复合肋套管导热和对流耦合换热的数值模拟

在层流范围内,数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热。结果表明间壁温度沿管长变化 较大且分布呈非线性变化;在通道人口流体内部温度和速度分布呈现层流附面层特征,换热的入口段比例随Re增大而加 大,入口段换热的Nu也随Re增大而加大;换热的Nu随管长增加趋于不变。

肋对套管内导热和对流耦合换热的影响

数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热,研究了肋高及肋数对摩擦阻力系数和平均Nusselt数(Nu)的影响.结果表明,肋高和肋数的变化对摩擦阻力系数和平均Nu都有显著影响,平均Nu随着肋数的增加有最大值;入口段Nu随肋高的增大而增大,充分发展段的Nu也随着肋高的增大而增大.

高温下加热/冷却管内参与性介质的辐射与对流耦合换热研究

本文通过数值模拟方法研究了高温下加热 /冷却管内层流充分发展流动的参与性介质热起始段的辐射与对流耦合换热。采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的非线性积分微分辐射传递方程 ,采用有限差分法求解辐射与对流的耦合换热能量方程。通过计算 ,分析了不同壁温及入口温度下 ,介质导热系数、壁面发射率、介质散射反照率及散射相函数等因素对局部努谢尔数、壁面热流密度及有效加热 /冷却长度的影响 ,并同时采用努谢尔数和壁面热流密度评价了耦合换热中辐射对对流换热的影响。

烧结开孔金属泡沫壁的辐射和自然对流耦合换热试验研究

开展烧结开孔金属泡沫壁在大空间条件下的辐射和自然对流耦合换热试验研究,研究壁面倾角、瑞利数Ra*、泡沫厚度对换热性能的影响。试验所得竖直光铜板的结果与文献结果符合一致,验证了试验方案的有效性。试验结果表明:在一定的加热功率下,随着倾角的增加,纯自然对流努塞尔数和复合努塞尔数先增加后减小,在倾角为60o～80o达到极大值,且辐射换热量占总换热量的33%～44%;竖直放置时,烧结泡沫壁的辐射换热量占总换热量的比值小于光壁,且该值随泡沫厚度增加而增加。与光壁相比,烧结泡沫竖壁复合换热的平均努塞尔数和纯自然对流换热的平均努塞尔数分别提高了1.52～1.98倍和1.16～1.66倍。通过对红外相机拍摄的泡沫表面温度分布进行分析验证了基于泡沫表面平均温度的辐射换热量计算模型的有效性。

辐射对流耦合换热过程性能优化准则分析

(火积)耗散极值原理和基于(火积)理论的热阻最小原理在传热过程优化中有着广泛应用,但在多种传热方式耦合传热过程中的应用尚未见报道。本文针对一典型的辐射对流耦合传热问题,定义了耦合传热过程的总(火积)耗散率和总热阻,并用数值方法验证了在给定总发射率、辐射热端温度、冷却流体温度和对流换热系数的前提下,当(火积)耗散率取极大值和热阻取极小值时,对应着用最小的辐射换热温差获得最大的换热热流,从而说明了(火积)耗散极值原理和热阻最小原理在该耦合传热过程分析与优化中的适用性,而此时熵产最小原理并不适用。

大空间建筑室内表面温度对流辐射耦合换热计算

建立了大空间建筑室内壁面导热、辐射和对流耦合换热热平衡方程,结合Gebhart吸收系数,利用预测室内空气垂直温度分布简易模型,提出了室内各表面温度分布的理论计算方法. 对国外模型实验数据验证的结果表明,计算所得表面温度与实验值吻合,表明了这是一种预测大空间建筑表面温度的有效方法.

基于对流辐射耦合换热的新型数据机房空调系统

针对现有数据机房存在局部环境热点的问题,提出了一种新型的对流辐射耦合换热空调系统。建立数值模型对典型数据机房空调系统进行了模拟研究,通过将模拟结果与实验数据进行对比分析,验证了该模型的可靠性。对比研究了新型数据机房空调系统与传统数据机房空调系统的流场分布及制冷性能。结果表明:在相同的送风温度下,新型数据机房空调系统的机架进口温度分布更加均匀;在满足ASHRAE标准的前提下,新型数据机房空调系统的送风温度可以提高2℃,能够有效降低数据机房的电能利用效率;辐射板对数据机房局部热点的改善效果明显,辐射板的温度设置为31℃较为合理。

一种耦合对流换热的数值方法

基于ANSYS FLUENT商用CFD软件,采用分区求解方法对两流体耦合传热进行了数值研究,并通过理论分析揭示了其交替迭代收敛特性及其影响因素。结果表明两侧冷热流体对流换热系数比值对迭代收敛有着重要影响。交替迭代过程收敛与否,与对流换热系数比值、选择迭代的边界条件类型及首次迭代计算域的选取有关。此外将计算结果与整场计算方法所得结果进行比较,两者完全吻合,表明所提方法正确。

高空飞行环境中液体运载火箭底部热环境研究

采用数值模拟和飞行测试验证相结合的方法对液体运载火箭高空对流/辐射耦合换热问题开展系统深入研究。基于燃气多组分输运Navier-Stokes方程、热辐射方程、Realizable k-ε两方程湍流模型,建立了高空含自由流的运载火箭燃气喷流流动模型。辐射模型采用离散坐标法(DOM),空间离散采用二阶迎风TVD格式,对多个典型飞行高度火箭底部热流进行大型并行计算,将数值结果与试验数据进行广泛对比,验证了计算模型的精度和有效性。数值研究表明,火箭底部辐射热流在刚起飞阶段达到最大值,随着飞行高度上升,辐射热流逐渐降低,火箭底部对流热流表现为先升高后降低的趋势,并在20 km高空达到峰值。本文的预测分析方法对液体运载火箭底部热防护设计具有重要的理论意义和工程应用价值。