横掠管束周期性充分发展对流换热的混沌分析

本文利用混沌理论分析了横掠管束周期性充分发展对流换热的非稳定性问题,即通过速度U的时间序列的重构相空间计算出关联维数D2,并通过时间序列分析了该非线性动力系统的功率谱特性。分析结果表明,本文所研究的横掠管束周期性充分发展对流换热系统在所给出的控制参数Re=937.7下出现的非稳定性问题属于混沌现象。系统的整体状态可用奇怪吸引子来描述,当延迟时间选择为5,该时间序列的重构相空间的嵌入维数增至5时,该吸引子的分维数趋于定值1.63。

横掠管束周期性充分发展通道内流动与换热的非线性特性

横掠管束模型抽象于水利工程中的绕流柱体群或换热器中的绕流管束。引用周期性边界条件将模型简化,通过数值模拟技术考察了不同雷诺数下的流场和温度场。经过比较发现随着Re数的增大,流动由稳态转变为出现较大的涡,接着涡变小,随后又变大这样的一个循环过程。这是由于随着Re数的增大,惯性力、粘性力与不断生成的微小漩涡三者的共同作用导致。换热过程与流动密切相关。此外,研究了监测点处速度随时间的变化趋势。结果表明:流动呈现出非线性特性,随着Re数的增大,数值解从稳态过渡到周期性振荡最后发展为混沌的状态。

横掠管束非稳态周期性充分发展流动的数值模拟

以锅炉省煤器中的流动和换热为应用背景 ,分别采用稳态和非稳态的数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动进行了数值模拟 .结果表明 ,在Re大于 15 0到小于 10 0 0的范围内 ,横掠管束的周期性充分发展流动问题是非稳态的 .当采用稳态模型时 ,数值计算结果会随迭代次数的增加而振荡 ,得不到收敛的稳态解 .当采用非稳态模型计算时 ,对节距较小的情况 ,在管的后缘处得到对称的非稳态涡 ;对节距较大的情况 ,在管的后缘处得到周期性脱落的非对称涡 .

横掠周期性密集管束流动换热的数值模拟

在较宽的雷诺数范围内,使用CFD软件、SIMPLE算法和QUICK格式,对流体横掠不同管间距的顺排密集型管束,在周期性充分发展段的流动换热进行了数值模拟.选用几何间距与经验公式中相同的管束模型进行计算,将数值结果与前人已存在的经验公式和实验结果进行比较,确保数值模拟方法的正确性.通过分析3种不同计算模型的流场、换热系数等,验证了针对高度密集管束采用周期性边界条件和对称性边界条件的合理性.将其与大间距顺排管束的流动换热特性进行对比,结果表明,密集管束换热系数最高可达大间距管束换热系数的3倍,可为工业上换热器管排布置方式提供参考.

空气横掠波纹管束的流动与传热性能

The characteristics of pressure drop and heat transfer of air across the corrugated tubes with three values of row number were investigated experimentally by measuring the average heat transfer coefficients and friction factors. The results were compared with that of the corresponding same row number smooth tube bundles.The corresponding correlation for the Nusselt numbers and Euler numbers vs the Reynolds numbers for the corrugated tubes were obtained. It was found that the corrugated tube bundles will reach the developed state at a smaller row number compared with the smooth tube bundles. Within the range of Reynolds numbers of the present work, the heat transfer coefficients and the friction factors of the corrugated tube bundles were 13.6%-29.2% and 3.2%-60.0% higher than those of the smooth tube bundles respectively.

非稳态横掠管束对流传热的数值模拟

为研究管束内的换热规律与管间距的关系,通过分析不同物理模型的流场、换热系数,验证了针对横掠管束充分发展段采用周期性边界条件和对称性边界条件的合理性。采用FLUENT软件,对一定雷诺数范围内、不同的管间距横掠顺排管束周期性充分发展段模型的流动换热进行数值模拟。结果表明:密集排列管束的换热效果明显要比稀疏排列的管束大,且对于纵向管间距S_n/d=1.25的管束,当横向管间距取S_p/d=2.0左右时,管束间的换热达到最强,可以为提高换热器换热能力提供工程实际参考。最后将数值模拟结果与已有的经验公式以及实验结果进行比较,验证数值模拟方法的正确性。

膜片管束通道传热性能的数值研究

以膜片管束通道为研究对象,通过数值模拟分别对通道的入口段和充分发展段建立非稳态数学模型。在不同Re下的通道入口段中不同几何周期的相应截面上设置无量纲速度和无量纲温度的监测点,分析了入口段的换热特性,并且重点探讨了流动与换热进入周期性充分发展段后,改变管束排列方式对换热Nu的影响。结果表明:Re不同时,流动和换热进入充分发展需要经过的几何周期数也不同;进入充分发展段后,Nu随着管间距的减小而逐渐增加,而且对于大间距排列管束,改变圆管竖直方向间距对Nu的产生的影响更显著。