三角形微通道中环状冷凝过程的数值模拟

建立了三角形微通道中环状冷凝的一维稳态模型,给出了等边三角形微通道中环状冷凝过程的液相毛细半径沿轴向的变化曲线.计算发现,在等边三角形微通道中,气液界面毛细半径先沿程急剧增加,然后趋向平缓,最后再急剧上升,且毛细半径的平缓段占据了绝大部分冷凝段总长度.在接触角和通道热流密度较小或者通道水力直径和入口蒸气压力较大时,冷凝段长度较长.在冷凝过程中,流速和液相压力沿程变化剧烈.该模型较好地解释了三角形微通道环状冷凝机理,并能用于估算冷凝过程的部分参数,为进一步推导更完善的微通道冷凝模型奠定了基础.     

叉排微通道换热器的换热性能

[目的]探究叉排微通道换热器在船用燃气轮机间冷过程中的实验换热性能及其影响因素.[方法]针对增材制造加工的叉排微通道换热器,在低流动工况条件下进行对流换热实验,从结构和流动因素研究叉排微通道换热器的换热性能.[结果]通道宽度减小0.50 mm使叉排换热器换热性能增强106.9%～61.9%;通道数增加1.6倍导致同流量下换热性能平均降低21.9%～50.8%,而同流速下换热性能平均降低11.6%;进口流量增加6.3倍,换热器换热性能提升44.0%;但换热性能受热侧空气进口温度的影响较小,相邻工况条件计算值变化最大仅为5.4%.[结论]工艺条件允许下减小通道尺寸可提升叉排微通道换热器性能,而增加通道数量则会带来负面影响;冷侧水进口流量增大能提升叉排微通道换热器换热量,从而增强换热性能;热侧空气进口温度的影响则较为复杂.     

恒壁温下梯形硅微通道热沉流动换热特性

建立了恒壁温条件下微通道中层流流动换热的三维模型,对水力直径分别为108,160和200μm的梯形硅微通道内单相流动换热特性进行了数值模拟研究.研究结果表明:在恒壁温条件下,通道入口段Nu数最大,并沿流程逐渐减小,直至达到充分发展时,Nu数趋于定值;与大管道经典理论不同,充分发展段Nu数随Re数的增加而增加;通道尺度的减小能有效强化换热;恒壁温条件下的平均Nu数总是低于恒热流条件下平均Nu数.同时,对流动阻力损失的研究发现,Poiseuille数与经典值基本吻合.     

恒壁温下矩形微通道层流热入口段的换热特性研究

热入口段对于微通道的换热有重要影响,而雷诺数Re对层流入口段的换热影响经常被忽略.据此,采用Fluent软件计算了恒壁温热边界条件下矩形微通道的换热性能,分析比较了不同Re数和不同宽高比对努谢尔数Nu的影响.结果表明:在入口区域,Re数对局部Nu数的影响不能忽略,当Re数小于125时,局部Nu数变化尤为明显;在充分发展后,Re数对Nu数的影响消失;矩形通道宽高比对局部Nu数的影响沿流动方向逐渐增大,在充分发展时达到最大值.此外计算了各工况下矩形通道的无量纲热入口段长度,发现在宽高比为3附近时,无量纲热入口段长度出现了最大值,该结果对微通道散热器优化设计具有一定的指导意义.     

微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。     

微肋分布方式对矩形微通道散热器换热性能影响研究

以矩形微通道散热器作为研究对象,应用数值模拟技术研究了三种微肋分布方式(平行分布、平行-侧壁分布和交错分布)对矩形微通道散热器换热性能的影响。当入口速度为0.2 m/s时,模拟结果表明:采用交错分布的通道中流体漩涡强度最大;三种通道进出口压差值依次为ΔP₁=47.81 Pa、ΔP₂=60.11 Pa、ΔP₃=57.50 Pa,由于增加侧壁微肋采用平行-侧壁分布的通道,流体流动阻力增大,进出口压差最大,由于微肋的作用采用交错分布的中间区域流体其流动阻力增大,通道压差大于平行分布的通道压差;采用交错分布的微通道恒热流底面的平均温度为306.97 K,沿底面向上的固体区域温度逐渐降低,顶面的温度平均温度为296.37 K,通道中相同位置微肋的温度均低于Ⅰ、Ⅱ型,说明微肋交错分布对矩形微通道散热器换热性能影响最大。     

扩缩通道内流动和换热非线性特性的数值模拟

对扩缩通道内流动与换热进行了数值模拟并探讨了其中的非线性特性.通过对不同突扩比ER、不同长宽比AR及不同雷诺数Re下通道内流场和温度场进行分析,给出在一定工况下对称通道内流体的流动和换热会出现偏斜等非线性现象的情况.数值模拟结果表明,存在临界雷诺数Rec使流体流动和换热形态发生转变,当Re超过Rec时,流体流动和换热不仅有对称解,还有非对称解;当Re继续增大时,流体流动和换热出现振荡.通道的几何尺寸及后缩段(表现为ER及AR)都对Rec产生影响.分析结果表明,当Re超过临界雷诺数Rec时,同一截面处上下壁面的局部努塞尔数Nu也由对称向非对称转变,上下壁面出现最大局部Nu的位置也不同.     

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.     

波纹通道形状对流动与换热影响的数值研究

应用数值方法,研究了流体在结构对称的正弦形、三角形、椭圆形、圆弧切线形及阶梯形通道内周期性充分发展的层流流动与换热特性,分析了恒壁温、常物性条件下通道表面形状,以及雷诺数RP对流动与换热性能的影响;并对不同通道的摩擦阻力系数f、表征换热特征的努谢尔特数Nu以及综合性能参数G分别进行了比较.结果表明:阶梯形通道内流体流动的f最大,正弦形通道的次之,椭圆形通道的f随Re的变化规律与其他通道的不尽相同;不同结构通道表面Nu的相对大小与Re的范围相关,Re>150后,阶梯形通道的换热能力最强,椭圆的最弱;三角形通道的综合性能最佳,椭圆形通道的最差,除阶梯形通道外,小Re时通道的综合性能优于大Re时的性能.本研究成果为换热器设计提供理论依据.     

蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。     

双冷源低温系统冷却实验腔的传热分析

根据双冷源低温系统冷却实验腔的传热特点,建立了二维非稳态传热的数理模型.利用FLUENT计算软件对实验腔的冷却过程进行了数值模拟,得到实验腔底部温度变化曲线和壁面的温度分布,分析了辐射热对实验腔冷却过程的影响.计算结果表明实验腔经过2 h冷却后,底面温度基本稳定在6.27 K,可以满足研究对温度的要求.     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热

对两侧不同定热流热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微槽在滑移流区内的层流换热进行了理论分析,研究了微槽内温度场的分布和换热特性,并讨论了Kn、热流比、动量协调系数、热协调系数等的影响.     

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。     

热泵地埋管周围土壤热湿迁移研究

针对热泵地埋管周围土壤内热湿耦合迁移特性开展研究,采用非饱和多孔介质三参数渗流物理模型,将地埋管温度边界与土壤温度边界进行耦合,利用FLUENT软件的UDF功能对地埋管和周围土壤进行耦合运算,得到非冻土条件下地埋管周围土壤水饱和度、压力和温度梯度的变化规律,数值模拟结果与现场测试结果进行对比,吻合较好.     

多热源合成SiC传热规律

对多热源合成SiC冶炼炉的温度场进行了数值模拟,研究了冶炼炉内的温度分布、热流强度以及温度梯度的动态变化规律,揭示了多热源合成SiC的传热传质规律.研究表明,由于多热源之间的屏蔽作用与热能叠加作用,导致多热源合成SiC技术比Acheson单热源炉的单炉产量提高48.1%,特、一级品率提高30%,节能10%以上,并且杜绝了单热源生产中频繁喷炉事故,使生产更安全.     

圆柱形和三角形电极的EHD强化管内沸腾换热试验研究

以R-123为工质,对圆柱形电极和三角形电极进行了电水动力学(EHD)强化管内核沸腾换热试验研究。试验换热管为垂直套管式,外层为加热水路,内层为工质回路,中心布置着电极。电场强度范围为0～2.133MV/m,热流密度范围为1.5～10.0kW/m2,换热系数的误差为±9.7%;相应的强化因数的误差为±12.2%。结果表明:两种电极的最大强化因数接近,分别为2.15和2.11;在达到最大强化因数时,三角形电极所需要施加的平均电场强度和能耗比圆柱电极低得多。