微细管内可压缩流体绝热流动特性的影响,并得出以下结论： 对微细管道内的可压缩流体流动,压力功及粘性耗散已成为不可忽略的因素,它们的影响主要体现在使沿管程Ｍａ 增加趋缓及压降减小,但对流动阻力特性影响不大,局域Ｆａｎｎｉｎｇ 摩擦因数Ｃｆ与Ｒｅ的乘积不再是常数１６,而是局域Ｍａ 的函数,并随局域Ｍａ 的增加而增大     

微细管内流动特性的数值分析

通过结合实验数据的数值计算方法研究了微细管道内可压流动的流动特性,提出了改进的表面粗糙度粘性系数模型,将表面粗糙度的影响引入计算模型中,计算结果与实验数据符合较好,说明表面粗糙度是影响微细管道内气体流动特性的重要因素。扩张管的计算结果表明在Re>450时,流动开始由层流向湍流转捩。因此微细管内流动的数值模拟需综合考虑粗糙度的影响以及流动的提前转捩,才能得到与实验比较吻合的计算值。     

细竖管内流动凝结的换热特性

为探讨小尺度条件下管内流动凝结换热的特性,针对１～５ｍｍ的细圆管,考虑凝结液膜的弯曲、气液界面剪切力与液膜表面张力的影响,建立起柱坐标系下竖直管内受迫流动凝结换热物理数学模型;利用数值求解的结果,对小尺度条件下管内凝结换热的规律进行预测性分析．研究表明,细管径条件下,气液界面切应力与液膜表面张力对流动凝结过程的影响增大,使重力的影响处于相对微弱的地位;与Ｎｕｓｓｅｌｔ换热关联式的预示值相比,小尺度圆管有明显的强化凝结换热的效果．上述结果有助于深化对小尺度下凝结换热规律的理解     

管内自由衰减旋流阻力与换热的衰减特性

针对管内自由衰旋流局部流动,阻力及换热特性理论研究的不足,根据流体力学动量矩定量,从理论上推导了管内自由衰减旋流当地最大切向速度、当地阻力系数以及当地换热努塞尔数沿管长衰减的解析式,理论解与试验结果吻合良好。     

混合制冷剂在微肋管内流动沸腾的换热关系式

基于作者以前研究得到的三元非共沸混合制冷剂R417A在水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中流动沸腾换热的实验结果,应用R417A在光滑管内的实验数据对Kattan模型进行修正,并通过在修正-Kattan模型中引入强化因子,发展了一个混合制冷剂在微肋管内流动沸腾的换热关系式.计算结果与实验结果比较表明:该关系式能很好地预测混合制冷剂在不同的内螺纹管中流动沸腾时的换热系数,当干度小于80%时,预测偏差基本集中在±30%的范围之内.     

管内纵向涡强化换热的阻力特性

为探讨管内纵向涡强化换热的阻力特性,通过理论分析和实验研究,分析了管内雷诺数以及涡发生器的安放位置、间距、高度等参数对管内阻力的影响,得到了管内阻力的拟合公式,并列出图表进行比较分析,进而得到了管内纵向涡发生器强化传热的规律和阻力特性,结果表明：在同一雷诺数下,阻力系数随间距的变化呈一次线性关系;间距相同时,较高的发生器高度对雷诺数较大时的传热有更显著的强化效果;小于纵向涡影响区域的间距设置对于强化换热是不可取的。     

矩形通道内航空煤油流动换热数值研究

针对先进动力装置利用航空煤油实现再生冷却的现实需求,建立了矩形冷却通道流/固/热耦合的三维数值模型,分析了入口质量流量、压力、热流密度等工况条件对矩形通道内航空煤油流动传热特性参数的影响。结果表明：增大质量流量和减小热流密度都会提升航空煤油的换热能力;在一定压力范围内,压力对航空煤油换热的影响不明显,但随着压力的增加,煤油的换热能力变差;由于传热恶化的发生,上述工况对压力损失和摩擦阻力的影响较为复杂。     

含油制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热特性实验研究

对含油制冷剂在6.34和2.50 mm换热管内的流动沸腾换热特性进行了实验研究,测试质量流率为200~400 kg/(m2.s),热流密度为3.2~14 kW/m2,蒸发温度为5°C,进口干度为0.1~0.8,干度变化0.1~0.2,平均油质量分数为0~0.05.定量分析了不同质量流率和干度时,润滑油对制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热的影响.与大管径换热管相比,油的换热增强效果在小管径换热管内减弱甚至消失,在高干度和高油浓度区,油的存在使换热严重恶化.对于上述换热管,换热系数、油影响因子以及基于制冷剂物性的两相换热增强因子随油浓度的变化规律缺乏一致性.采用局部油浓度下的制冷剂-润滑油混合物性计算得到的两相换热增强因子能较好地反映润滑油对制冷剂流动沸腾换热的影响.     

低沸点工质在水平蒸发换热强化管内换热特性研究

本文通过分析作者和国内外文献有关低沸点工质在水平螺旋翅片管内蒸发换热特性实验数据，讨论了热流密度、质量干度和质量流速对局部换热系数的影响，并将实验数据与现有的螺旋翅片管换热关系式的计算值进行比较，结果表明，Ｋａｎｄｌｉｋａｒ的关系式具有明确的流动沸腾换热机制及一定的计算精度．为提高其通用性和计算精度，本文提出了进一步改进Ｋａｎｄｌｉｂａｒ关系式的具体设想．从而为优化设计螺旋翅片管、研制高效蒸发强化管提供了理论计算依据．     

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.     

压力铸造充型过程流动与传热数值模拟的研究

为了解压力铸造的充型特点 ,基于有限差分法建立了液态金属充填型腔过程的流动及耦合传热计算的数学模型 ,使用 SOL A - VOF数值模拟技术开发了压铸充型过程流动与传热的数值模拟分析软件。分别用层流假设和 K- ε紊流模型对“弓”形型腔的充型过程的流场进行了模拟计算 ,并与压铸水模拟实验的高速摄像进行比较 ,结果表明 ,采用紊流模型能更精确地模拟压铸充型过程。最后使用所开发的模拟分析软件 ,对具有三维复杂形状的实际压铸件的充型过程的流场、温度场进行了模拟 ,并分析了充型过程中模具在型腔表面的温度变化规律 ,提出“瞬态层”的概念 ,大大缩小了计算区域 ,提高了计算效率     

流体在螺旋管内对流换热和压降性能的数值模拟

分别对螺旋椭圆管和螺旋扁管建模并进行数值模拟和理论分析,对比研究两种螺旋管道的流动换热性能及沿程换热情况,结果表明:层流范围内,螺旋扁管的换热性能好于螺旋椭圆管,但流动阻力较大,根据综合性能评价因子得知螺旋扁管较好;湍流范围内,螺旋椭圆管性能好于螺旋扁管.沿程换热情况表明螺旋管长约为0.5 m时换热效果最佳,同时螺旋管几何尺寸对换热性能也有影响.     

针翅式散热器模块流动传热特性数值优化

为提升中高温电子器件的散热性能,以针翅式散热器模块为研究对象,研究了热管长度、散热器宽度、针翅直径、针翅间距和针翅高度5个结构参数对翅片散热性能的影响,对正交实验设计的16个组合方案下翅片的流动换热性能进行模拟。以努塞尔数Nu、阻力系数f、传热性能综合评价指标(performance evaluation criteria, PEC)和全因子评价Y作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析主要影响因素和挑选出优化组合。结果表明：影响Nu、f、PEC和Y的最主要因素是针翅间距;最佳优化组合为：针翅间距为2.5 mm,散热器宽度为80 mm,针翅直径为1.5 mm,针翅高度为20 mm,热管长度为25 mm,模块温降为16.28℃,热阻为0.265℃/W。     

管内切向三维紊流旋流流动和传热数值研究

在引进先进的通用化CFD软件(PHOENICS)的基础上,采用目前工程实际中应用最广泛的K-ε湍流模型,通过编制PHOENICS输入文件Q1,对直管内切向旋流湍流的压力场、速度场、温度场和密度场进行了数值模拟,开发出能够计算直管内三维可压缩流体有粘切向旋流紊流流动和传热的一些有价值的结果.     

磁性液体奇异的传热特性

磁性液体相比于传统的传热流体来说具有较高的导热性能和传热性能,其流动和传热过程还可以通过磁场控制,因此,磁性液体为强化传热带来了新的机遇,众多研究学者对磁性液体的传热特性进行了研究.通过对近年来有关磁性液体传热特性方面的研究进行整理和分析,总结了磁性液体导热系数和对流传热的实验研究方法,得到了不同的磁性颗粒参数、温度和磁场等因素对磁性液体传热特性的影响;详细阐述了磁性液体在有无磁场下导热系数的研究结果,并对影响导热系数的机理进行了归纳;阐述了磁性液体的对流传热在实验和数值研究方面的进展;指出了磁性液体在传热特性研究方面的进一步工作方向,并对磁性液体在强化传热和传热设备中的应用进行了展望.     

脉动流场下波壁管内流体流动与换热特性

强化换热是实现绿色低碳发展和提升综合竞争力的有效途径,符合当前"碳中和"的理念。利用数值模拟的方法对脉动流场下波壁管内流体的流动与换热特性进行分析研究。研究发现,当脉动频率很低时,出口截面速度分布类似于稳态时的抛物线分布,而当脉动频率较大时,在波壁管的主流区速度梯度较低,在近壁面处速度梯度很大。脉动流场下无反向流与有反向流下流场的分布明显不同,有反向流流场的紊乱度更高。在脉动流动下,振动分率P<1时,摩擦因数呈正弦规律变化,当P≥1时,摩擦因数不再呈正弦规律变化;脉动频率会引起摩擦因数的相位发生变化,而振动分率不会引起其相位发生变化。脉动对于波壁管内流体的换热也有一定的影响,当P<1时,随着P的增加,传热强化系数变化不明显,而当P>1时,传热强化系数随着P的增加而明显增大。     

采用Cattaneo-Christov热通量模型的Casson流体作磁流体流动研究

研究了Casson流体作磁流体(MHD)流动与传热现象,能量方程采用Cattaneo-Christov热通量模型。采用恰当的相似变换将偏微分控制方程转化为高阶非线性耦合常微分方程,并通过打靶法进行数值求解,图示并详细分析了不同物理参数对速度、温度分布、表面摩擦系数及局部Nusselt数的影响。结果显示,随着Casson参数或Hartmann 数的增大,速度下降而温度增加;与采用经典的傅立叶热传导定律相比,采用Cattaneo-Christov热通量模型得到的温度和边界层厚度均比较低。     

电磁铁传热特性及散热优化的数值模拟

电磁铁是电液控制系统的核心液压元件,被广泛应用于航空航天和石油工业等领域,但电磁铁工作产生的焦耳热和电磁损耗会导致温度迅速升高、局部热应力和不均匀膨胀变形,严重影响稳定性和使用寿命。笔者采用有限元软件研究电磁铁温度、应力及变形的演化规律,分析导热套筒散热与强制对流散热对其热性能的影响规律。结果表明：随着线圈功率增大,电磁铁的最大温度、热应力和变形量均线性增大;随着套筒厚度增加,稳态的最大温度、变形量和导热量线性减小,温降幅度为12.5 ℃/mm;随着流速增加,最大温度、热应力和变形量显著减小,温降幅度45.5 ℃/(m·s^-1),说明增强导热和对流均能提高电磁铁热性能且对流更为显著。     

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.