微通道冷却非均匀热流密度芯片的流动换热特性

为研究微通道冷却非均匀热流密度芯片的流动换热特性,采用VOF方法,通过数值模拟分析局部热点对微通道内流型、温度、换热系数及压降的影响。研究结果表明:随着热流密度增大以及流速减小,整体的流型呈现出从泡状流到环状流的变化过程;而提高热点热流密度并不会显著改变微通道内的整体流型;热点热流密度提升不仅会使该处区域的温度骤升,而且其温度波动也会大幅提高,在500 W/cm2的热点热流密度下壁面温度波动高达250 K;随着整体热流密度提高,换热系数呈现先增大后减小的趋势,热点热流密度会一定程度上提高该处换热系数并导致通道后半段的换热系数有所降低。微通道内的两相压降受随流速和整体热流密度综合影响,并随两者提高而增大,而局部热点热流密度提高对微通道内的流动压降稳定性影响不大。

熔盐基纳米流体管内流动换热特性模拟

为研究Al2O3-HITEC熔盐基纳米流体在恒热流加热管内流动换热特性,采用计算流体力学的研究方法,利用单相流热扩散模型进行了数值模拟。分析了不同质量分数的纳米颗粒对熔盐换热性能的影响,并从流体热物性的角度探讨了换热性能改变的原因。对比结果说明热扩散模型可以用于模拟熔盐基纳米流体管内流动换热。模拟结果表明:与纯熔盐管内温度分布相比,采用纳米流体降低了管内温度,且质量分数为0.063%时温度降低最明显;4个截面处的温度分布表明在壁面热流的作用下,熔盐和熔盐基纳米流体的温度沿径向升高,而熔盐基纳米流体的温度比纯熔盐低,说明纳米流体吸收和带走了更多的能量;与纯熔盐相比,熔盐基纳米流体的换热性能提高了,证明了添加纳米颗粒具有强化熔盐换热的效果,但强化效果并非随纳米颗粒的浓度增大而线性变化,而是0.063%(质量分数)的纳米流体换热强化程度最大,其在充分发展区换热系数比纯熔盐提高了6.5%。最后通过分析熔盐与熔盐基纳米流体物性变化,发现了比热容的剧烈变化是导致换热性能变化的主要原因。

超临界二氧化碳在印刷电路板式换热器内的流动换热特性研究

印刷电路板式换热器(PCHE)是一种微通道换热器,具有换热效率高、耐高温、耐高压等优势,可广泛应用于海洋工程、核能、光热发电等领域。本文采用数值模拟的方法,计算了跨拟临界点超临界二氧化碳(SCO_(2))在印刷电路板式换热器内的流动换热特性。结果表明:SCO_(2)流体温度达到拟临界温度时,流通截面内流体温度分布最均匀,因为此时流体的有效导热系数最大;SCO_(2)侧对流换热热阻在总热阻中占比最大,其次为导热热阻,水侧对流换热热阻最小;采用等效厚度法计算得到的导热热阻偏大;雷诺数越大,在拟临界温度附近换热强化的程度越大。

凸起结构对微通道换热器流动换热特性的影响

为了提高微通道换热器的综合换热性能,提出一种微通道内强化湍流换热效应的物理模型,即在通道内有规律地增加内置凸起结构;对不同凸起结构、不同凸起排布的微通道单元模型进行数值模拟和分析研究。研究发现,设置一定的凸起高度,可以有效提高换热器的整体换热效率,先密后疏型凸起排布是一种几乎不损耗额外压降的强化换热方法。

非连续肋印刷电路板换热器流动换热特性研究

印刷电路板换热器(PCHE)以其压降低、换热面积大、紧凑性好的优势被认为是s-CO_(2)布雷顿循环系统中理想的高效换热器。以工作流体为s-CO_(2)的圆柱肋、长方体肋、翼型肋3种非连续肋PCHE流道为研究对象,通过数值模拟的方法探究并对比了各换热流道的流动换热特性。研究发现:在相同热流密度、相同绕流肋当量直径、相等总换热面积的条件下,圆柱肋流道压降最大、换热最强;翼型肋流道压力损失最小,换热强度相对较弱,但其换热减弱幅度远低于其压降减小幅度。

高温熔盐印刷电路板式换热器的热工水力特性研究

印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)换热效率高,结构紧凑,可作为小型模块化熔盐堆热量传输的关键设备,对其流动换热特性的研究具有重要意义。采用数值模拟方法,以翼型通道的熔盐(FNaBe)-氦气换热器为研究对象,通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟计算对其熔盐侧的传热特性和阻力特性进行对比分析,分别得到不同温度、翅片类型和不同节距结构下的熔盐(FNaBe)-氦气换热器的流动换热特性,并与传统直通道结构对比进行综合评估。研究结果表明,数值模拟的计算结果与实验结果对比符合较好,翼型翅片流道结构相较于直通道结构能够强化传热、降低阻力,其中节距为8 mm的NACA0025翼型翅片流道结构的流动传热特性最好。本研究建立的数值模拟方法能够用于印刷电路板式换热器的流动传热特性的预测,拟合出节距为8 mm的NACA0025翼型翅片结构的经验关联式,为后续换热器的设计提供理论基础。

运行参数对超临界甲烷流动换热特性的影响

采用数值模拟方法研究了运行参数(入口温度、运行压力、质量流率)对超临界甲烷在螺旋管内流动换热特性的影响。通过螺旋管内表面传热系数及比摩擦压力降表征管内流动换热性能,对管道出口截面速度与温度的分布进行分析。结果表明:质量流率、运行压力恒定时:表面传热系数随入口温度升高呈现先增加后降低的变化趋势,且在拟临界温度附近达到峰值;比摩擦压力降随入口温度升高逐渐增加。质量流率、入口温度恒定时:比摩擦压力降随运行压力减小而增加。运行压力、入口温度恒定时:表面传热系数随质量流率增大而增加,且质量流率越大,表面传热系数随入口温度变化越明显;比摩擦压力降随质量流率增大而增加,且质量流率越大,比摩擦压力降随入口温度变化趋势越明显。入口温度、质量流率恒定时:随着运行压力增大,出口截面的平均流速逐渐减小,但二次涡结构以及速度分布形式变化不大;运行压力越大,出口截面的高温区域越贴近壁面。入口温度、运行压力恒定时:随着质量流率增加,出口截面的高速区域逐渐趋于管道中心分布且所占面积逐渐变小,管道内二次流强度有所增强且二次涡结构有所改变;出口截面的温差降低,且温度渐变方向与水平方向夹角逐渐减小。

制备非晶薄带冷却辊流动换热特性及协同优化

为改善平面流铸冷却辊的换热特性,提高Fe-Si-B非晶薄带的横向厚度均匀性,建立了冷却辊轴向换热通道数值计算模型。在分析现有通道流动换热特性基础上,提出一种球面形换热通道设计方法。基于场协同理论,综合换热与流阻,对所提球面形通道进行优化,并进行实验验证。结果表明:通道内冷却水换热效率沿水流方向逐渐下降,与冷却辊换热主要发生在靠近冷却辊内壁位置,现有冷却辊宽度中部温度远大于两端,轴向温差明显;球面形通道可以加强冷却辊中部换热,降低外壁温度、热变形和轴向变形差,进而改善非晶薄带横向厚度均匀性;随着球面半径的减小,通道中部换热明显增强,但流阻随之急剧增大;综合流阻与换热特性,存在最优通道优化半径。

空冷凝汽器蛇形翅片扁平管空气侧流动与换热特性研究

针对应用于电站直接空冷凝汽器的蛇形翅片扁平单排管,对其空气侧的流动及换热特性进行了数值模拟。给出了该管件基本结构的雷诺数和欧拉数随迎面风速的变化关联式;结果显示,同一迎面风速下,随着翅片间距、高度的增大,换热变差,流动变好。但当间距增加到一定程度时,风速与间距对换热流动性能的影响都变得很小。风速越大,换热性能对翅片间距、高度越敏感,而流动则相反,需根据实际工况来选择合适的翅片间距及高度。

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。

不同强化换热管内流动沸腾换热特性对比

采用实验方法对比制冷剂R410A在6根强化换热管和1根光滑管内的流动沸腾换热特性.实验测试段饱和温度为6℃,进出口干度分别为0.2和0.9,质量流速变化范围为80~350kg/(m2s).实验结果表明:三维强化管相对光滑管流动沸腾换热系数的强化倍率可达1.14~1.53,因为强化表面上的凹痕阵列能够增强两相间湍动、提高汽化核心数目并打断液膜边界层制造分离流和二次流从而强化换热.三维强化管中,管1EHT在低质量流速范围内具有较好的换热性能,而管2EHT在相对较高的质量流速时强化性能更优;齿形参数不同的3根内螺纹管间的换热系数差距较大,其中当内螺纹管螺旋角足够大时齿高与液膜厚度之比相近的内螺纹管具有较好的换热性能.

翼型印刷电路板式换热器内流动与换热特性

为了探究翼型印刷电路板式换热器(PCHE)内流动与换热特性,采用数值模拟方法,以S-CO_(2)为工质,针对S-CO_(2)布雷顿循环燃煤系统中的高温回热器,研究了质量流量、进口温度和出口压力对PCHE流动和换热特性的影响,分析压降、范宁摩擦因子、努塞尔数及综合换热性能评价指标的变化规律,提出S-CO_(2)在翼型PCHE中新的流动和传热关联式.结果表明:冷流体质量流量从1.27 g/s提高到10.20 g/s,PCHE综合性能提升4.6倍;在冷流体进口流量为6.36 g/s时,热流体压降已经达到进口压力的2%;在相应温度变化范围内,温度对范宁摩擦因子f的影响在6%以内,冷流体进口温度提高40 K后,冷流体综合性能提高22%;采用9.5 MPa热流体出口压力时,可以在保持换热器性能的同时减少20%的压力损失.

直接空冷凝汽器翅片管积灰的换热特性研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的传热与流动特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管束不同积灰厚度的传热及流动情况,对比分析了翅片管束不同积灰厚度的压力分布、温度分布及速度分布,计算得到了翅片管束5种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速变化的规律,拟合得到了摩擦系数及努塞尔数随雷诺数变化的关系。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数、传热系数以及流动阻力逐渐增加;同一迎面风速下,随积灰厚度的增加,对流换热系数和流动阻力增大,传热系数减小。

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。

直接空冷凝汽器翅片管积灰流动换热的数值研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的流动换热特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管外不同积灰厚度的流动换热情况,得到了夏季工况翅片管4种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速的变化曲线,非线性拟合得到了摩擦系数、努赛尔数与雷诺数之间的关联式。利用性能评价指标PEC,对翅片管束积灰前后的流动换热性能进行了比较。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数,传热系数以及流动阻力逐渐增加;随着翅片管外积灰厚度的增加,对流换热系数、流动阻力以及摩擦系数变大,传热系数变小。

三角形小翼纵向涡发生器的流动换热

探究了加装三角形小翼纵向涡发生器的H形翅片换热流动特性.模拟结果显示,随着来流速度的增加,回流区里的气流温度逐渐升高;随着雷诺数的增加,压力损失、努谢尔数增大,进出口温差、欧拉数、换热因子和综合性能都减小.随着攻角的增大,加装纵向涡发生器的单H形翅片的进出口温差、压力损失、努谢尔数、欧拉数和换热因子都增大,而综合性能先增大后减小.

三维波纹板冲击/发散冷却结构流动及换热特性的数值研究

为了进一步提升冲击冷却的强化换热潜力,在典型冲击/发散结构的基础上提出了一种冲击板为三维波纹板的冲击/发散冷却结构。三维波纹板由横向(X)及纵向(Y)的正弦波系叠加而成,冲击孔布置在正弦波的波谷位置。通过基于雷诺时均N-S方程的Realizable k-ε湍流模型进行了冲击/发散结构的数值模拟,对比了平板结构与三维波纹板结构在射流流动及靶面换热特性上的差异并研究了波纹板波幅(A/d)的影响规律。其中基于冲击孔直径d定义的射流雷诺数的研究范围为Red=300~3000,波纹板波幅的研究范围为A/d=0.5~1.1,冲击孔的横向间距、纵向间距及冲击距分别为S/d=10.0,P/d=5.0,H/d=3.0。结果表明:与实验结果相比,Realizable k-ε湍流模型能够对线平均及面平均努塞尔数(NuAve,^(—)Nu)给出准确的预测;三维波纹板结构相比平板结构降低了射流冲击靶面前的动量损失,显著提高了驻点附近的换热强度,当A/d=0.8时,距冲击驻点1.5d范围内NuAve的最大增幅为32.3%;随着A/d的增大,冲击驻点区的换热得到明显强化,但驻点区以外的换热基本不发生改变。改变A/d对^(—)Nu的增益效果受到Red的影响,在A/d=1.1时,Red由300增大到3000对应的^(—)Nu增幅由36.6%降低为11.6%;随着Red和A/d的增大,流量系数(Cd)逐渐增大,三维波纹板结构的流量系数大于平板结构,但增幅小于3%。

纵向肋间距对微针肋散热器流动传热特性影响的模拟研究

针肋排布方式和针肋间距对微针肋翅片散热器的流动及传热特性会产生巨大影响。本文在定热流密度条件下,以去离子水为冷却介质,数值模拟研究了10种具有不同针肋排列方式和纵向间距的铜基微针肋翅片散热器在不同质量流量下的流动及传热特性。结果表明,对于线型排列微针肋散热器,其进出口压降、摩擦系数等流动特性参数随纵向间距的变化趋势不会受流量影响,而单位面积换热系数和努赛尔数等传热特性参数随纵向间距的变化趋势与流量有关;对于交叉排列微针肋翅片散热器,进出口压降、摩擦系数、单位面积换热系数、努赛尔数和换热面积随纵向间距的减少而升高,致使热阻降低、热工水力性能综合指标升高。

优化内螺纹管传热特性实验研究

通过对600 MW超临界W火焰锅炉水冷壁的设计与应用,研究试验Φ32 mm×6.3 mm四头12Cr1MoVG优化内螺纹管(OMLR)在亚临界、近临界、超临界区的流动传热特性。试验获得了不同工况(压力、热负荷、质量流速)下内螺纹管壁温分布和内壁换热系数随焓值的变化规律。并根据试验数据,拟合建立单相、两相换热系数计算关联式,同时进一步建立传热恶化发生时的临界条件及干涸后传热计算关联式,为锅炉垂直上升内螺纹管水冷壁设计和运行提供可靠数据。

波纹和百叶窗型表冷器空气侧换热性能的实验研究及分析方法

本文对方形组合式空调机组翅片管换热器空气侧的换热性能进行了实验研究和计算模型分析。将分布参数法(TTM)和创新的分排参数法(RDDM)拓展至方形组合式空调机组制热工况的实验数据处理中,分析翅片管换热器空气侧的换热性能,并与传统的ε-NTU法、集中参数法(LMTD)对比,4种方法计算的j因子和传热系数h偏差均在10%的范围内;基于分排参数模型,研究不同翅片形状、不同翅片间距、不同管径和不同翅片管排数下,传热因子j的变化情况。结果表明:j随Re的增加逐渐减小,Re从3000增至6020,j下降了25.6%。相同Re下,开窗翅片比波纹翅片的j大,并随着Re的增加两者之间的最大偏差从26.3%缩小为8.3%。j随翅片间距和管径的增大而增大,随着管排数增加而降低,8排管时j急剧降低至约0.008。