离心力场作用下对流换热场协同理论的实验验证

对离心流化床(CFB)干燥器中气体与被干燥颗粒物料之间的强制对流换热进行了实验研究．实验结果表明，在一定转速范围内，当气流速度方向和热流方向(即温度梯度方向)一致时，离心力场作用下气体流过颗粒层的对流换热准则关联式与由场协同理论中推导的结果具有同样形式，从而验证了场协同原理的正确性．     

场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(下)

综述了文献中应用数值分析方法对讨论场协同原理在脉管制冷机性能分析中应用的情况，说明迄今为止三代脉管制冷机性能的改进都可以用场协同原理得到合理的解释。最后给出了应用场协同原理改进脉管制冷机性能的实例以及作者对进一步开展研究的设想。     

气流横向冲刷管束换热的场协同数值模拟验证

对气流横向冲刷管束换热这种比较复杂的流动形式,推导出了气流横向冲刷管束换热时的传热努塞尔数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对场协同原理进行了分析与验证．结果表明,场协同原理同样适用于这种形式比较复杂的流动与换热．同时用场协同原理解释了管排方式和管间距对换热的影响,发现随着速度场与热流场协同作用的不同,换热随管排方式和管间距的改变也有所不同．     

强化对流换热场协同唯象理论

根据现代热力学流与力的热力学线性唯象关系，导出了对流换热强度与流体中存在的各种内场及外场的关系，从唯象上阐明了降低热边界层厚度、增加流体优动和增加近壁面速度梯度的强化对流换热方法的物理机制。结果表明，强化对流换热的本质是控制内场和外场方向的协同，并从此可指导发展强化对流换热的新方法。     

小尺寸物体自然对流换热的数值模拟

本文将三维附面层方程抛物型化，对不同尺寸的等温小加热块自然对流换热进行了数值模拟，并用来研究微电子集成电路芯片的冷却问题。     

汽车排烟余热回收强化换热管的数值模拟与分析

对汽车排烟余热回收装置的双斜向流线型内肋换热管进行了数值模拟研究,主要分析了内肋的结构特性参数对换热性能的影响。结果表明,流线型内肋在肋长、肋倾角、肋高度和肋间距上存在最优值,分别为38mm,45°,2.5mm和60mm。当Re=1.2×104～5×104时,与同条件下普通圆管相比,努塞尔数Nu可增加54.5%～90.7%,摩擦阻力系数f增加157.6%～204.2%;同时,双斜向流线型内肋管内场协同角从90°减小到80°,换热效果显著提升。运用场协同理论分析,发现管内场协同角在每一个内肋附近都出现骤减现象,并体现其为换热效果增强的主要原因。     

场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(上)

简要地介绍了场协同原理的基本思想，综述了文献中应用数值分析方法讨论场协同原理在强化单相对流换热分析中的应用情况，说明场协同原理可以将现有文献中关于强化单相对流换热的3种说法统一起来，因而是强化单相对流换热的统一理论。     

纵向涡强化换热的数值研究及场协同原理分析

用三维数值模拟的方法研究了纵向涡发生器用于管-翅表面的流动换热特征.计算了Re(为800~2 000)、三角形小翼型涡发生器的冲角(分别为30°和45°)对管-翅表面平均Nu、压降的影响,并利用场协同原理进行了分析.结果发现纵向涡强化管-翅表面换热的内在机理可以用场协同原理进行解释,即纵向涡发生器使全场速度和温度梯度之间的平均夹角减小.另外计算还发现:三角形小翼对顺排换热器的强化换热效果好于对叉排换热器的强化;冲角为45°的三角形小翼强化换热效果好于冲角为30°的三角形小翼;冲角为45°的三角形小翼导致空气压降提高,而冲角为30°的三角形小翼则可使压降有所减小.无论传热管是叉排还是顺排,冲角为30°的三角形小翼比冲角为45°的三角形小翼在消耗单位泵功条件下带来的强化换热效果更大.     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟，得到了流速与换热系数的关系，以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场，并首次利用场协同原理进行了分析。结果表明：当流速很低时，速度与换热系数几乎成线性变化，场的协同性很好；随着速度的增加，场的协同性变差，换热系数随速度增加的程度减弱。     

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。     

垂直矩形封闭空腔内自然对流传热的数值计算

对由两个不同温度的垂直等温壁和两个绝热或导热的水平壁所组成的二维封闭空腔内的自然对流传热进行了数值模拟；分析了瑞利数（Ｒａ）及Ａ值（高宽比）对腔内温度分布和空腔传热性能的影响，并提出了传热系数关联式．此外对高Ｒａ下在空腔中心出现的“逆向温差”现象也作了合理的解释，并校核了由Ｅ．Ｒ．Ｇ．Ｅｃｋｅｒｔ和Ｓ．Ｈ．Ｙｉｎ 提出的传热状态分区图．     

三通道同心套管导热与对流耦合换热的数值模拟

采用整体求解法对常物性的冷、热流体在三通道同心套管中层流逆流流动时的导热与对流耦合传热问题，进行了数值模拟．结果表明，3个通道除各自的入口段局部努塞尔数Nu沿通道变化外，其后均为充分发展段，局部Nu保持不变，且通道内侧的换热比外侧好．固体与流体的导热系数之比λsf对耦合换热产生影响，耦合情况下的Nu比均匀热流边界条件下的Nu要小，随λsf的减小，固壁内的导热对Nu的影响加大．     

横管表面自然对流传热特性的实验分析和数值模拟

对大空间内管径d=40mm横管表面的自然对流进行了实验分析和数值模拟,通过测出不同位置的壁温计算出横管表面的自然对流换热系数α,并与3种不同经验公式计算值进行了比较,得出大空间内横管径表面自然对流换热系数的最佳经验公式;并用数值计算方法模拟了大空间自然对流换热现象。     

水平环缝内冷水自然对流换热过程的数值模拟

为了解水平环缝内冷水自然对流换热过程的基本规律,利用有限容积法进行了二维数值模拟,环缝外壁为0℃,内壁温度为1~10℃。结果表明,在计算范围内,内壁面的平均表面传热系数随环缝宽度的增大先减小、而后略有增大,随内壁半径的增大而单调减小;当温差小于4℃时,平均表面传热系数随温差的增大而增大,而超过4℃后,随温差的增大而减小。采用逐步线性回归方法,得到了内壁传热关联式。     

侧喷加热铝材退火炉内流场与温度场数值模拟

采用热传导模拟实验研究铝卷层与层之间接触热阻对铝材退火的影响。根据实验结果分析,改变现有径向加热铝材退火炉内循环空气的流动方向,采用轴向对流换热方式,设计侧喷加热铝材退火炉,建立侧喷加热铝材退火炉三维仿真模型。利用CFD软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型,对侧喷加热铝材退火炉内气体流动和传热问题进行数值模拟研究。研究结果表明:与径向传热方式相比,轴向传热方式退火速度快,铝卷芯部与外部表面之间的温差小;侧喷加热铝材退火炉内气体流动顺畅,对流换热均匀,炉温温差控制在-1～1K,满足退火工艺对炉温均匀性的要求。     

超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟

为了提高CO_2热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了超临界CO_2在水平圆直管内的换热特性。采用标准k-ε湍流模型对超临界CO_2流体在内径为4 mm、长度为2 000 mm的水平圆管内的冷却换热进行了数值模拟,主要探究了超临界CO_2流体在管内冷却条件下的温度场分布以及传热系数的变化规律,并研究了CO_2质量流量及进口温度对管内传热性能的影响。模拟结果表明:超临界CO_2的传热系数随质量流量的增加而变大,质量流量增加100 kg/(m~2·s~2),平均传热系数增加约为12%;随着制冷剂进口温度的增加,管内平均传热系数变小,但局部传热系数的最大值并不会发生改变,只会使其出现的节点延后。研究结果可为水平直管在CO_2热泵中的应用提供理论与数据支持。     

径向热管换热器壳程数值模拟及结构参数优化

利用FLUENT软件,对同轴径向热管换热器壳程进行模拟计算,分析烟气速度、温度及局部对流换热系数沿壳程的变化规律,并寻求换热器结构参数优化值。研究结果显示:换热器壳程,离热管管壁越近,温度梯度越大;烟气流经管束时,在管束尾部形成一个楔形的涡流区,速度在流体出现脱体的地方达到最大;湍流强度在涡流中心区域也达到最大值,中心区域的换热强度明显高于热管两侧边缘处,管束尾部的烟气温度低于管边缘处的烟气温度。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在10%以内。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程烟气对流换热进行分析研究,得到径向热管换热器结构优化参数:横向管距为114~120 mm;纵向管距为120~125 mm;翅片高度不应高于26.5 mm;翅片间距为6 mm。     

分-合式微通道流动传热性能数值模拟

针对矩形微通道进出口压降大、温度分布不均匀,以及分形微通道受到分形维数和分支数限制适用范围较窄的问题,结合矩形微通道和分形微通道的优势设计一种分-合式微通道散热器。使用Fluent软件对散热过程进行数值模拟,研究微通道内分支倾斜角度变化对流动和传热性能的影响。结果表明,在100 W/cm²的热流密度下,Re为970、分支倾斜角度为90°时,分-合式微通道平均温度降低了11.9 K,最高温度降低了14.2 K,Nu增加了85.7%,整体传热性能(PEC)也最佳,达到1.44。分支的引入可以增加微通道内部换热面积,同时形成新的边界层,在分支内侧产生漩涡,有效提高了微通道散热器的传热性能,为微通道的优化设计提供了新的理论依据。