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。     

缠绕管式换热器结构参数多目标优化数值模拟研究

为分析缠绕管式换热器关键几何结构对其流动和传热性能的影响,采用多目标遗传优化算法对壳侧的流动和传热特性进行了数值模拟研究,并对通过中心复合设计得出的实验点进行了计算。研究结果表明:缠绕管式换热器的壳侧压降随着层间距、缠绕角、同层管间距的增大而减小;壳侧换热系数随着层间距的增大而减小,随着管外径的增大而增大,随着螺旋角的增大先增大后减小。通过敏感度分析可知:螺旋角和层间距对缠绕管式换热器的流动和传热性能影响最大,在计算工况下,层间距对压降和换热系数都呈负相关;螺旋角与压降呈负相关,与换热系数呈正相关。同时,应用多目标遗传算法在连续响应面的基础上对原结构进行优化,得到3组优化结果,换热系数平均增加了2.93%,压降平均降低了40.27%,综合传热性能均好于原结构。该研究成果可为缠绕管式换热器的优化设计提供理论基础。     

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.     

翼型印刷电路板式换热器内流动与换热特性

为了探究翼型印刷电路板式换热器(PCHE)内流动与换热特性,采用数值模拟方法,以S-CO2为工质,针对S-CO2布雷顿循环燃煤系统中的高温回热器,研究了质量流量、进口温度和出口压力对PCHE流动和换热特性的影响,分析压降、范宁摩擦因子、努塞尔数及综合换热性能评价指标的变化规律,提出S-CO2在翼型PCHE中新的流动和传...     

转折角对Z形通道印刷电路板式换热器中二氧化碳流动与换热特性的影响

针对超临界二氧化碳气冷堆核电系统中Z形通道印刷电路板式换热器的优化设计，通过数值模拟研究转折角对印刷电路板式换热器中二氧化碳流动和换热特性的影响规律，分别拟合出摩擦因子和努塞尔数的计算关联式，分析传热过程的热阻，并讨论换热器的综合性能。结果表明，摩擦因子和对流换热系数均随转折角的增大呈抛物线规律增长，在转折角小于20 °时增长较慢。导热热阻占总传热热阻的4.16%～16.02%，并随二氧化碳质量流率和转折角的增大而升高，在印刷电路板式换热器的传热计算中，不应被忽略。随着转折角的增加，通道中努塞尔数的增长幅度小于摩擦因子的增长幅度，传递相同热量的泵送功率增大，但所需换热面积减小，换热器的制造成本下降，实际应用中需进一步通过技术经济分析以选取最佳转折角。为了控制通道中流动阻力占进口压力的比例，转折角以不超过20 °为宜。     

垫条对缠绕管换热器壳侧性能的影响研究

目前针对缠绕管换热器的数值模拟研究中,大多为了简化模型而省略了管层间的垫条,造成模拟结果偏离实际情况。通过CFD数值模拟,着重研究了缠绕管换热器中垫条的存在及不同的排布方式和数量对换热器壳侧的流动、传热性能的影响。计算结果表明,垫条的存在不仅影响流体轴向流速,并且在径向截面上更易形成涡旋而加强流体扰动。在相同进口工况下,相比无垫条模型,垫条对齐排布时Nu下降了1.6%~2.5%,换热器单位长度压降ΔPl增加了14.5%~17.0%,强化传热性能指标FP减小了5.7%~5.9%;错开排布时Nu上升了17.0%~18.1%,ΔPl增加了38.4%~39.9%,FP增加了13.7%~15.4%。两种垫条排布方式中错开排布能够在更大程度上强化壳侧的湍流,从而强化传热。当垫条数量多于12,依次为13、14、15时,对换热器壳侧的性能影响不大。所做研究为缠绕管换热器的数值模拟提供了新的思路,也为缠绕管换热器的性能优化提供了理论参考。     

空气在三角形波纹通道内湍流流动与换热的数值研究

采用数值模拟的方法,对流动与换热进入周期性充分发展段等壁温边界条件下三角形波纹通道内流体的流动与换热进行二维数值模拟分析,计算考察了雷诺数Re、间距比ε及波纹纵横比γ对流动与换热性能的影响。结果表明:Re数及波纹纵横比γ较小时,不会出现回流;在计算的Re范围内,随着Re的增加,平均努塞尔数Nu呈递增趋势,摩擦阻力系数f呈下降趋势;并拟合出通道不同几何因子下阻力系数f及表面换热特性数Nu随Re变化的关联式。通过对性能参数j/f的分析得出,采用小间距比ε或者小波纹纵横比γ均可以提高换热性能。     

内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明：内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%～190%和308%～449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。     

射流入射角度对螺旋管传热性能的影响

为了揭示射流入射角度对螺旋管内流体传热性能的影响规律,通过数值模拟方法对无量纲曲率δ=0.070 1、无量纲螺距τ=0.143的螺旋管在不同射流入射角度(α=30°～150°)下的强化传热性能进行研究。结果表明,射流的加入显著强化了螺旋管内流体的换热,在射流速比ε=4和雷诺数Re=19 000～26 000范围内,随着射流入射角度的增大,螺旋管壁面的平均努赛尔数Nu_m、周向局部努赛尔数Nu_c(螺旋角θ=4.5π截面)及流动阻力系数f均随之增大;当α=150°时,与单一螺旋管(未加入射流)相比,加入射流后Nu_m提升了13.7%以上,Nu_c提升了70%。在所研究的Re和ε范围内,强化传热综合性能评价因子(PEC)随着α增大而减小,但PEC均大于1(1.08～1.65);当α=30°时,在研究范围内PEC达到最大,其平均值为1.62,是单一螺旋管的1.62倍,表明此时的螺旋管具有良好的综合强化换热效果。     

低温海水外掠圆管混合对流传热规律实验

以自然海水为工质,对层流范围内低温海水的混合对流传热特性进行实验研究,研究换热特性与雷诺数、格拉晓夫数和管径的关系,并与经验公式进行对比;提出适用于层流范围内低温海水外掠圆管流动与换热系数的经验公式。结果表明,在实验范围内努赛尔数随着雷诺数和格拉晓夫数增大而增大,且雷诺数越小,格拉晓夫数对努赛尔数的影响越明显;努赛尔数随着立管直径增大逐渐减小,小管径有利于增强对流传热强度;自然对流的影响随着雷诺数增加而减小,随着格拉晓夫数增大而增大;立管直径越大,自然对流对于总换热量的影响越强,且雷诺数越小,管径变化对自然对流在总换热量中的影响越明显。     

热漏对混合热阻条件下卡诺热机性能的影响

在混合热阻条件下和卡诺热机性能分析的基础上,进一步研究热漏对循环的影响,导出了有热漏时,混合热阻条件下的卡诺热机的输出功率与效率的关系．     

烧结长度对复合型吸液芯热管传热性能的影响

通过采用直径分别为5.5mm及6mm的芯棒制作外径是8mm、烧结层长度分别占总长度的1/3、2/3及1的复合型吸液芯热管(分别命名为GO、GT和GF),对其极限传递功率(MHTP)、蒸发端、冷凝端及总热阻进行比较。研究烧结长度对复合型吸液芯热管传热性能的影响。工质的填充状态有两种:①吸液芯孔隙填满工质;②填充相同工质量。结果发现:两种工质灌注状态对热阻的影响较小,对MHTP的影响较大。芯棒直径5.5mm时,状态①中,GO、GT、GF的MHTP都达100W以上;状态②中,GF则只达到80 W。芯棒直径6mm时,状态①中,GO、GT、GF的MHTP分别为100 W以上、80 W、60W;状态②中,GO、GT、GF的MHTP则分别为80W、100W以上、80W。减少吸液芯烧结层的长度可有效降低热管总热阻,吸液芯厚度相同时,GT或GO总热阻相对GF至少可减少33%。输入功率60~100 W时,同根热管总热阻大小变化0.01℃/W。吸液芯厚度增加0.25mm时,相同烧结长度的热管总热阻大小相差0.01℃/W。两种工质灌注状态都表明烧结层长度对复合热管蒸发段热阻影响较小,主要对冷凝端及总热阻有影响,其中热管冷凝端热阻的变化趋势与总热阻相同。     

换热面裕量对再生式换热器热工特性的影响分析

再生式换热器由再生段和冷却段共同构成,凭借再生段的加入,再生式换热器有助于减小换热器承受的热应力以及回收部分热量,而广泛应用于研究型反应堆的各试验回路中。在再生式换热器设计中,通常会对换热面积保留一定的裕量以应对换热管破损、阻塞以及工况波动等情况发生。结合再生式换热器的结构特点,在不利因素未发生时,将设计裕量效果计入实际的换热中,分析不同的设计裕量对再生式换热器理论运行功率、流质流量以及出口温度等的影响。分析结果表明,再生式换热器的理论运行功率随着冷却段设计裕量的增加而逐渐增加,而随着再生段设计裕量的增加而逐渐减小。再生段及冷却段设计裕量对再生式换热器的功率调节跨度影响不大,但再生式换热器的理论功率调节区间在再生段设计裕量增加时会逐渐下移,而在冷却段设计裕量增加时会逐渐上移。要克服再生段裕量对运行功率带来的不利影响,可以选择增加相应的冷却端设计裕量以及加大二次水流量。再生式换热器运行于功率调节下边界以下时,再生段保持一定设计裕量有利于一次水的流量更为接近设计流量。鉴于分析的结果,对于处于稳态试验回路中的再生式换热器,建议再生段裕量小于10%以满足设计功率,而对需要具备降功率运行的再生式换热器,建议可以取较大的再生段裕量以减小一次水流量的波动。     

太阳能斯特林热机循环热损失及热效率数值分析

基于实用施密特循环理论,在考虑流动阻力损失的基础上,建立太阳能斯特林热机的循环热损失及热效率数学模型.运用碟式太阳能斯特林热机的一个实例,着重分析了太阳能斯特林热机的各种热损失及热效率.研究结果表明：在各种热损失中,导热损失和穿梭传热损失所占的幅度相对较大,其中导热损失最显著.各种热损失与太阳能斯特林发动机的多种结构参数和设计性能参数密切相关,增加加热管内壁的温度,降低转速值可提高循环热效率.当热腔的温度大于750 K时,太阳能斯特林热机的循环热效率值将在卡诺效率值的65%~80%之间浮动.     

新型重力热管换热器传热性能的实验研究

基于常规重力热管换热器难以安装翅片结构以强化管外换热,提出一种新型结构形式的重力热管换热器,该热管由一些并排的矩形通道而不是通常的圆管组成。并建立实验测试平台,进行一系列对比实验,重点分析加热功率、工质充液率、倾角及冷凝段风速对其运行热阻的影响。研究结果表明:加热功率对热管的运行性能有重要影响;当工质充液率约为20%时,热管换热器具有最小运行热阻;在最佳充液率为20%和加热功率为360 W时,运行热阻随倾角的增加有减小趋势,但当加热功率较大时,倾角对热管换热器的运行热阻影响不大;随着冷凝端风速的增加,热管换热器的运行热阻不断减小。     

一种平板热管散热器传热特性的实验研究

对一种以微槽道作为吸液芯的平板式热管散热器的传热特性进行了实验研究。分析了加热功率、冷却强度、工作倾角等因素对该平板热管散热器传热性能的影响规律。实验结果表明热管内部热阻所占热管散热器总热阻的比重很小。热管冷凝端的高效散热是热管散热器正常稳定工作的关键。该平板热管散热器的散热能力强;并具有良好的均温特性,在散热冷却领域具有良好的应用潜力。     

土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究

介绍了几种常见土壤源热泵U型埋管换热器传热模型,建立了单U型垂直埋管换热器的非稳态传热模型.采用隐式有限差分法对冬季运行工况进行数值模拟,得到了U型埋管出口水温的变化规律及土壤温度场的分布规律.     

卫生热水蓄热方式对地埋管换热性能的影响分析

竖埋管地源热泵系统为室内环境控制提供冷热量。在空调工况下,热回收机组可以提供卫生热水。卫生热水的供应在冬夏不同的运行模式下,对地埋管的换热性能影响不同。通过某地源热泵工程设计,分析了冬夏季卫生热水系统在蓄热方式下对地源热泵系统地埋管换热性能的影响。利用卫生热水的蓄热能力,对地埋管换热器在不同工况下的动态换热性能进行了对比分析,并通过数值计算得到了不同运行模式下地埋管的换热性能参数。根据计算结果提出了在该工程负荷特性下的系统调节方式。     

在线清洗对管壳式换热器传热性能的影响

为提高除垢效率和管壳式换热器的传热性能,以一台燃气溴化锂吸收式制冷机组为研究对象,通过加装胶球在线清洗系统,研究了胶球在线清洗对吸收器和换热器传热性能的影响.结果表明,在无胶球线清洗工况下换热器污垢热阻随运行时间的增加而逐渐增大,直燃机组的性能系数(COP)随时间的增加而逐渐下降;在线清洗系统运行参数对投球率、发球泵运行时间及启停比对管壳式换热器污垢热阻有显著影响.当投球率为10％、20％和30％时,污垢热阻分别增加了32.8％、20.8％和5.7％;当运行时间分别为20 s、40 s和60 s时,污垢热阻分别增加了-20.8％、17.9％和10.7％;当启停比为1:1、1:2和1:3时,污垢热阻分别增加了16.1％、23.0％和29.0％.综合考虑运行费用和胶球的使用寿命等因素,当在线清洗系统的投球率为20％、运行60 s间隔120 s和启停比为1:2时,运行工况最佳.