平板通道中热局部非平衡对努塞尔数的影响

利用傅里叶级数,研究了多孔介质平板通道中Darcy流体热局部非平衡对努塞尔数的影响.考虑流体流动方向的热传导以及固相和流相相互作用的粘性耗散,根据热局部非平衡的两能量方程模型,得到了常壁温时多孔介质固相骨架温度和孔隙流体温度的解析解.针对不同的物性参数,给出了局部努塞尔数的分布特征.通过参数研究,揭示了热局部非平衡时强迫对流努塞尔数的响应特征.

微通道入口处的摩擦因子与努塞尔数

针对具有均匀入口速度与温度剖面的微通道中的气体流动与传热 ,证明了在速度滑移与温度跳跃区 ,通道入口处的摩擦因子与努塞尔数为有限值 ,它们的具体数值依赖于克努森数以及壁面和气体分子间的动量与能量交换的完善程度 ,而和微通道的横截面形状无关 .

考虑气道局部努塞尔数的干式变压器热网络模型

为了准确分析干式变压器的热特性,提出一种考虑气道局部努塞尔数(Nu)的热网络模型。建立干式变压器的磁-热-流耦合有限元仿真模型,通过温升实验验证仿真模型的准确性;基于仿真数据获取局部努塞尔数关联式,用于修正热网络模型中的对流热阻,并对比分析修正前后热网络模型的准确性。以高压绕组温度的计算结果为例,未修正模型计算结果与仿真模型计算结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为7.7℃和11.7%,修正模型计算结果与仿真模型计算结果的平均绝对误差和平均相对误差分别为5.5℃和8.4%,修正模型计算的轴向温度分布与仿真结果吻合度较高。仿真结果表明,修正后的热网络模型能够更准确地计算干式变压器绕组的温度分布。

强声波作用下烟气夹带单颗粒煤粉传热特性的数值研究

根据二维轴对称、非稳态、层流的质量、动量和能量守恒方程,研究了强声波作用下夹带在烟气中单颗粒煤粉的传热特性.分析了声压级为145~167dB,频率f分别为50 Hz、1 000 Hz和5 000Hz时,颗粒壁面的温度场、局部努塞尔数、表面平均努塞尔数及时间-空间平均努塞尔数的分布.结果表明:当f=50Hz时,颗粒壁面流场主要受到曲率效应的影响,努塞尔数随着振荡速度幅值的增大而增大;随着频率的增大,流动加速度的作用逐渐加强,当f=5 000Hz时,热边界层与流场之间出现了相位迟滞;不同频率时颗粒的努塞尔数相差不大,时间-空间平均努塞尔数的最大差值比为2.82%;当声压级为167dB,f=5 000Hz时,颗粒的时间-空间平均努塞尔数是无声场时的1.78倍.

翅片参数对小型转子发动机端盖传热特性影响

为了探究小型风冷转子发动机散热翅片参数与端盖传热特性之间的关系。基于流体力学理论与传热学理论,建立了整机冷却散热的流固耦合三维仿真模型,对具有不同散热翅片参数的发动机进行了数值模拟,研究了翅片的高度、长度、厚度及翅片间隙对端盖表面的换热能力和综合性能的影响。结果表明,随着翅片高度的增加,端盖表面的换热能力先提高后降低,但综合性能评价指标不断减小。翅片长度小于10mm时,适当的增加翅片长度可提高换热能力。此外,随着翅片间隙与翅片厚度的增加,端盖表面的散热能力持续增强、综合评价指标不断提高。该研究可为小型风冷转子发动机端盖散热翅片的优化设计提供理论支持。

高炉喷吹煤粉颗粒与热风间动量能量交换的数值仿真

为了揭示高炉风口回旋区周边颗粒对煤粉颗粒受力和传热特性的影响机理,建立了基于CPU-GPU异构并行模式的三维浸没边界-格子Boltzmann法(IB-LBM)模型,针对串列三颗粒在流场中的曳力和传热特征开展数值模拟研究,详细讨论了雷诺数(10≤Re≤100)和颗粒间距(s=2D,4D)对曳力系数Cd和平均努塞尔数Nu的影响.结果表明:第2个和第3个颗粒置入后,随着Re的增大,3个颗粒的Cd均减小(Cd_(1)>Cd_(2)>Cd_(3)),而3个颗粒的Nu均增大(Nu1>Nu2>Nu3);根据数值模拟结果,分别构建了串列三颗粒的Cd与Nu的新关联式,新关联式得出的Cd和Nu预测值与数值模拟结果相比,最大误差分别为2.5449%和0.4480%,这表明该关联式适用于高炉喷吹煤粉颗粒在热风中受力和传热机制的数值仿真过程.

液力惯容器螺旋管对流换热数值模拟

采用数值模拟研究了液力惯容器螺旋管的对流换热特性。通过建立液力惯容器螺旋管的流动换热数值模型,仿真得到管内的流体流速及温度分布,采用努塞尔数描述螺旋管的对流换热能力,分析了不同参数对螺旋管流动换热特性的影响。结果表明:螺旋管的速度场和温度场均呈C型分布,表明产生了二次流现象;随着入口和壁面温度增加,努塞尔数先降低后增加;随着雷诺数、相对粗糙度、螺旋直径的增加及螺旋管内直径和螺距的减小,努塞尔数增加,对流传热能力加强。研究结论为螺旋管式液力惯容器的热力学设计提供了理论依据。

封闭腔内层流自然对流换热过渡层数值研究

对正方形空腔内的层流自然对流换热进行了数值模拟 ,用SIMPLE算法和乘方格式对该问题 (Ra =1× 10 3～ 1× 10 6)进行了详细的数值计算 .根据计算结果 ,在前人工作的基础上总结出封闭腔内层流自然对流换热的变化规律 ,提出了导热占主导地位的层流流动和导热与对流共时作用的层流流动的分界点 ,同时得出了两个区域的平均努塞尔数的计算公式 ,通过比较 ,表明其精度较以前的计算公式要高 .

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。

燃气射流冲击传热特性的数值模拟

针对射流传热问题,利用基于RNGk-ε湍流模型的数值方法模拟了射流垂直冲击平板的流动过程,并与实验数据比较,验证了模型的可行性。在此基础上,以火箭喷管入口参数为入口条件,建立了超音速燃气射流垂直冲击平板和冲击浸没平板的计算模型,分析了不同冲击条件下努塞尔数分布规律和温度分布规律,论述了超音速射流传热的特性及影响传热特性的因素。得到了冲击距离为（14~18）D的努塞尔数取值范围,并表明冲击距离和射流温度是影响传热效率的关键因素;冲击距离增加,传热效率降低,冲击平板表面的射流温度越高,传热效率越高。

波纹结构参数对搪瓷蓄热元件传热及流动特性的影响

为了缓解回转式空气预热器积灰和低温腐蚀,大部分电厂在空气预热器冷端采用搪瓷蓄热元件。本文利用数值模拟方法对一种常用的搪瓷蓄热元件进行分析,研究其传热及流动特性随波纹高度与宽度等结构参数的变化规律,从而优化蓄热元件设计。研究结果表明:增大搪瓷蓄热元件波纹高度和宽度,有助于强化传热,但同时使流动阻力增大,且随着波纹高度和宽度的增加,阻力系数f增幅远大于努塞尔数Nu的增幅;在回转式空气预热器内部布置空间充裕的情况下,可通过适当减小波纹高度和宽度,获得搪瓷蓄热元件良好的流通特性,从而减小送、引风机电耗,降低电厂运行成本。

微通道内流体流动及换热特性的数值分析

采用Navier-Stokes方程与滑移边界条件联立的理论分析模型,对等壁温、等热流及无温度梯度工况下,气体在微通道中的流速分布、阻力系数变化趋势(Cf.Re)和传热特性(努塞尔数)进行了数值研究。结果表明:气体稀薄效应可显著减小管内的摩擦阻力和努塞尔数,增大气体流速;壁面的速度滑移和温度跳跃对微圆管内换热特性的影响相反,温度跳跃的影响更大;等热流加热与等壁温加热两种情况下,努塞尔数随克努森数的变化趋势明显不同。

腔体高度对Rayleigh-Bénard对流的影响的二维数值分析

腔体高度的改变会对Rayleigh-Bénard对流产生影响.本文利用二维流体力学基本方程组进行数值模拟,在相对瑞利数r(28)5,腔体高度0 0 0 0 0d(28)1d,1.4d,1.8d,2d,3d(cm10d(28))时,研究了对流运动的动力学特性,发现随着腔体高度d的增加,稳定对流的对流圈数与之呈线性反比例关系,而对流波数k随之基本保持恒定;对流稳定后,对流振幅和努塞尔数随腔体高度d增大而减小,且得出对流振幅和努塞尔数随着相对腔体高度0/dd变化的函数关系式.在腔体高度0 0 0d(28)1d,1.4d,1.8d情况下,对流振幅和努塞尔数都随相对瑞利数r的增大而增大;且腔体高度d越大,其增长率反而越小.

迷宫密封传热特性的数值研究

采用包含固体域和流体域的耦合传热数值求解方法,研究了典型燃气轮机迷宫密封的传热特性,并与实验值进行了对比.通过计算得到了2种间隙下13齿迷宫密封转子面和静子面附近的努力塞尔数Nu分布,计算值与实验值吻合良好.研究结果表明:在所考核的涡黏湍流模型中,由k-ω和SST湍流模型计算得到的Nu与实验值吻合良好,标准k-ε湍流模型和k-εRNG湍流模型计算得到的Nu比实验值约高70%;对于直通型光滑面迷宫密封,在静子面上,第1齿前区域的Nu沿轴向逐渐增大,齿后区域的Nu在某一值上下波动;在转子面上,腔室区域的Nu沿轴向逐渐增大,齿尖区域的Nu有较大突跳.静子面上Re对迷宫密封平均Nu的影响大于转子面;随Re的增加,静子和转子固体域的温度梯度逐渐增大,但Nu分布曲线的形状基本不变.

竖排水平管表面LiNO_3自然对流传热数值模拟

为了得到管排表面熔盐自然对流传热规律,采用数值模拟方法对封闭空间内竖直排列3种不同直径(4、8、12 mm)水平加热圆柱表面熔盐Li NO3的自然对流传热规律进行分析。结果表明,下部圆柱的自然对流传热规律均与单根圆柱表面传热一致,而上部圆柱表面传热则受下部圆柱的影响较大,且随着两圆柱间距的增大下部圆柱产生的羽流对上部圆柱产生两种相反的影响。当圆柱间距较小时,下部圆柱产生的热羽流会对上部圆柱起到预热的作用,使得圆柱与流体的局部温差减小,导致上部圆柱表面的努塞尔数NuU较小;而当两圆柱的间距较大时,下部圆柱的羽流流速对上部圆柱冲刷起到强迫对流的作用,使得上部圆柱的换热增强,NuU增大。随着圆柱直径的增加,顶部圆柱的对流传热在更小的管间距下达到稳定。该文拟合得到水平圆柱表面硝酸盐自然对流传热关联式,可为融盐蓄热中管排换热器设计提供依据。

贝克利数对圆管流道交变流动传热的影响分析

从可压缩黏性流体的一般控制方程出发,通过数值模拟,研究管内可压缩层流交变流动传热现象,重点关注贝克利数对于传热的影响。采用离散傅立叶级数的形式表征管内交变流动传热特性,研究表明采用五阶级数拟合值与原始数据的相对误差可小于10%。给出了贝克利数为2和300时,一个周期内交变流动传热过程的计算结果,并进行了对比分析。根据模拟计算结果,分析了时均努塞尔数(即0阶努塞尔数)随贝克利数的变化关系。

非定常尾迹对复合角度叶片传热性能影响的数值研究

应用标准k-ε紊流模型及SIMPLE算法,在非定常环境下,通过直径分别为2,4,6mm的圆柱(尾迹宽度)来模拟燃气轮机静叶产生的尾迹,分析1个周期内展向倾角为45°时,射流孔中心线与叶片表面的夹角分别为30°,45°,60°的3种复合角度动叶表面的传热特性。结果表明:1个周期内动叶全表面努塞尔数明显不同;随着动叶复合角度的增大,尾迹使压力面传热效果增强,吸力面传热效果减弱;不同宽度尾迹对压力面传热效果的影响明显高于吸力面,而尾迹宽度为4mm时,下游动叶全表面的传热效果最佳。

不同安装角下透平静叶气膜冷却传热特性的数值研究

通过Fluent软件对吹风比M=1.0时,透平静叶不同安装角(β=40°、50°、60°、70°、80°和90°)的表面传热特性进行了研究,分析了冷却效率和壁面努塞尔数的变化,结果表明:随安装角的增大,压力面射流孔下游附近的冷却效率提高,而吸力面恰好相反,综合看来,β=70°时冷却效果最好;在压力面,β=90°、80°和70°时,Nu的峰值小;β=60°、50°和40°时,Nu峰值大,且更靠近射流孔下游。在吸力面,Nu总体呈上升趋势。

螺旋管内幂律流体流动换热数值模拟

研究幂律流体在螺旋管内的流动换热特性可为石油开采工程中驱油剂的应用提供理论支持。文章通过建立流体流动换热模型,分析了幂律流体在螺旋管内的流动换热特性。结果表明:螺旋管沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值增加而增大。层流工况下,随着雷诺数的增大,沿程阻力系数减小,努塞尔数增大;湍流工况下,在雷诺数一定时,沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值和相对粗糙度的增大而增大,且粗糙度越大,曲率对沿程阻力的影响也越大,而当粗糙度一定时,曲率值越大,雷诺数对沿程阻力系数的影响越明显。

离散热源的自然对流换热数值模拟

利用FLUENT软件对有离散热源的封闭腔内的自然对流换热进行数值模拟,对不同瑞利数Ra下的自然对流换热的情况进行计算,得出随着Ra的增加,空腔内部的等温线由垂直变为水平,换热逐渐从导热占主导地位变为由对流换热占主导地位,平均努塞尔数Nuave随着Ra的增加而增加;对于有离散热源的电子元件,为了增加元件的使用寿命,降低经济成本,可采用增加Ra的方法来增加元件内的自然对流换热能力。