竖壁对流换热系数计算模型的探讨

根据流体边界层理论,研究了高普朗特数常物性不可压缩流体在重力作用下,沿竖直壁面无初速度加速流动过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层的厚度函数·据此,研究了该模型下对流换热系数的计算方法,推导出计算公式·在短距离流动中,该模型的速度边界层和热边界层较流体外掠水平板模型厚,换热较弱,因此对流系数较小·工程实际中的许多换热问题都可以简化成流体在重力作用下沿竖直平板流动模型·把该模型下得到的对流系数公式应用于飞机附件机匣的传热计算中,得到了比较精确的结果·     

蒸发器的理论与实验研究

本文在分析水在真空状态下蒸发特性的基础上,提出了一种用于小型无泵溴化锂吸收式空调器的新的蒸发器设计方案。对于所设计蒸发器的管内换热机理首先进行了理论分析,然后用单管模拟的方法对四种不同结构的水平蒸发管进行了实验研究。根据实验数据,得到了针对四种结构的水平管内水的蒸发换热系数的经验公式。实验结果表明,第三种结构的蒸发管(管内径10mm,出口截掉1/4d_i)是一种有效的强化传热管,它的蒸发换热系数是200～300W/m~2·℃。本文最后还提出了对强化管内换热的进一步的改进措施。     

换热场协同理论的数值模拟

场协同理论把对流换热比拟为有内热源的导热问题 ,认为对流换热的强化不仅取决于流体的流动和流体的物性 ,还取决于流场与温度场的协同关系。该文在场协同理论指导下进行了强化换热的机理探讨 ,利用数值分析的方法 ,从分析流场与温度场的协同配合关系入手 ,研究等壁温和等热流两种边界条件下两无限大平板间流动的换热特点。研究结果表明 ,在两无限大平板通道的流动换热特性和流场与温度场的协同状况有密切关系 ,并揭示了在该流动中影响换热的主要当量源。有针对性提出强化换热的方向。场协同理论为强化换热技术的发展提供了理论依据     

列管式废热锅炉换热管烟气传热特性数值模拟及分析

采用气固两相流对废热锅炉的换热管传热特性进行数值计算,分析了管径、流速对传热的影响。其中连续相采用Realizable k-ε模型求解,颗粒相采用DPM模型求解,并且考虑了颗粒的辐射特性及其与离散相间的双向耦合;采用DO模型计算辐射方程。     

透平叶片近前缘端壁处换热性能的研究

采用计算流体动力学软件ANSYS CFX11.0、以NASA跨声速透平第一级动叶为研究对象,对带气膜冷却孔的叶栅近前缘端壁区域的流动和换热特性进行了研究,计算获得了3种气膜孔分布条件下,吹风比分别为0.3、0.5、0.7以及孔径分别为1mm、1.5mm时叶栅端壁处的流场结构和斯坦顿数分布。计算结果表明:气膜孔的数目及分布对端壁换热性能和换热均匀性有显著影响,减小孔间距与孔径的比值可以降低前缘端壁的换热系数、提高端壁换热的均匀性;吹风比对冷却流的作用范围和贴壁性有很大影响,所研究的3种吹风比中,吹风比为0.5时壁面换热系数最小,吹风比为0.7时换热系数最大;当吹风比保持0.5不变且气膜孔的直径由1mm增大到1.5mm时,冷却流在端壁上影响的距离增加,相邻冷却流之间区域的换热强度降低。该结果可为透平动叶端壁换热特性的改善和气膜冷却特性的提高提供参考。     

对流换热系数考虑温度影响时对锂电池热扩散影响的数值分析

基于电化学-热耦合模型,以4节18650锂离子电池为研究对象,分析考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响及其程度。首先基于传热理论中的流体横掠顺排管束平均表面换热系数计算方法,计算得到不同温度和流速下锂离子电池表面对流换热系数,通过曲线拟合得到空气流速分别为0.05、0.1、0.2和0.3 m/s时对流换热系数与温度的函数关系,得出对流换热系数与温度不完全呈线性变化;其次基于以上函数关系,通过数值模拟分析了考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响。结论表明,考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池温度场影响的程度不同。当空气流速分别为0.05、0.2、0.3 m/s时,锂电池的温度函数使锂电池放电过程中的温差变化均小于1%;但是当空气流速为0.1 m/s、锂电池放电至729 s时,考虑温度因素的对流换热系数的温度场比常数时的温度场下降了21.71%。该影响规律与不同流速下对流换热系数随温度变化相一致,也表明对流换热系数与流速、温度均有关,而且对流换热系数越大,锂电池越容易与外界空气发生热交换,锂电池放电过程中温差越小。     

管槽内对流换热过程的热力学分析及性能评价

利用热力学第二定律对壁面温度恒定状态下的圆形流道、三角形流道和矩形流道内充分发展区层流对流换热过程进行了研究,得到了熵产数的一般表达式;定义了对流换热过程可用能损率,讨论了入口换热温差、流体温升和流动阻力对可用能损率的影响,并对几种典型流道内对流换热过程的热力学性能进行了比较;同时,从降低可用能损率的角度出发,得到了最小可用能损率所对应的最佳入口换热温差。     

波壁管内Cu-醇基纳米流体的强化换热研究

随着科技的进步,热交换设备的热负荷与传热强度不断增大,传统的醇类冷却剂不足以满足换热设备的冷却要求,通过向传统醇类冷却剂中加入Cu纳米粒子从而形成Cu-醇基纳米流体。对Cu-乙醇、Cu-乙二醇、Cu-丙二醇三种Cu-醇基纳米流体在波壁管中的换热特性进行数值模拟研究,同时采用分子动力学计算了Cu-醇基纳米流体的导热系数,分析了雷诺数Re与纳米颗粒体积分数φ对纳米流体的换热特性的影响。结果表明,在相同条件下,纳米流体的导热系数比基液大,且随着φ的增加而增大,通过比较这三种Cu-醇基纳米流体的导热系数,发现Cu-丙二醇纳米流体的导热系数的增幅最大;同时发现纳米流体的对流换热系数与基液相比有所提高,且随着φ的增加而增大;Cu-醇基纳米流体在强化传热的同时也会产生更大的阻力损失,且该损失随着φ的增大而增大;用性能评价因子PEC对波壁管内流体的对流换热系数与摩擦阻力系数进行综合分析。发现在三种Cu-醇基纳米流体中,Cu-丙二醇纳米流体具有最好的综合换热性能。     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合 ,建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组 ,并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解 ,得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数 (Nu数 )的表达式。结果表明 ,幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响 ;在恒热流边界条件下 ,幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布 ;而在恒壁温条件下 ,其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关 ,并且在两种边界条件下 ,均随着流变指数的增加而减小     

单井换热性能分析及优化

充分考虑管壁的对流换热强化机理,通过流体流动与固体传热综合理论分析,建立单井的岩井换热模型,优化套管井地下结构。研究结果表明：枝状井网岩井系统因其出水温度和出口截面积远比传统单井系统的大,热利用效率明显提高;蛇形井段可以显著提高系统的换热能力,但由于该结构中相邻井管比较密集,会在换热过程中造成周围岩层温度急剧下降,从而影响系统长期的换热性能;空间换热板型单井系统的换热性能和稳定性都远比其他的单井系统的好,更能适应不同工况下对循环工质不同流速的需求,也更能满足出口温度需求的多样性。     

汽车空调管带式蒸发器模型参数数值模拟分析

在湿工况下对管带式蒸发器进行了制冷剂侧和空气侧性能实验,还利用模型进行了管带式蒸发器性能的研究.制冷剂侧的研究表明:管带式蒸发器管内参数分布极不均匀,采用传统的集中参数模型计算很不合理.空气侧通过研究百叶窗角度对换热和压降的影响,改进了原有的翅片结构.相比原翅片,改进后的翅片空气侧表面传热系数提高在21%以上,但压降仅增大不到4.5%.该模型不仅合理可靠,而且具有较高的准确度.研究结果对汽车空调厂商在设计同类型产品时具有一定参考价值.     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

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．     

一种确定墙体表面换热系数的实验方法

首次提出了用频率谱分析法分析墙体表面换热过程及推导墙体表面换热系数的实验方法。经实验和预测检验表明：该方法能够充分反映墙体表面换热过程，其结果是准确可靠的。为确定墙体表面换热系数找到了一种实用有效的方法。     

风速非均匀分布对蒸发器性能的影响

研究、对比了均匀和非均匀风速下蒸发器的性能,实验测量了某空调蒸发器表面的风速非均匀分布,数值模拟了该非均匀风速下蒸发器的性能,实验验证了非均匀风速下模拟结果的准确性.研究结果表明:非均匀分布时风速比均匀风速大的管路换热量较之均匀风速时的有所增加,风速比均匀风速小的管路换热量较之均匀风速时的有所减小,且换热量减小的幅度比增加的更加显著;传热系数随风速非线性增加;各支路出口状态差别越大,蒸发器换热量的衰减幅度就越大.     

一种测定建筑墙体外表面换热系数的实验方法

首次提出了用辅助变量法分析建筑墙体外表面换热过程及推导墙体外表面换热系数的实验方法,实验和预测检验表明：该方法能够真实反映墙体外表面换热过程,为确定墙体外表面换热系数找到了一种实用有效的方法。     

对流换热过程中的传递分析

基于热力学和基本概念和传热学基础理论 ,从传递的场理论出发 ,对于对流换热过程中的传递特性和规律进行了分析研究 ,推导和建立了常物性不可压缩层流中对流换热过程的传递微分方程 ;分别选取一维流动和二维流动的 2个简单对流换热例子进行传递函数的求解 ,其结果与热力学求解的结果完全相同 .     

垂下液膜式水平管蒸发器的换热特性

采用层流和紊流两种模型对一水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算．对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化．根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷．紊流计算采用壁面函数法．数值计算结果确认了液膜蒸发量对换热系数的影响可以忽略,液膜内温度分布不能近似为线性分布．计算结果和作者的实验数据及其他研究的实验数据进行了比较,实验值处于层流解和紊流解之间,更靠近紊流解．对水和Ｒ１１两种工质,紊流解和实验值吻合得很好     

确定墙体表面换热系数的辨识方法探讨

实测了墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差,并通过遗传算法和最小二乘法辨识分别得到了各算法的表面换热系数估计值,比较热流实测值和两种算法的热流预测值,可知遗传算法的预测热流与实验热流非常吻合,说明遗传算法是一种利用墙体表面的动态实验数据获得表面换热系数的有效方法,并且具有很高的精度。