磁场诱导矩形通道内铁磁流体流动及强化传热

为深入研究外加磁场作用下矩形通道中铁磁流体的流动及换热性能,基于有限体积法对其进行数值仿真计算。分析铁磁流体在不同雷诺数Re、磁场强度B下对努塞尔数Nu及流体阻力系数f的影响,重点对比3种热边界条件下磁场诱导铁磁流体旋流流动的特点、强化传热效果及综合强化性能。结果表明:当外加磁场作用于铁磁流体时,由于磁场-流场-温度场的协同作用,3种热边界条件下,矩形通道内的铁磁流体均产生不同结构的旋流流动,明显强化其传热效果,且施加的磁场强度越大,强化传热效果越好,综合性能更优。在研究范围内,通过对3种热边界条件的比较,四面受热、上下两面受热和底面受热的综合强化因子最大值分别达到了1.372、2.277、2.299。

定形相变材料储热性能和强化传热研究进展

潜热蓄热技术被视为缓解能源供需矛盾的有效措施,其利用相变材料在相变过程中吸热/放热来实现能量的存储和释放,在建筑节能、温室控温、调温服装等领域具有极大的应用潜力。归纳了定形相变材料的种类和特点,对多孔基相变材料、微胶囊相变材料和聚合物基相变材料等制备技术及储热性能的研究进展进行了综述,分析了定形相变材料制备过程中存在的问题,介绍了定形相变材料的强化传热方法,最后讨论了今后研究工作的重点并展望了定形相变材料的发展前景。

旋流强化换热器传热与流阻分析

为了研究管程旋流强化中换热器的性能,设计了一种适合气体流动的旋流元件安装于换热器的管程换热管入口处。通过RNG k-ε模型进行了数值研究,对不同参数旋流结构和换热器入口流量为30~50 m3/h的条件进行研究,并模拟结果进行换热器的设计和实验系统的搭建。结果表明:加入旋流元件可以使流动趋于均匀进入各换热管,旋流元件对换热管近壁面处速度提升明显,总体传热系数提高了76.1%~135.9%,压降增加约5.7%~19.5%,旋流元件的加入使得换热器以较小的压力损失的情况下获得较高的换热系数。对其螺旋角度(14°、18°、26°)、长度(32 mm、48 mm、64 mm)以及叶片宽度(8 mm、10 mm、12 mm)进行分析,得到α=18°,L=48 mm,W=10 mm时,换热器效果为最佳。

螺旋套管换热器多样式内管壳程流体强化传热的数值分析

应用CFD软件对内管为光管、螺纹管、横向纹管和纵向纹管的螺旋套管换热器壳程流体的流动及传热进行数值模拟,并将其模拟结果进行对比,分析其温度场和速度场的细观信息以揭示其壳程流体的换热特性和流动特性。结果表明,在研究范围内,内管为螺纹管的壳程流体流动和传热的综合性能最佳,其综合评价因子的值均在1.10以上,最大可达1.18;凸起螺纹对壳程流体起到扰流和导流的双重作用,减薄了边界层厚度,增强壳程流体的混合程度,实现了强化传热的目的,为工程实际应用提供帮助。

传热强化技术课程的思政教学模式研究

如何在专业课程中有机融入思政元素,实现“教科学知识、育民族精神”的目标,是目前高校教师研究的热点。传热强化技术是动力工程类专业的一门专业核心课程,为构建“大思政”格局,实现传热强化技术课程与思想政治理论课的同向而行,开展传热强化技术课程的思政教学改革迫在眉睫。课程思政教学改革将通过现有教学内容与思政教育的结合,开发适合本课程的思政教学模式,找准思想教育切入点,将思政元素引入课程教学,制订新教学大纲,构建思政教学的案例库,实践思政教学于课程教育的各个环节,为其他工科课程提供一定的借鉴。

红外抑制器混合管壁肋片强化传热和引射特性

为了降低直升机分流引射式红外抑制器外露遮挡罩表面温度,提出抑制器外侧混合管表面肋片强化换热结构,采用数值模拟的方法,对抑制器混合管表面肋片结构下的引射和强化传热特性进行了研究。结果表明:与混合管表面无肋片结构相比,肋化的混合管表面对流换热增加了83%,辐射换热减少了31%,遮挡罩壁面平均温度降低了7 K;遮挡罩外侧狭缝进气面积增加后,二级引射冷气量增加了近3倍,遮挡罩壁面平均温度降低了18 K;在遮挡罩上、下位置增加引射口后,引射气流可直接作用于遮挡罩高温壁面,遮挡罩壁面热斑消失。

扭曲椭圆管内强化传热及熵产特性

为探究扭曲椭圆管内强化传热及熵产特性,基于实验验证,在雷诺数(Re)为710~4790范围内,采用数值模拟方法着重分析了包含扭曲比(P/D)和长短轴比(A/B)在内的结构参数及Re对扭曲椭圆换热管内传热和流动阻力性能的影响规律,并依据熵产理论分析扭曲椭圆管内的熵产特性,以期揭示扭曲椭圆管内流体对流传热强化机理。结果表明:扭曲椭圆管内对流传热性能、流动阻力及总熵产随Re的增大而分别增大、减小及增大,随P/D的减小或A/B的增大均增大,且总熵产主要由传热过程不可逆损失引起;当A/B=2.16和P/D=11.90时,传热系数(h)和压降(Δp)均达到最大值;此外,当P/D=26.33和A/B=1.34时,总熵产最小。

场协同拉伸螺杆强化混合与传热机理的研究

基于聚合物场协同塑化输运混炼原理,设计开发强化混合与换热的场协同拉伸螺杆新结构——场协同拉伸元件,利用ANSYS Polyflow对普通双头螺纹螺杆和不同拉伸元件排布的场协同拉伸螺杆进行了数值模拟,对比分析了不同螺杆构型对聚合物胶料的混合性能、传热性能以及塑化均匀性的影响。结果表明,场协同拉伸螺杆综合性能均优于普通螺纹螺杆,其中,场协同拉伸元件集中排布的螺杆B传热性能最优,场协同拉伸元件分散排布的螺杆F混合性能最优;场协同拉伸螺杆中拉伸元件的径向收敛流道改变了速度场的方向,使速度矢量产生了径向分量,促进了速度场与温度梯度场、速度梯度场的协同相互作用,增加流场中的拉伸流动和拉伸形变,强化了热质传递输运过程。

气相旋转换热器壳程强化传热数值模拟

目前,针对大批量谷物干燥的换热器种类较少及现有换热器换热量小、换热效率和能源利用率低等问题,在前人研究的基础上改进了气相旋转换热器结构,并改变螺旋叶片螺距来强化壳程传热。采用计算流体力学软件FLUENT数值模拟方法,对气相旋转换热器壳程进行传热特性分析,得到气相旋转换热器壳程流场在两种螺距的螺旋叶片结构下的压力云图、温度云图和流体速度矢量图,并对比不同流量条件下以两种螺旋叶片螺距为变量的壳程压降、壳程出口温度。研究结果表明:在壳程进口流速为4m/s、进口温度为100℃工况下,对比螺旋叶片螺距为277.5mm及壳程螺距为412mm的螺旋叶片,壳程压降增加30.1%,努尔赛数提高为40.7%。

鱼鳍型涡发生器强化管翅式换热器传热

提出了一种鱼鳍型涡发生器,并将其应用在管翅式换热器中强化传热。采用数值模拟方法研究了鱼鳍型涡发生器安装方式对换热器中流体流动和传热的影响,分析了流体流经涡发生器前后的压力变化。结果表明:涡发生器以common-flow-up方式安装在圆管下游时传热j因子提高了46.6%,摩擦因子提高了24.4%,与以common-flow-down方式安装于圆管上游相比,圆管后方的负压区更小,流动阻力更小,冷热流体的混合效果更好,因而具有更好的强化传热效果。

泡沫金属孔密度对石蜡相变传热强化的影响机理

为了探究泡沫金属孔密度对相变材料熔化过程中流动传热特性的影响,通过试验设计并搭建了1套半圆柱形的可视化蓄热装置,分析了孔密度对复合相变材料熔化过程中温度分布、固液相界面、换热系数等热特性的影响机理。结果表明:泡沫金属铜能够提高内部石蜡的温度响应速率,缩短熔化时间,并减小相变材料内部温度梯度;纯石蜡和孔密度为0.20,0.59,0.98 mm^(-1)的铜复合相变材料在石蜡熔化后的温度梯度分别为35.26,12.19,20.49,28.39 K;自然对流换热占比也随着泡沫金属铜孔密度的增加而减小;当加热功率为30 W时,孔密度为0.20,0.59,0.98 mm^(-1)的铜复合相变材料自然对流占比分别为20.72%,19.33%,18.24%,且自然对流占比均小于50%,表明在填充率为1.28%的条件下,泡沫金属铜复合相变材料的传热机制以热传导为主。研究结果可为相变蓄热系统的设计提供参考。

管翅式相变储热系统结构/热源条件强化传热数值模拟研究

基于焓法的凝固/熔化模型,在考虑自然对流的情况下,建立管壳式相变换热器的熔化模型,并研究管翅片布局和热边界条件对相变材料瞬态熔化行为的影响机理。针对均匀的管翅片布局和恒定壁温热边界条件,设计一种具有方形波动热源的偏心结构,并对两者之间的强化传热规律进行比较和分析。结果表明,偏心布局可使相同传热面积中热传递盲区的熔化得到改善,而方形波动热源可增强前熔化阶段中央区域的自然对流;能量存储参数对比表明,相比原始结构,偏心布局结构或方形波动热源的熔化时间分别缩短12.5%和6.25%,而同时优化热源和结构的熔化时间缩短31.25%。方形波动热源和偏心结构能显著提高换热器的熔化速率。

旋流条件下螺旋弹性铜管振动强化传热性能分析

为了充分利用流体诱导螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube,HECT)振动增强传热,以获得更高综合传热性能的HECT换热器装置,基于安装正向螺旋引流板的螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube-forward spiral baffle,HECT-FSB)换热器和逆向螺旋引流板的螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube-reverse spiral baffle,HECT-RSB)换热器,采用双向-流固耦合法,研究了旋流条件下入口流速(U_(in))对HECT振动强化传热性能的影响。研究表明:U_(in)在计算范围内增加,HECT的振幅增大、传热系数提高,HECT换热器的进出口压降增大、PEC(performance evaluation criteria)值减小;HECT-RSB换热器的HECT振幅和传热系数、进出口压降明显高于HECT-FSB换热器。HECT-FSB换热器的PEC值高于HECT-RSB换热器,振动强化传热性能更佳,当U_(in)=0.3 m/s时,PEC值高出了9.00%。HECT-RSB换热器的综合传热性能因子JF值最大,综合传热性能最佳,与已发表文献中的换热器相比,U_(in)在计算范围内综合传热性能因子JF值平均提升了2.7%。该研究可为HECT换热器装置综合性能的提升提供技术支撑。

管壳式换热器换热管强化传热研究

研究了油库夏季高温导致的油气回收工艺中吸附罐回收率低、吸收塔解吸效率低、油气回收系统能耗过高以及安全隐患较多等问题。将温度较低的地下水作为冷却水,从实践的角度构建多种强化传热结构的管壳式换热器并采用CFD的方法对其热力学与水力学性能进行多方面探究。结果表明当油气在管壳式换热器壳程中流动时,热流可以获得更好的冷却效果;油气在壳程流动时,CIRF型换热管具有最佳的热力学性能,RAW型换热管具有最佳的水力学性能。综合油气回收工况与计算结果配置CIRF型换热管的管壳式换热器在油气回收工艺中有着较强的适用性,其可以在有效提高油气的冷却效果的同时兼顾换热器的水力学性能。

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials,PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。

散料掺混强化传热结构设计与模拟

我国每年产生的高温固体散料余热量约合1.7亿t标准煤,其中60%未得到有效回收利用。固定床间接换热器具有换热介质选择灵活、清洁好用等优势,成为高温固体散料余热回收技术的发展方向,其发展的关键在于提高颗粒固定床内传热系数。为此,基于犁体曲面原理,设计了“小扭矩、大掺混”的掺混装置,通过颗粒掺混使远离换热面的高温颗粒直接迁移到换热面,将固定床内“热传导”改变为“热输运”,从而减小固定床内渗透热阻并强化传热。

湿式冷却塔的传热传质性能强化浅析

冷却塔的传热传质能力对系统冷却效率和运行能耗影响显著。本文从填料材质、波纹结构、布置方式、运行参数、空气流场均匀分布和循环水特性等方面,对强化冷却塔传热传质能力进行了分析探讨。未来的研究将布局于填料材料的优化选择、结构改进、热力性能提升,以及系统运行参数优化、纳米流体的应用等方面。

基于强化传热的扁平螺旋管结构优化数值模拟研究

基于强化传热技术,以光滑椭圆管为基本研究对象,对比不同扁平度n及导程S的扁平螺旋管,通过合理的简化与假设,采用计算流体力学(CFD)的方法对扁平螺旋管进行数值模拟研究,以期为该换热设备结构优化设计及实际工程应用提供参考。研究证明:扁平螺旋管与光管对比,扁平螺旋管内产生了明显的旋流运动,促进了流体在垂直于轴向方向的混合,使得管内流体的轴向速度增大,且这种混合使得换热管边界层厚度变薄,保持了较高的温度梯度,达到了强化传热的目的;扁平螺旋换热管的旋转程度越大(即相同的截面尺寸,S越小),换热管的强化换热的性能越好,但换热管内流体介质的流动阻力也相应越大,所以导程S在84~150之间为扁平螺旋管导程的优选区间;扁平螺旋管的压扁程度不一定越扁越好,当换热管的扁平度过大时,会导致扁平螺旋管的努塞尔数Nu急剧下降,压降△P急剧增加,使得换热管的强化换热效果降低,而当换热管的扁平度过小时,努塞尔数Nu和压降△P变化缓慢,对换热管的强化换热影响较弱,所以扁平度n的最佳选择是0.7~1.4。

LNG汽化器换热管内螺旋线圈传热性能强化研究

建立了LNG汽化器换热管内的流动传热模型,研究LNG与蒸气换热的传热特点。模拟结果显示由于换热温差过大,采用光管换热管会发生管内膜态沸腾,无法实现LNG的高效汽化。提出在换热管内添加螺旋线圈内插件抑制膜态沸腾,换热性能提升可达77.1%,出口温度可达230.1 K,能够满足LNG汽化器的技术指标。对螺旋线圈的结构尺寸进行对比分析。线径从1 mm增至1.4 mm能提升换热效率并且不增加压降,而将节距从10 mm增值15 mm会导致流动传热性能恶化。

纳米流体强化传热进展综述

伴随电子设备的高速发展,制约其微型化、集成化的热交换设备高传热负荷成为需要解决的首要问题。作为高效、高传热性能的新型能量输运工质,纳米流体可以有效提高工质的导热性能,并改善散热系统的换热性能。因此,对于纳米流体强化传热技术的研究,不仅可以深入探究纳米流体在实际应用中的发展潜力,也有助于热交换设备传热性能的提高,具有广阔的市场应用前景和巨大的潜在经济价值。尽管现今已有大量针对纳米流体强化机理的科学研究,但研究结果的一致性较低,仍存在较大争议。因此,本文将从纳米流体在单相对流传热、池沸腾传热、流动沸腾传热三个方面进行全面的调研分析,针对纳米流体强化的传热机理进行总结和讨论。