开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究, 在实验的 Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了 X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.     

开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR—CD研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性，分析了开缝翅片厚度对换热器压降、换热特性的影响，并用场协同理论分析了计算结果．得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度存在最佳值等结论，为优化新型管翅式换热器提供参考．同时，将模拟计算结果与实验结果加以比较．结果表明，数值模拟与实验结果基本吻合．     

开缝对波纹翅片流动和换热性能影响的数值分析

为了分析开缝对波纹翅片流动和换热性能的影响,对3种开缝波纹翅片进行了数值模拟.结果表明对于连续型波纹翅片,开缝有利于消除横向涡,并使流体混合得更加充分,从而提高翅片的流动和换热性能;在开缝翅片的拐角和缝隙处,局部换热系数变化剧烈;换热系数的极大值出现在拐角上游或者翅片的前缘,而极小值则出现在拐角下游或者翅片的后缘.     

桥式翅片流动和传热性能的实验研究和数值模拟

对设计的桥式翅片换热器空气侧的传热和阻力性能进行了实验研究,将大量的实验数据进行了线性回归,得出了在实验雷诺数范围内传热和阻力性能关联式及特性曲线.对比可知,在相同泵功情况下桥式翅片换热器比相同尺寸的平直翅片换热器具有更高的传热性能.同时,对以上两种翅片空气侧的温度场和速度场进行了数值模拟,并利用场协同原理对模拟结果进行了分析.分析结果表明,桥式翅片换热器具有更高传热性能的根本原因在于翅片的桥式布置能有效地改善翅片温度场和速度场的协同性.     

椭圆管矩形翅片肋效率的数值计算

采用有限差分数值分析方法，应用温度逐次更新处理技术对不同扰流孔下的椭圆管矩形翅片的肋效率进行计算。结果表明，采用当量椭圆简化矩形翅片使肋效率偏高，增加扰流孔则导致肋效率下降。     

内置翅片参数对封闭腔内流体流动与传热性能的影响

为了研究内置翅片参数对封闭腔内湍流自然对流换热的影响,采用RNG k-ε模型数值分析了翅片位置、翅片高度和翅片数量对封闭腔内温度场和流场的综合影响。结果表明：在热壁面上布置1个翅片,热壁面竖向边界层厚度随翅片高度的增大而变厚,但腔体顶部水平边界层结构变化微弱;本文所研究的短翅片高度对热壁面上远离翅片位置处局部传热特性影响很小;在热壁面上距底面2H/6处布置高度为1.5cm的翅片能使得热壁面上平均Nu数获得最大值,在热、冷壁面上距底面及顶面分别为2H/6处各布置1个高度为1.5cm的翅片能达到同样的强化传热效果。但在热、冷壁面上距底面及顶面分别为H/6处各布置1个翅片时,翅片高度过大或过小均会抑制热壁面与腔内气流之间的对流换热过程。本文研究结果对于指导工业工程中封闭空间内流体的冷却或加热具有一定的理论参考价值。     

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。     

增压空冷器用开缝翅片的结构优化设计

利用粒子图像测速技术和红外热成像技术,对增压空冷器用圆弧型和X型开缝翅片空气侧的流动和传热特性进行了可视化实验研究．在实验的雷诺数（800-3400）范围内,得到了阻力和换热特性曲线,以及能反映流动和传热微观特性的流场和温度场．实验结果表明,圆弧型开缝翅片的阻力小于X型开缝翅片,并且前者在强化圆管背风侧的换热特性方面优于后者,但后者整体的场协同性和换热性能优于前者．结合两种翅片的优点,优化设计出了一种新型的开缝翅片（X圆弧型）．对3种开缝翅片的流动和换热特性进行了数值模拟。模拟结果与实验结果吻合得很好．模拟结果表明,优化后的X圆弧型开缝翅片的场协同性、换热性能均优于前两种翅片．新翅片在考虑了阻力因素后的综合换热性能较圆弧型开缝翅片提高了7％～15％,较X型开缝翅片提高了3％～9％．     

带肋板尾缘开缝叶片内的流动传热性能研究

针对燃气透平带肋板的尾缘开缝叶片,采用RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程求解结合SST γ-Re_θ转换模型数值方法,研究了3种来流湍流度、3种来流雷诺数和3种冷气质量流量比条件下叶片和尾缘开缝区域的流动传热性能,并与无肋板开缝叶片进行了对比,利用实验数据考核了数值方法的有效性。计算结果表明:随着来流湍流度的增大,带肋板的尾缘开缝叶片表面传热系数逐渐增大,开缝壁面的传热系数基本不变,能量损失系数和总压损失系数随之增加;在相同来流湍流度时,增加来流雷诺数可降低损失;增大冷气质量流量比对叶片表面的传热系数影响很小,但可显著提升开缝壁面的传热系数;与无肋板的开缝叶片相比,带肋板的尾缘开缝叶片表面的传热系数和压力系数更低,开缝壁面换热系数更高;当Re为2.0×10⁶时,带肋板的开缝壁面平均换热系数比无肋板时的高14.46%,来流雷诺数分别为0.5×10⁶、1.0×10⁶、2.0×10⁶时,相比无肋板开缝叶片,带肋板尾缘开缝叶片的能量损失系数分别...     

板翅式换热器平直型翅片的对流传热数值模拟研究

本文通过数值模拟的方法研究了平直型翅片的板翅式换热器的对流换热性能,最后得出了三种不同翅片高度和三种不同翅片截距的翅片的平均Nu数和压降随Re数变化的曲线。     

微肋管单相对流强化换热数值模拟

利用计算流体力学和数值传热学的方法,采用非一致网格,应用Fluent软件对3种型号微肋管管内的单相流动与传热性能进行了三维数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的雷诺数及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,其计算结果与实验结果基本吻合．结果表明：当10000〈Re〈120000时,与圆管相比,微肋管的努塞尔数分别达到了光滑圆管的1．88、2．08和2．48倍,而阻力系数为光滑圆管的1．60、1．68和1．72倍．     

干熄焦炉内三维流动及传热的数值模拟

以Fluent软件为平台,通过流体在多孔介质中的流动模型来处理冷却气体在干熄焦炉内的三维流动,借助于UDS和UDF进行二次开发,建立干熄焦炉内冷却气体及焦炭的流动传热模型,并分析了循环风量对气固换热的影响。结果表明,冷却室气体在通过斜道进入环形气道时有偏流现象,即靠近总出口附近的斜道有更多的气体流出,且气流速度最快;气体的压力损失主要发生在冷却室;冷却室内周边的换热效果比中心换热效果要好。模拟计算发现,循环风量为200 000m3/h时,换热后的冷却气体温度为1101K,焦炭温度为439K,这不仅满足了焦炭的冷却要求,而且还能提供用于供暖或发电的高品位热量的循环气体。     

不同片型组合翅片管式换热器的传热特性研究

为解决在干、结霜工况下空气源热泵室外机因结霜引起的换热性能下降的问题,以翅片管式换热器为研究对象.在模化试验的基础上,采用数值模拟的方法分别对不同片型组合的翅片换热器结霜量、换热与阻力性能以及平均对流换热系数进行分析.研究结果表明,前开孔后开缝的翅片组合方式较全开孔的结霜质量及平均对流换热系数分别最高可提升9％、11％...     

倾斜波纹翅片振荡流热管的三维数值模拟研究

对平板翅片和倾角分别为15°、30°、45°的波纹翅片振荡流热管的流体流动和传热过程进行了数值模拟研究,得到了流体的温度和速度分布,并将其进行比较分析。模拟结果表明波纹翅片振荡流热管的传热效果随着倾角的增大而增强,但同时也增大了压力损失。模拟结果对振荡流热管换热器的强化传热研究有一定的指导意义。     

不同倾斜角新型板式换热器特性及场协同原理分析

通过三维CFD数值模拟软件ANSYS-CFX模拟分析一种新型波纹板式换热器——复合人字形板式换热器,分析其倾斜角β为20°～70°的传热和阻力特性,并对不同倾斜角的复合人字形板片进行场协同理论分析。数值计算结果表明:在β=60°时复合人字形板式换热器比普通人字形板式换热器的摩擦阻力系数低8%左右,综合性能提高25%左右;β=20°时速度场、温度场和压力场协同最好。     

Numerical simulation on flow and heat transfer at shell-side of flat-tube heat exchangers

The fluid flow and heat transfer of the shell-side in one type of flat-tube heat exchangers(FHE) were studied through numerical simulation and experimental methods.In the numerical simulation,hot/cold air was set as working fluid,and the standard k-ε turbulence model supplemented by boundary conditions was used,and also the control volume method was used to the discrete control equations.Compared with the same type of circular-tube heat exchangers(CHE),the numerical simulation results show that the pressure drop at the shell-side of FHE decreases by 12%-20%,and heat transfer coefficient increases by about 24%.The coefficient of integral performance Nu/ζ 0.29 has an increment of 22%-34%.Under the same conditions,the experimental results of temperature and the overall pressure drop show that the deviation percentage with those of numerical simulation are less than 8% and 25%,respectively.Both results verify that the heat transfer efficiency and flow resistance characteristics of FHEs are superior to that of CHEs.     

不同接触角微肋阵内的对流换热及能效特性

在椭圆形微肋阵表面固化含有微纳米粒子的疏水性涂层获得具有不同接触角的疏水性微肋阵,测试不同雷诺数Re下实验段内的压降?流动阻力系数f及努塞尔数Nu,并分析了接触角变化对微肋阵热沉内流阻和换热的综合影响及其能效特性?研究结果表明,疏水性涂层具有显著的减阻效果,压降和流动阻力系数随接触角增大而减小;但疏水性微肋阵内的Nu也降低,且3种疏水性微肋阵内Nu之间的偏差随功率的增加而增大;尽管表面疏水性降低了微肋阵内Nu,接触角为151.5°超疏水微肋阵仍具有较好的能效特性,与无疏水性涂层的微肋阵相比,相同对流换热量时其所需泵功可减少200%以上?     

周期性环肋通道内的流动和换热

用非稳态数学模型对包含入口段的带肋环形通道内的流动和换热进行了数值模拟.在肋片参数Sp/D=0.187 5、Sp/D=1.125,雷诺数在400～800范围内,流动和换热都出现了自维持振荡特性,且入口段后,各几何周期的速度场、无因次过余温度场基本相同,随时间的变化规律也基本相同.肋片高度增加,平均努塞尔数和摩擦阻力系数增加.肋片间距增大,对摩擦阻力系数影响较小,对努塞尔数影响较大.雷诺数增大,努塞尔数增大,阻力系数减小.     

低水头非完全宽尾墩三维流场数值模拟

为解决常规物理模型试验受观测手段限制难以全方位研究深尾水消力池内水力学参数的问题,借助RNGk-ε紊流模型结合VOF方法对比研究深尾水作用下平尾墩及非完全宽尾墩试验方案下游消力池内流场变化,并揭示非完全宽尾墩消能机理.研究结果表明:受溢流堰纵向长度及下游消力池内深尾水限制,平尾墩底流式淹没水跃逼近溢流堰顶,消力池内消能紊动不足,出池水流形成强烈二次水跃;非完全宽尾墩则束窄部分溢流堰闸室过流断面促使形成纵向拉伸挑射水舌,利用各相邻闸室非对称出闸水流、增强消力池内入池水流横向流速梯度和水位落差,加剧消力池内入池水流横向扩散、交汇,在消力池上游区域形成由底层至表层的大幅度立轴旋滚,显著增强消力池内能量耗散,降低出池水流流速,取得较好的消能效果.     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.