宽雷诺数下肋参数对U型内冷通道流动与换热特性影响的实验研究

为了研究肋高和通道高的比值(e/H)、肋间距与肋高的比值(P/e)以及肋角度(α)对U型带肋通道流动与换热特性的影响,采用铜板法结合热电偶测量壁面温度分布,对6个不同肋参数U型带肋通道的表面换热特性进行了实验研究。带肋通道截面为正方形,实验的Re为5.0×10^(3)~1.0×10^(5)。研究结果表明,随着e/H和Re的增大,带肋通道的对流换热系数逐渐增大,但相应的流动损失增幅明显,e/H从0.08增大到0.12时,通道的阻力系数增大了近一倍。对于e/H=0.08的通道,P/e分别为6、8、10时,P/e为8时的对流换热系数和阻力损失均高于其他两种情况。相较于90°正交肋,带角度的斜肋能够进一步增强带肋通道的对流换热,75°肋的强化效果略强于60°肋。在实验参数范围内,对于几种不同的带肋U型通道,对流换热系数为光滑通道的1.9~3.0倍,阻力系数为光滑通道的4~16倍。综合考虑换热与流阻,e/H=0.08、P/e=8、α=45°的通道性能最好。

面向金属泡沫散热器设计的自然对流拓扑优化

针对传统方块型金属泡沫散热器散热效率不高,难以满足高功率电子器件散热需求的问题,发展了基于格子Boltzmann和水平集方法的三维拓扑优化方法。首先,采用格子Boltzmann方法求解多孔介质内的流动和传热过程;然后,采用伴随格子Boltzmann方法计算梯度;最后,根据反应-扩散方程更新水平集函数。通过对底部放置发热元件方腔的自然对流过程开展拓扑优化,得到特征格拉晓夫数为2.4×10^(2)~1.2×10^(5)的4种优化散热器结构,定量评估了散热器的强化换热性能并分析相关机理。研究结果表明:随着格拉晓夫数的增大,散热主导机制由热传导转变为热对流,优化结构由伸展的树枝状向收缩的花朵状结构转变,以留出更多空间使得流动涡旋充分发展;与传统的金属泡沫方块结构和开槽的金属泡沫块结构相比,所提优化结构表现出优异的散热性能,其分支结构和中空结构能够优化方腔内的流动,从而将散热效率提升了29.7%以上,表明了所提拓扑优化方法的有效性。研究工作可为新型金属泡沫散热器的设计提供理论指导。

堆芯燃料组件域横流轮系结构与特性研究

反应堆冷却剂流动与传热状态的空间差异性易致局部高温,在平均温度安全的条件下引入烧毁熔融风险,堆芯精细化计算流体动力学计算分析能够细致识别堆芯亚毫米级的流体速度、压力、温度等参量极值与分布状态,然而传统研究多对流阻、热阻、流动交混等状态进行线、面、体宏观积分来衡量,堆芯千万级或亿级网格的精细化数据被转化为数百或数千数量的集总数据,物理状态由三维降低到二维或一维,空间分辨率从亚毫米级降低到分米级或更低,精细数据不能有效、充分利用。为此,本文开展堆芯精细流动特性研究,探究了流体的自发构形特性,并参考机械齿轮系原理,设计了基于流轮系的精细流动分析方法;探究了堆芯组件域的轮系结构在储能、减阻、降低能量品质蜕变速率、自发优化、维持大域流动交混等特性。结果表明,堆芯燃料组件搅混翼下游流动通过自发构形,使轮系结构逐渐成熟,流动的湍流秩序逐渐协调,经量化分析确认该过程更有利于减缓横流动能的衰减速率;同时堆芯5×5棒束燃料组件等小域流动在反映流动轮系结构上存在偏差,致使质动能交混研究存在一定的局限性。

无网格数值求解方法

无网格方法是近年发展起来的一种新的数值计算方法,根据近似函数构建方法和微分方程离散方法的不同,可以构建出许多不同的无网格方法。该文简述了无网格方法的理论基础;介绍近似函数的构建方法和微分方程的离散方法,并以移动最小二乘近似方法为例,分析了权函数和形函数的特征。分析结果显示:径向基函数和点插值法均具有δ函数属性,但计算稳定性差;移动最小二乘近似函数不具有δ函数属性,但计算比较稳定;无网格方法中的3种离散方法不同之处在于:配点法不需要积分,计算量小,计算稳定性差;Galerkin方法需要借助背景网格进行积分,它不是真正的无网格方法;Petrov-Galerkin方法,是一种真正的无网格方法,它需要对每个子域进行积分,计算工作量较大。

无网格方法在流动和传热问题中的应用

综述了无网格方法在导热、辐射、对流扩散及不可压缩流动问题数值计算中的应用。给出不可压缩流动问题对流项的处理方法。简要介绍笔者对传热与流动问题的计算结果,研究结果表明:与有限容积法相比,无网格方法在计算不规则区域导热问题时有更高的计算精度,但它需要更多的计算时间;同时,无网格方法在计算不可压缩流动问题时还不成熟和完善,特别在计算对流项占优流动问题时,需要构建更好的对流项格式去提高计算的精度,同时压力项也需要特别处理以克服振荡压力场的产生。

场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(上)

简要地介绍了场协同原理的基本思想 ,综述了文献中应用数值分析方法讨论场协同原理在强化单相对流换热分析中的应用情况 ,说明场协同原理可以将现有文献中关于强化单相对流换热的 3种说法统一起来 ,因而是强化单相对流换热的统一理论 .

空冷器管组内紊流强制对流换热的热阻分离法测定

采用Ｗｉｌｓｏｎ法对１４个表面式冷却器元件进行了管内紊流强制对流换热系数的测定。实验结果表明，实测值与用ＢｏｅｌｔｅｒＤｉｔｕｓ公式计算值的偏差均在工程应用许可范围内，证实了在空冷器管组内流体紊流换热系数可按Ｄｏｅｌｔｅｒ－Ｄｉｔｕｓ公式计算。

关于编写传热学和工程热力学教材的浅见

在执行教育部世行贷款21世纪教育工程'能源动力类人才培养方案的改革研究与实践'项目的过程中,我们分别承担了负责编写国家级十五重点教材本科生的<传热学>与<工程热力学>的任务.为了编写好这些教材,我们对国内外近期出版的一些优秀教材进行了分析对比,结合我们自己的教学和编写教材的经历与体会以及在执行面向21世纪'热工系列课程内容与课程体系改革的研究与实践'项目中得到的认识,我们认为,对于像<工程热力学>、<传热学>这样一些应用性极强而同时又是十分活跃的基础技术科学,要编写一本适应时代发展的好教材,应当注意以下三个方面的问题.

过渡季节某大型阶梯教室内热环境的数值分析

教室环境对学生的学习效率有着不可忽视的影响。为此，利用数值模拟的方法研究了西安某大学一座大型独立阶梯教室内的热环境，并评价了其对室内人员舒适性的影响。将模拟季节选在一年中的过渡季节（环境温度处于5～17,℃），并选择了有代表性的教室内窗户关闭、学生穿着热阻为1,clo 服装的情景。计算结果显示：当环境温度从7,℃变化到15,℃时，教室内学生、教师的体表温度和教室平均温度均随环境温度同程度提高。结果还表明：在环境温度较低时（7～10,℃），位于教室前排，以及靠近外墙、过道、后门的同学体表温度低，教室内热环境的舒适性指标远低于舒适范围的下限；在环境温度较高时（15,℃左右），教室内热环境基本可以满足舒适性要求。

传热学教材60年的主要变迁及《传热学》(第5版)简介——纪念杨世铭、陈大燮编《传热学》出版60周年

总结了国内外60年来传热学教材的主要变迁,同时简要介绍了《传热学》(第5版)的主要特点,提出传热学教材编写应该具有时代特色、适应学科发展、注重工程应用、能反映我国研究成果、便于读者使用。

数据中心机房气流组织仿真技术探讨

对数据中心中冷却气流的数值仿真问题进行了详细的探讨。首先指出了数据中心气流流动与传热是一个多尺度问题,接着详细介绍了文献中现有机柜数值模型的基本思想,提出了合适机柜数值模型的条件;然后介绍了一个船用小机柜的多尺度仿真结果。对数据中心气流温度的快速获取问题,介绍了POD方法的基本思想。最后讨论了开发具有自主知识产权的数据中心机房气流仿真软件的重要性。

关于“充分发展”概念的讨论

在传热学的教材及文献中,经常出现“充分发展”、“相似”或“正规状况”等术语。在不少情况下,这些术语所描写的不同现象具有惊人的共同本质。本文指出了这些物理现象的共性及数学描写的特点,分析了四个例子,对现有教材中的一些提法提出商榷意见。

波纹管内强制对流换热与阻力特性的实验研究

用实验方法研究了空气在具有 3种不同管径 19、2 5、32mm的波纹管内的流动与换热特性 .管的外壁采用电加热 ,来模拟均匀热流的条件 ,测得了不同工况下各种管径的平均对流换热系数和阻力系数 ,拟合出了所测的参数范围内的阻力和换热实验关联式 ,并比较了相同管径的波纹管和光管的换热效果 ,发现无论在哪种比较条件下 ,波纹管均比相同管径下的光管综合换热性能强 .

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.

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟 ,得到了流速与换热系数的关系 ,以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场 ,并首次利用场协同原理进行了分析 .结果表明 :当流速很低时 ,速度与换热系数几乎成线性变化 ,场的协同性很好 ;随着速度的增加 ,场的协同性变差 。

螺旋折流板换热器中阻流板对换热及沿程压降的影响

本文分别对螺旋角为１０°和１５°的管壳式螺旋折流板换热器加与不加阻流板进行了换热与阻力性能实验。实验是在相同的传热管束，相同的壳体内径，并在相同实验条件下（即在相同的冷热流体流速下）作比较。实验结果表明，加阻流板后，与不加阻流板的同一试件相比，二者换热性能相当。而由于阻流板的冲击，使壳侧沿程压降显著增大。

场协同理论在椭圆型流动中的数值验证

本文用数值模拟的方法，通过四个椭圆型流动传热的例子验证了场协同理论的正确性．结果表明，场协同理论不仅适合于抛物型流动，亦适合于复杂的有回流的椭圆型流动．

交错螺旋折流板管壳式换热器壳侧传热与阻力性能

对交错搭接螺旋折流板换热器壳侧的流动与传热性能进行了实验研究, 着重研究了内插假管及不同螺旋角度对壳程传热和阻力的影响, 并与传统弓形折流板换热器进行了对比. 结果表明, 假管的存在反而使传热综合性能下降, 同时, 在相同的壳侧流量下, 螺旋折流板换热器的壳程阻力和壳侧传热系数均随螺旋角的增大而减少, 且小于同样条件下弓形折流板换热器的相应值. 与弓形折流板换热器相比, 螺旋折流板换热器的特点是单位压降下的壳侧传热系数高.

脉动流动强化换热的数值研究

对脉动流动强化凸块散热进行了数值研究,讨论了雷诺数Re,斯德鲁哈尔数St,脉动振幅A等参数对凸块散热性能和通道中压力损失的影响。数值结果表明,脉动流动加强了流体的扰动和掺混作用,增强了流体的传热能力,进而强化了凸块的散热。凸块散热的强化效果随着Re数和A的增大而增大,并且对于该模型存在最佳的St数。另外,通道中瞬时压力损失满足正弦规律变化,其周期平均的压力损失与稳态时差异不大。

空调蒸发器用管翅式换热器开缝翅片的数值设计

通过三维层流数值模拟,与平片计算结果对比,设计了适用于低流速和Re数(迎面风速1-3 m／s,对应Re数 901-2702)下的空调蒸发器用管翅式换热器的开缝翅片形式。研究表明:在上述迎面风速和Re数范围内,开缝翅片性能曲线和平片性能曲线不可避免地有一个交叉点,对应Re数称为转折Re数,在交叉点前的速度和Re数范围内,平片换热器的综合性能优于开缝翅片,而在高于转折Re数后,随着迎面风速的增大,开缝翅片的综合换热性能将越来越优于平片;依据“前疏后密”原则适当减少开缝翅片换热器开缝的条数,可以有效降低转折Re数,并显著改善低流速和Re数下换热器的综合性能。另外,再次验证了场协同理论-温度场和速度场的协同性与换热器换热量间的必然联系。