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。     

小型车用换热器的数值模拟与优化

应用CFD计算流体动力学方法对换热器的换热特性、空气流动特性进行了全面分析,得到了换热器温度场、压力场和流场分布情况.对换热器实施了减少管束的数目、减小折流板尺寸、增大壳侧出口直径和增大换热管直径等改进措施,改进后换热器壳侧的阻力损失降低32.3%,为103.2 Pa,同时出口温度为130 K,仍然满足换热要求.表明采用数值模拟方法对换热器进行研究开发可以获取换热器内任意点的温度、压力和流速等详细信息,而且可以了解结构参数变化对换热器流场和温度场的影响的显著优点,为换热器的优化设计提供了新的方法.     

热水解污泥在扭曲管中流动换热的数值模拟

采用数值模拟方法研究了热水解污泥在扭曲换热管中的流动换热特性,分析了扭曲管的强化传热机理.获得了扭曲管不同纵横比和扭曲比条件下的温度场与速度场分布,阐述了不同雷诺数对流动传热的影响.该结果与传统光滑圆管的流动换热特性进行了比较,研究结果表明,扭曲管产生的旋流和二次流可以有效地提高换热效率,但是也增加了流动阻力.另外,综合换热因子随着扭曲比的增大而减小,随着纵横比先增大后减小,在纵横比为1.96时达到最大.与传统光滑圆管相比,发现在低雷诺数(小于5 000)情况下扭曲换热管具有更高的换热效率.     

截面形状对螺旋通道湍流流动及场协同的影响

为探明截面形状对螺旋通道湍流流动的影响,采用有限体积法和RNG k-ε湍流模型数值研究了圆形、半圆形、矩形、正方形、梯形和三角形共6种截面面积相等而形状不同的螺旋通道内流体湍流流动特性。在螺旋半径、螺距、螺旋线长度相同的条件下,以常温水为工质,研究截面形状和进口速度对螺旋通道的流动阻力、速度场及涡量的影响,并根据多场协同原理分析速度场和压力场的协同关系。结果表明:圆形截面螺旋通道流动阻力损失最小,而三角形截面螺旋通道流动阻力损失最大;流体在螺旋通道内湍流流动会产生垂直于主流方向的二次流,矩形截面螺旋通道发现四涡结构的二次流,其余截面螺旋通道为二涡结构的二次流;三角形截面螺旋通道涡量值最大,协同角θ也最大,而圆形截面螺旋通道涡量值最小,协同角θ也最小。     

紧凑型滚压强化管管束内水和盐水的沸腾强化换热特性

对水平光滑和滚压强化两种传热管管束在不同压力条件下的窄小空间内沸腾强化换热进行了实验研究，确认了窄小空间能够有效强化沸腾换热特性，存在着一个换热强化效果最好的最佳管距．当管距很小时，光滑管几乎具有和强化管相同的换热特性．实验范围内盐水浓度对换热特性几乎无影响．实验证明，对紧凑满液型蒸发换热器，利用传热管管束狭窄空间内早期沸腾强化换热机理，可以将中小热流密度条件下的自然对流换热转化为旺盛核沸腾换热，其换热性能大大优于传统的降膜式蒸发换热器．     

催化剂颗粒在弯道与渐扩管组合管系内的运动分布特征

采用数值模拟方法对弯道与渐扩管相连的管道内气固两相流运动分布特性进行研究.主要分析弯道和渐扩段气相流场分布特征及气相回流卷吸作用下颗粒运动分布特性,研究沿出口水平管段二次流结构发展变化及其对颗粒分布及沉降的影响.针对不同入口速度下,水平管内气流速度、截面平均二次流速度和颗粒质量浓度分布规律进行研究分析.研究结果表明:沿弯道后的水平管道,二次流速度很快下降;二次流对颗粒的卷吸搬运作用,降低颗粒在管道截面的局部聚集浓度;当入口气流速度为4 m/s或更小时,水平管内上升二次流速度较小,颗粒沉降现象明显;当速度增大到6 m/s,水平管截面颗粒质量浓度分布较均匀.     

群体互扰下的风场绕流特性和风压分布分析

研究群体互扰下的风场绕流和风压分布问题.改进了流场模拟大涡模型的亚格子应力的湍动黏度,以改善大涡模型对壁面湍流的描述,在壁面处得到与直接数值模拟(DNS)相近的结果.基于此种改进的大涡湍流模型,在单物体和3个物体绕流情形下,分别选择结构刚性模型和弹性模型开展了流场和风压的数值模拟,得出相应的绕流特性和风压分布并与运用其他湍流模型的计算结果进行对比分析,以验证本文提出的改进技术.同时,计算表明,单物体和3个物体情形下的流场特性和风压分布显著不同.     

折流板结构对管壳式换热器壳程流动与传热的影响

利用F luent软件,对弓形折流板换热器和连续螺旋折流板换热器壳程的流场、流动阻力和换热进行了数值模拟分析,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,弓形折流板换热器壳程存在明显的流动滞流区,螺旋折流板换热器中的流场分布则比较均匀.在相同的流量条件下,螺旋折流板换热器壳程的流动压降大约只有弓形折流板换热器的32%,换热能力则略低于弓形折流板换热器,但单位压降下的换热系数有很大的提高,大约是弓形折流板换热器的1.3倍.数值计算结果与实验值符合良好,说明采用的数学模型是合理的,较真实地反映了换热器的实际情况.     

凹坑-树状分叉微细通道换热特性的数值研究

通过求解三维雷诺时均N-S方程和SSG雷诺应力模型,数值研究了透平叶片内部树状分叉微细通道中的流动和换热特性,着重分析了壁面凹坑结构对通道强化换热特性的影响。研究表明:在本文研究结构下,通道分叉引起的纵向涡二次流和凹坑引起的分离涡二次流是通道换热得到强化的主要原因。蒸汽和空气在通道中的二次流涡旋流动特性相似,但热物性的差异使得蒸汽的平均努塞尔数比空气的高约48%～67%。在不同的凹坑流向间距下,蒸汽冷却的摩擦系数比均随着雷诺数的增加先减小后增大,努塞尔数比和强化换热因子则均随着雷诺数的增加而减小。当凹坑流向间距为3时,通道中蒸汽冷却的强化换热性能最佳。     

螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究进展

在介绍螺旋折流板管壳式换热器的结构及原理的基础上,对壳程传热强化及阻力特性的研究现状进行了总结,分析了壳侧流体的流动和换热机理,表明螺旋折流板结构是改善壳侧流动换热性能的有效措施.与弓型折流板换热器相比,螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳侧换热系数高.结合具体实例介绍了其在石油化工、能源动力及核能应用等行业中的应用前景.关于螺旋折流板换热器,还有许多问题需要进一步研究,如流动换热的机理以及影响流动换热机理的几何因素、相变情形、介质物性等.     

二维环空管道后台阶突扩流动特性数值模拟分析

环空管道后台阶突扩流动是空气正循环钻井过程中十分重要的关键部分,直接决定了钻探岩屑是否能够顺利上返地面.该模型中对再附着过程的演变进行了大涡模拟(LES).指出在层流状态下主回流区长度随雷诺数Re的增加而增加;过渡流状态时出现内壁二次回流区,角部二次回流区和外壁三次回流区;湍流状态时,随着角部二次回流和外壁三次回流的消失,外管内壁和内管外壁处出现大尺度涡;得出了台阶上游和下游较远处流场层流时为抛物线分布,湍流时近似为对数分布.在此基础上进一步研究了湍流情况下流场中大尺度涡结构的瞬时发展和演变过程,以期实现对湍流的有效控制,并为进一步研究气体钻井环空管道内颗粒和大涡的相互作用规律奠定基础.     

管间距对涡产生器式扁管板式翅片传热的影响

应用萘升华传质/传热比拟技术,对涡产生器式叉排扁管板式翅片管换热器的板芯结构进行了模拟研究.分析了管间距变化情况下换热板芯的传热与阻力特性,对换热器换热性能做了综合评价,为板式翅片管换热器结构优化设计提供了理论依据.     

不同雷诺数下90°弯管内流动特性的数值研究

运用FLUENT软件中的RNGk-ε模型对不同Re下圆形截面90°弯管内空气流动进行了模拟,分析了管内压力分布、二次流动和壁面上压力系数的变化,研究了Re不同时对壁面压力系数的影响.发现在气流进入弯管段后,流场由于流体惯性和分子黏性的相互作用,各个截面上出现了对称的二次流涡对.随Re增大,流体对于管道壁面的压力增大,管内压力损失也在增大.管道壁面上的压力系数随Re的不同差别不大,Re越大,压力系数越小,并且管道外壁面变化比内壁面更加明显.湍流时压力系数沿程变化比层流明显很多,曲率的影响也要强于层流.     

热流变形(BCF)喷嘴结构及气压对变形管内流场的影响

本文研究了BCF技术中变形管结构及气压对变形管内流场的影响。采用二维激光多普勒测速仪,对不同结构的变形管以及不同气压下变形管射流场的速度分布、湍流度分布进行了较为全面的测试。研究结果表明:变形管几何结构及空气压力对变形管内流场有明显影响。合理的喷嘴结构,较高的空气压力有利于对长丝进行热流变形。     

基于柴油机微粒沉降的脉动湍流管流内近壁流场特性

根据湍流管流中柴油机微粒热泳沉降和湍流脉动沉降研究的需要,对脉动排气时排气管内近壁流场的分布特征、影响因素以及变化规律等进行了研究;分析了脉动排气时气流速度的脉动振幅和脉动频率对管内近壁处温度场和湍动能场的影响.研究结果表明,与稳态排气流动相比,脉动排气时近壁流场的分布和变化特征有很大不同,从而会对微粒的热泳沉降和湍流脉动沉降产生很大的影响.     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响。通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性。计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理。     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响．通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性．计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理．     

方、矩形环管湍流直接数值模拟分析:Ⅱ.雷诺应力场与平均能量谱,对传统湍流本构关系的再认识

通过对直管道内充分发展湍流的直接数值模拟,建立方、矩形环管内充分发展湍流数据库,其中包括详细的湍流统计数据:(1)湍流平均流场,即平均流向速度与湍流驱动平均二次流(史称Prandtl第二类二次流);(2)湍流雷诺应力场;(3)湍流时均能量谱.本文给出了方、矩形环管内充分发展湍流雷诺应力场分布信息,对90°凸角域附近的Prandtl第二类二次流生成项结构进行了仔细剖析,特别诠释了凸角域二次流的生成机理.将方、矩形环管90°凹角附近的流场,包括平均流场(流向速度,平均二次流)和雷诺应力场中的湍动能,与现有的实验和直接数值模拟数据进行详细对比验证,展示了方、矩形环管内直接数值模拟结果的有效和合理性.基于对湍流雷诺应力场和能量谱特征的观察,本文提出了重新审视和认识传统湍流本构关系的必要性.对标量涡黏系数所隐含的各向同性物理涵义与假设给出严格数学证明,在此基础上,提出了以张量涡黏系数描述湍流各向异性运动特征的研究思路,给出了发展以描述各向异性湍流运动为目标的新型湍流本构关系.基于此关系进一步提出未来研究设想,即发展基于直接数值模拟结果的雷诺平均湍流封闭模型,以提高雷诺平均模拟的物理可靠性和准确度.     

空间锥螺旋管束流体诱导振动换热器及性能分析

基于动态子结构理论、利用固定界面模态坐标变换及超单元技术,分析了空间锥螺旋管束的振动特性和脉动元件诱发管束振动的频率条件,计算了0.1m/s壳程流速、横向脉动流激励条件下空间螺旋管束的振动特性,研究了空间锥螺旋管束管内二次流及其换热特性.结果表明:单排空间锥螺旋管束的振动分为横向和纵向振动,以纵向振动为主;在横向脉动流激励作用下,管束的振动与其横向固有振型近似,空间锥螺旋管束的低阶模态频率较低,易于诱发振动;管内截面二次流分为4个涡区,强烈的管内二次流致使管束换热性能提高,空间锥螺旋管束单位面积的换热量是传统平面管束的1.4倍以上.     

管壳式换热器进口管箱流场的数值模拟分析

管壳式换热器进口管箱中流体的流场分布对换热器的换热效率和管子与管板连接处的泄漏失效有着重要的影响。采用流体力学的方法,对不同流量下,不同管箱直径、长度、不同管程数时管箱内的流场和压力场的分布进行了数值模拟。模拟结果清晰地显示出管箱内流场和压力场的分布状况,可用于分析不同区域管子与管板的连接接头开裂、泄漏和换热器整体换热强度不高的原因,指出了改善管箱内流场分布的途径,对工程实际具有重要的理论和应用价值。