三维内肋螺旋管内强化换热实验

采用实验方法测试了三维内肋螺旋管内的流动传热性能。实验用的螺旋管曲率δ =0 .0 6 6 3,测试段长 1.15m ,试验工质为水。对螺旋光管和两种不同结构尺寸的三维内肋管进行了测试 ,测量的雷诺数范围约为Re=10 0 0～ 85 0 0。结果表明 ,三维内肋对螺旋管内的对流换热仍然有较大的强化效果 ,同时流阻也有一定程度的增加。与未加肋的螺旋光管相比 ,在测试的流动范围内 ,两种三维内肋管的平均换热强化比达 1.71和 2 .0 3,热力性能系数为 1.2～ 1.6 6。

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。

螺旋管内单相及沸腾的强化换热与阻力特性实验

实验研究了三维内肋螺旋管内单相及沸腾的强化换热与阻力性能。单相对流换热实验采用光滑螺旋管和两种不同结构尺寸的三维内肋螺旋管。与光滑螺旋管相比,在测试的流动范围内,两种三维内肋管的平均换热系数增加了71%和103%,平均阻力增加了90%和140%;曲率δ=0.0605、测试段长0.58m的三维内微肋螺旋管内流动沸腾换热实验结果表明在不同质量流速、热流密度工况下,三维内微肋螺旋管的平均换热系数比光滑螺旋管增加40%到120%,阻力增加18%到119%。

基于VOSET方法模拟并排气泡的上升过程

采用VOSET方法和耦合表面张力模型的N-S方程,模拟竖直通道内并排气泡对的上升过程,模拟与实验结果吻合较好.重点研究表面张力系数对并排气泡上升轨迹和速度的影响.结果表明,随着表面张力系数的变化,并排气泡对的上升过程出现三种类型:两气泡融合,两气泡反复靠近、远离但未融合,两气泡碰撞反弹后逐渐远离.在未融合的情况下,并排气泡对的上升轨迹关于通道中心线对称,左右两个气泡的上升速度基本一致,水平速度大小相同,方向相反.

风力机翼型边界层分离流动三维特性的数值模拟

针对NRELS809翼型绕流流动分别建立了二维和三维可压缩湍流模型,并进行了相应的数值模拟计算。湍流黏度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和k-ωSST两种湍流模型来处理。研究结果表明:基于RANS的三维Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下得到了更加细致的涡结构,且更能显示出边界层分离流动的三维特性,计算出的翼型气动性能与实验测试值更接近,因此,Spalart-Allmaras湍流模型比k-ωSST湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效。数值计算结果同时揭示了分离流动的三维特性是影响翼型气动性能的重要因素,而二维模型并不适用于翼型气动性能的计算。

回填料对地埋管换热器性能的影响

采用了地埋管换热器三维非稳态耦合传热的物理数学模型,针对实际的地埋管结构和热响应测试工况进行了相应的数值模拟。将模拟计算结果与TRT热响应测试结果进行了比较,验证了所建模型的正确性。在此基础上,考察了地埋管换热器回填料导热系数及比热等物性参数对地埋管换热器性能的影响关系,为热响应测试以及工程设计提供有益的理论指导。

不同直径和流量对层叠式微通道散热器热性能的影响研究

本文基于PCHE板提出层叠式微通道散热器,并对其在不同直径和流量下进行了数值模拟分析。结论表明,增大流量可以增强散热器换热性能,当散热器一个分析单元的流量从20 ml/min增至40 ml/min时,热阻可降低约35%,但随着流量的进一步升高热阻的减小率也会逐渐下降。流量保持一定时减小通道直径也可以达到增强换热的效果,但增大流量以及减小通道直径都会引起压降的增加。层叠式微通道散热器各层通道的换热情况不相同,底层流体在入口处附近换热较强,而高层部分的流体在入口处换热很弱。在充分发展段,各层通道流体与壁面换热的Nu数趋于一致。

一种用于动力电池热管理的均温液冷板

动力电池热管理的目标不仅是保证电池模组在合适的温度范围内工作,而且要尽量保证模组内部温度均匀。液冷板是电池模组主动液体冷却系统的一个重要组成部分,此前对电池热管理的研究大多集中在液冷板流道结构及冷板排布方式对电池模组温度分布的影响,而忽略了冷却液的沿程温升对模组温度均匀性的影响。根据间壁式传热原理,提出采用液冷侧非线性强化传热的方式,以实现热源侧壁面温度均匀分布的均温液冷板结构。以某一动力电池模组液冷散热要求为例,构建了非线性传热强化液冷均温板模型,并进行了相应的数值模拟。结果表明,提出的均温液冷板能有效实现动力电池模组均温性要求。

卡鲁金顶燃式热风炉的流场结构及组分混合特性

建立了卡鲁金顶燃式热风炉燃烧器内空、煤气流动混合过程的物理数学模型,通过模型实验和数值模拟研究了热风炉内的流场和组分混合特性,揭示空、煤气单吹情况下喷嘴中的流量均匀性以及格子砖对燃烧器出口气流的影响机理及规律,为燃烧器的设计和改造提出了建议。

摇摆条件下窄矩形通道内流动传热特性数值模拟

建立窄矩形通道在摇摆条件下湍流流动的物理数学模型,应用数值分析方法模拟窄矩形通道的三维非稳态流动的传热过程;考察摇摆条件下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数Re、摇摆周期T及摇摆幅度max影响的变化规律。结果表明,摇摆状态下窄矩形通道内速度场呈周期性变化;时均摩擦系数favg和时均努塞尔数Nuavg比非摇摆工况下的结果大,Nuavg满足拟合公式0.851 0.4Nu 0.023Re Pr;在相同Re和摇摆周期T下,通道内流体摩擦压降和Nu的变化幅值随max的增大而增大,其变化周期等于T;在相同Re和max下,摩擦压降pf和Nu的变化幅值随T的增大而减小,其变化周期等于T。

流动沸腾的格子Boltzmann方法模拟

采用新的描述气-液相变过程的格子Boltzmann理论模型对大空间和水平管内流动沸腾现象进行模拟。观察到气泡随时间的变化不断长大,并在浮力和流体运动作用力影响下脱离壁面,以及气泡在液相上升过程发生碰撞、聚合等现象。进一步研究重力对水平管内各种流型的影响及水平方向加速度对大空间流动沸腾的影响,验证了该模型对复杂相变问题模拟的可行性。

自然对流对螺旋管内湍流对流换热影响

采用控制容积有限元法对有自然对流影响的螺旋管内三维湍流对流换热问题进行了数值分析研究 .螺旋管内湍流对流换热利用 RNGκ-ε湍流模型进行模拟 ,近壁处湍流利用非平衡壁面函数法处理 .数值迭代计算过程中 ,利用 SIMPLEC算法求解速度与压力的耦合 .数值计算详细揭示了螺旋管进口段内湍流混合对流换热的发展过程以及自然对流对传热努塞尔数的影响 .

转炉环缝洗涤器两相流动阻力特性数值模拟

针对转炉煤气环缝洗涤器内复杂两相流动和换热问题建立了三维物理、数学模型,进行了大量的数值模拟计算,得到不同煤气流量、环缝行程以及水气比工况下转炉环缝洗涤器内多相流动和传热的阻力特性数据,揭示了转炉环缝洗涤器内多相流场特性和各个影响因素对阻力特性的影响规律,推导出转炉环缝洗涤器阻力特性计算的经验关系式.

有内热源的液池与管内流体的耦合传热

对均匀内热源溶液池内的自然对流及冷却盘管内强制对流的耦合传热过程进行了分析,建立了相应的三维物理数学模型,并采用有限容积法进行了数值求解。针对不同容积热源强度以及不同管内流速下溶池内自然对流与冷却管内流体的耦合传热过程进行了数值计算。计算得到的管内外流体对流换热系数以及溶液池与管内流体的总传热系数与理论值以及实验测试结果吻合较好,表明了本文所建立数学模型的正确性。研究结果揭示了溶液池内容积热源强度及管内流速对总传热系数有显著的影响。

四气门发动机进气流动特性的数值建模

应用 CFD( computational fluid dynamics)对具有两个进气道的 JL475发动机气道内三维可压缩湍流流动进行了数值模拟 ,得出了气阀在不同升程下的进气流量系数 ;并将计算结果与试验结果进行了比较分析。结果表明所选模型和计算方法正确 ,说明了可以利用数值模拟计算代替试验测试得到进气门流量系数。

环肋肋基温度沉降对肋片散热的影响

对圆管外带环肋的肋壁传热进行了分析，采用有限差分法对环肋的二维轴对称导热问题进行了数值模拟，以考察环肋肋基温度沉降对肋片散热的影响，得到了不同几何结构及运行工况下肋基温度沉降对肋片散热的影响曲线。结果表明，在实用的工程应用范围内。

高速线材控制冷却喷嘴的阻力特性分析

利用数值模拟的方法研究了高速线材冷却喷嘴的阻力特性,针对一系列的工况进行了大量数值计算,得到了不同工况下水冷喷嘴的阻力特性数据,揭示了水冷喷嘴在结构尺寸一定的情况下水流量、线材直径和线材速度对水冷喷嘴阻力特性的影响。根据计算出的结果拟合得到了喷嘴的阻力系数计算的经验关系式。最后根据线材轧制现场采集得到的喷嘴阻力特性数据对经验关系式进行了修正,为高速线材的控制冷却工艺的设计提供了理论依据。

传导面积及轴向导热对高温换热设备管口区传热的影响

对高温换热设备管口区的传热进行了深入的分析。采用数值计算方法着重研究了管口单元传导面积和管段轴向导热对管口区温度场的影响,得到了管口最高温度与延伸管段长度之间的关系。将计算结果与不考虑这两个因素时的已有结果进行了比较,表明对于高温换热设备管口结构的控温防护而言,其影响是不可忽略的。

有凸出离散热源封闭空腔内耦合自然对流换热

建立了一侧竖壁等温冷却、另一侧竖壁均匀分布五个凸出热源的二维封闭空腔内自然对流换热的数学模型 ,对不同高宽比下的层流自然对流换热进行了数值分析。空腔高宽比范围为 :3.0≤A≤ 12 .2 2 ,RaH 为 10 7,Pr数取 30。计算结果表明 ,与平面热源的情形相比 ,凸出热源的整体换热效果较好。当高宽比A较大时 ,空腔内出现的多个二次流强化了传热 ;A减小时 ,由于二次流的减弱和消失 ,换热效果下降。最后根据计算结果整理出了空腔内的传热关联式。

微/纳米粒子在缩放喷管中的加速特性

冷喷涂(CGDS)过程中粒子速度是决定粒子粘附性的最重要的因素之一。本文对确定进出口压力和温度边界条件下氮气(N2)在拉阀尔喷管中的流动进行了数值分析研究,并计算了粒径在100nm到50μm之间铜和铂两种金属粒子在喷管中的加速运动过程。结果表明在喷管扩张部分的出口处有圆锥状的微弱震荡(压缩波)产生;材料密度对微米尺度的粒子的加速特性有显著影响,而对纳米尺度粒子的加速行为影响不大;在相同的入口条件下,粒子越小则其在喷管出口处的速度越大。