翼型结构对印刷电路板换热器流动与换热特性影响

印刷电路板换热器(PCHE)作为超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环中的重要设备,其性能会影响系统的效率。为了提高翼型PCHE性能,探究翼型翅片结构对其流动与换热性能的影响。本工作针对S-CO_(2)布雷顿循环系统中的高温回热器,采用数值模拟的方法,选用S-CO_(2)为传热工质。通过对3种不同结构的NACA0020的翼型翅片通道的流动与换热性能进行比较,研究翼型翅片最大厚度在弦长上的位置参数对换热器的性能影响,并从热工水力性能、综合性指标、整体流动性、局部性能等方面分析了变化规律。结果表明,在翼型翅片结构中保持相对厚度不变的情况下,随着翼型翅片最大厚度在弦长上越接近翼型前缘的位置,其换热性能也会随之提高。其中NACA0020-20的翼型翅片通道在选定的工况条件下,j因子和Nu比其他两种翼型翅片通道大2.7%~8.8%和2.7%~8%,并且该翼型翅片结构可以有效地减小边界层所带来的影响,提高了其PCHE的换热性能,其综合性能更是优于其他两种翼型翅片。研究结果对于翼型PCHE的结构设计和性能优化提供了一定的依据。

LNG在微小通道中沸腾流动与换热特性的数值研究

针对LNG在亚临界状态下的工作要求,利用VOF多相流模型对LNG在1 mm、1.5 mm、2 mm和2.5 mm共4种直径微小通道内的沸腾流动与换热特性进行研究,操作压力为0.1 MPa,热通量为40.9~385.4 kW/m^(2),质量通量为110~600 kg/m^(2)·s。研究结果表明:在直径为1.5 mm、2 mm和2.5 mm的微小通道中,观察到了泡状流、弹状流、波状-环状流、过渡流和雾状流5种流型,而对于直径为1 mm的通道,没有观察到弹状流和过渡流,却出现了受限泡状流和柱塞流,且发现流型随通道直径的减小而转变加快,不同管径中的流型种类以及所占通道比例不同。当通道直径由2.5 mm减小到1 mm时,在波状-环状流区域对流换热系数提高了24.6%,但压降增加了50.1%。当质量通量增加到600 kg/m^(2)·s,对流换热系数提高了22.6%,压降增加了55.8%。

微型超高速旋转盘腔流动与换热规律研究

通过数值模拟方法研究了带周向环罩的微型超高速旋转盘腔的流动与换热规律,盘腔的半径为4mm,转速为2×10^(5)~1×10^(6)r/min。结果表明:超强离心力及其衍生浮升力并没有给微型旋转盘腔带来与常规盘腔不同的流动结构,但是超强离心力及其衍生浮升力引起的粘性耗散效应导致旋转盘高半径处发生换热恶化现象,周向环罩的存在则进一步加剧了该现象。在高旋转雷诺数和低转盘过余温度工况下,强离心力及其衍生浮升力引起的粘性耗散效应更加显著,而周向环罩的影响相对弱化。

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-ε模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯·卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现:符合实验条件下的冯·卡门常数范围为0.48～0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。

航空发动机管路系统流动与换热的仿真平台

为分析航空发动管路系统流动与换热特性,研究管路流动与内部结构间的热流耦合问题,利用MATLAB/Simulink建模仿真工具包,开发了航空发动机管路系统通用仿真模块库,构建了管路系统特性分析平台。基于该仿真平台,建立了航空发动机管路系统流动计算模型和热流耦合计算模型。输入边界条件后运行仿真,得到了管路系统流体的压力、温度和流量,以及内部结构各节点的温度。计算结果与商业软件Flowmaster的计算值非常接近,并且流量、压力的仿真结果与试验值的相对误差保持在6.5%以下。利用该仿真平台能搭建较高精度的系统网络模型,提高系统建模效率,可应用于发动机管路系统的设计、改进等方面。

氮气辅助注蒸汽热采井筒中的流动与换热规律

为分析注汽井油套环空充氮气和伴注氮气的隔热效果对注蒸汽的影响,根据热量传递原理和流体流动理论,建立了井筒中伴注氮气辅助注蒸汽热采工艺中蒸汽、氮气沿井筒流动与传热的数学模型,计算了蒸汽、氮气沿井筒的温度分布和压力分布,对比了环空充氮气和空气、充氮气和伴注氮气的隔热效果。结果表明:充氮气和充空气隔热方式对隔热效果的影响不大;充低压隔热气体可获得较好的隔热效果;伴注氮气比充氮气隔热效果好,且随着环空伴注氮气流量的增大,油管内蒸汽压力升高,蒸汽的热损失增大,大部分热量被氮气吸收后带入地层,而实际散失到地层的热损失逐渐减小。

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。

管壳式换热器壳侧湍流流动与换热的三维数值模拟

综合应用体积多孔度、表面渗透度和分布阻力方法建立了适用于准连续介质的N S修正控制方程 .用改进的k ε模型考虑管束对湍流的产生和耗散的影响 ,用壁面函数法处理壳壁和折流板的壁面效应 ,对一管壳式换热器的壳侧湍流流动与换热进行了三维数值模拟 .对计算结果进行了归纳 ,并与换热器冷态实验、前人的研究结果进行了对比分析 ,从而证明了该方法能更有效地模拟管壳式换热器壳侧的流动特性 ,压降实验数据和计算结果符合良好 .

管内变密度流体流动与换热的充分发展及解析解

本文提出了圆管内变密度流体流动与换热充分发展的概念和相关假设及其推论。在所提出的概念和假设基础上对理想气体在圆管内的流动与换热进行了解析求解,得到了充分发展时的无量纲速度抛物分布及无量纲温度分布。对圆管内密度随温度变化的氩气的流动与换热数值模拟所获得的无量纲速度分布及无量纲温度分布在入口段后与上述解析解非常吻合,从而验证了在本文的计算条件范围内,圆管内变密度流体充分发展流动与换热的概念及其解析解是合理的。

旋转矩形通道内湍流流动与换热的直接数值模拟

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态N-S方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式Adams-Bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.

蛇型冷却通道中的蒸汽流动与换热特性研究

采用CFX软件数值计算了带肋蛇形冷却通道内的空气流动与换热特性,验证了计算模型和方法,比较了湍流模型的适用性;在此基础上,数值计算了蛇形冷却通道内蒸汽的流动与换热特性,分析了蒸汽过热度、肋片角度和V型肋片对蒸汽流动与换热性能的影响。结果表明:SSG湍流模型的计算结果与实验数据吻合较好;蒸汽过热度对换热效果的影响较小;相对于光滑通道,带肋通道的弯道效应影响降低;V型肋片的换热效果好于平行斜肋。

多孔介质中受限层流冲击射流的流动与换热特性

基于两区(two-domain)模型采用基于预处理的时间推进法对铺设有多孔介质层的恒温平板在受限层流冲击射流作用下的流动与换热特性进行了研究,其中多孔区域动量方程采用Brinkman-Forchheimer拓展Darcy模型,能量方程则采用局部热平衡(LTE)模型,并对porous/fluid交界面切应力跳跃条件对多孔介质冲击射流的影响进行了分析。流体的控制方程采用基于密度的有限体积法来求解,并针对于多孔区域低速流动特点采用相对应的预处理矩阵来消除控制方程的刚性。还对Reynolds数、孔隙率、Darcy数、热导率比、多孔介质层厚度等参数的变化对流动结构及换热特性的影响进行了分析。研究结果表明,在目前的计算条件下,在其他参数一定时,Reynolds数、孔隙率对通道内流动结构的影响有限;Darcy数、多孔介质层厚度则对流动结构的影响很大;上述参数对受冲击平板的总体换热性能均有明显的影响。在受冲击平板上铺设适当厚度的高渗透率、高热导率的多孔材料能有效地增强换热性能。

高压涡轮转子叶片端面的流动与换热特性研究

通过数值计算,对高压涡轮转子叶片凹槽端面的流动与换热特性进行了初步研究,并与平板端面进行了比较。计算结果表明:叶尖间隙越小,凹槽的节流效果就越明显;转速对叶片端面换热系数的影响不显著;小间隙对叶片端面平均换热系数的影响较大。

微通道内单相水流动与换热的特性研究

微通道传热技术是近几年发展起来的一门新兴的传热技术,具有传热效率高、结构紧凑等优点,是当前流动与传热研究的重要课题。运用计算流体力学程序(CFX)对环形微通道内单相水的流动与换热进行数值模拟,可以形象地描述出管内的流场和温度场,从中分析各种因素对流动与换热所产生的影响。

管内变密度流体的充分发展流动与换热

本文提出了圆管内变密度流体流动与换热充分发展的概念及其相关假设。在所提出的概念和假设基础上给出了摩擦阻力系数C_f与Nusselt数Nu的定义式和计算式。通过对圆管内密度随温度变化的氩气的流动与换热所进行的数值模拟,验证了在本文的计算条件范围内,圆管内变密度流体充分发展流动与换热的概念是合理的,并且C_fRe=16, Nu=4．36。

双旋转轴间瞬态流动与换热的实验研究

对双旋转轴间的瞬态流动与换热的实验研究发现 :影响外轴内壁瞬态平均换热系数特性的因素中 ,以轴向冷气雷诺数的影响最大 ,外轴罗斯贝数次之 ,内轴罗斯贝数的影响最小 ;在双旋转的影响因素中 ,外轴内壁换热特性主要取决于外轴罗斯贝数 ,内外轴转速差和正反转因素影响较弱 .

周期性通道内非牛顿流体的流动与换热的实验研究

本文用实验方法研究了两种不同浓度的非牛顿流体（ＰＡＭ溶液）在不同温度下的流变曲线及其在周期性通道内的流动与换热规律。实验结果表明，两种ＰＡＭ溶液的稠度系数Ｋ随温度升高而减小，而流变指数ｎ则随温度升高而增加。两种浓度ＰＡＭ溶液在周期性通道内的换热强度和阻力损失均比水高。同时，在Ｒｅ 在１０～５０的范围内，通道内非牛顿流体的流动与换热规律可整理成形如 Ｎｕ＝ Ｃ１Ｒｅ＊ｍ１和 ｆ＝ Ｃ２Ｒｅ＊，ｍ２的形式。

恒热流下湍流振荡流动与换热的数值模拟

为解决管内流体流动换热效率低及污垢沉积等问题,本文采用FLUENT6.3软件中的标准k-ε模型,对恒热流条件下圆管湍流振荡流动与换热进行了数值模拟,给出了管内流体流动的特点及区域边界条件,并对振荡流对表面传热系数和壁面切应力的影响进行对比分析。分析结果表明,当流体为非清洁水时,换热表面会有杂质沉积而形成污垢热阻,严重降低换热效率,而振荡流可以大幅增加最大壁面切应力,壁面切应力不仅会阻碍换热过程中非清洁水中杂质在换热表面的沉积,使换热设备一直保持在高效换热状态,而且还会冲击已沉积在换热表面的污垢层,使其脱落而减小污垢热阻,提高换热效率,所以振荡流在非清洁水换热过程中可以起到防除污垢的作用,提高换热过程中的换热效率,使换热设备一直保持在高效换热状态下。该研究为解决非清洁水换热过程中的污垢沉积问题提供了理论参考。

Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性数值模拟

印刷电路板式换热器(PCHE)在太阳能、液化天然气等领域有广泛的应用前景。为了分析结构参数和运行参数对PCHE Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性的影响,本文采用Fluent软件进行模拟研究。数值结果表明,微通道直径越小、质量流速越大、出口压力越小,越有利于微通道内的冷热流体换热,但微通道内的压降也越大。研究成果将为PCHE的优化设计提供重要参考。

燃气轮机透平转静盘腔内流动与传热研究进展

转静系盘腔是燃气轮机二次空气系统中的重要组成部分,盘腔内流动和传热特性对整机安全稳定运行十分重要。随着燃气透平进口温度的不断提升,对透平冷却设计的要求不断提高,透平盘腔流动换热特性研究也越来越受关注。研究人员从流动与换热两个方面对转静系盘腔进行实验测量和数值模拟研究,形成相对比较成熟的研究体系。总结近年来燃气透平转静盘腔流动传热及冷却的相关研究进展,根据结构的不同分别对中心进气和预旋进气转静系盘腔及转静系盘腔的轮缘密封进行介绍,分析3种不同盘腔结构内部流动型态,介绍了预旋系统结构和轮缘密封结构对盘腔内流动传热特性影响的相关实验与数值研究现状。最后,基于当前研究热点和发展趋势,总结并展望了转静系盘腔未来研究的发展方向。