竖直上升直肋管内超临界二氧化碳换热特性与肋结构优化

高性能超临界二氧化碳(S-CO_(2))换热器是实现S-CO_(2)布雷顿循环系统高效紧凑化的关键核心设备,S-CO_(2)在光滑通道内换热系数较低,寻求高换热性能与低阻换热结构是发展高效紧凑式换热器的关键。采用五轴电火花成型技术制造出直肋管,通过实验方法研究了S-CO_(2)在四头直肋管内传热规律,系统分析了流动参数对直肋管强化传热特性影响,定量评估了直肋管与光管换热能力的差异;采用数值模拟方法研究了直肋管结构参数对强化传热和阻力特性的影响规律,获得最优的直肋管结构。结果表明:增加压力和质量流速可以降低壁面温度,提高对流换热系数,直肋管的平均换热能力是圆形光管的1.96倍左右;相较于圆形光管,直肋管可以有效延迟传热恶化发生,且使传热恶化延迟能力提升0.3~1.8倍;当固定肋宽0.5 mm,肋高2.5 mm,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.58;而固定肋高为0.5 mm,高宽比0.33,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.22。

水平直肋管充分发展层流自然对流换热的数值分析

本文建立了水平直肋管层流自然对流换热的数学模型。通过对模型化简,导出无量纲控制方程,利用Simpler算法以及均分网格,对该问题进行求解,并进行了流场与温度场的数值模拟,分析了阻力系数和平均Nusselt数随Ra数变化曲线。与相关文献中的实验结果对比符合良好。

碳化硅内直肋管强化传热及分析

对国内新开发研制的ＳｉＣ内直肋管的传热及流阻性能进行了实验测试，拟合出传热Ｎｕ数和摩擦系数ｆ的关联式；并针对高温热能回收，以分析方法对ＳｉＣ内直肋管及其相对于ＳｉＣ空管的强化传热性能和能耗比进行了综合评价分析，为ＳｉＣ内肋管应用设计提供了参考依据。

带矩形重入腔的直肋微通道内流动沸腾换热特性

为揭示矩形重入腔强化直肋微通道内流动沸腾换热的机理,采用实验方法研究了带矩形重入腔的直肋微通道内的流动沸腾换热特性,获得了不同质量流率(200~500 kg·m^(-2)·s^(-1))和不同热流密度(0~78.16 W·cm^(-2))条件下微通道内的传热系数和压降,并与无矩形重入腔的直肋微通道内的流动换热性能进行了对比。结合流态可视化测量结果,对微通道内流动沸腾过程中的流态进行了分析。实验结果表明:相比无矩形重入腔的直肋微通道,带矩形重入腔的直肋微通道内表现出更好的传热特性,尤其是在高质量流率G>400 kg·m^(-2)·s^(-1)条件下,各流态下带矩形重入腔的直肋微通道的传热性能均有所提升,G=500 kg·m^(-2)·s^(-1)时提升了14.8%;重入腔结构对液相工质的毛细牵引效应,提高了直肋微通道在高热流密度下的换热能力和临界热流密度;带矩形重入腔的直肋微通道的临界热流密度比无重入腔直肋微通道提升了15.2%;在单相区,带矩形重入腔的直肋微通道内的压降损失略高于无重入腔直肋微通道;G=500 kg·m^(-2)·s^(-1)时,在两相区带矩形重入腔的直肋微通道内的压降损失相比无重入腔直肋微通道下降了约48%。

一种新型叉排直肋表面的流阻及换热性能研究

本文研究了新型变截面叉排直肋结构的流阻与换热性能。采用数值模拟技术研究了变截面及另外两组对比组,并建立了雷诺数与努塞尔数、进出口压差、传热因子j和摩擦因子f之间的关系图。最终从数值模拟的结果可以计算出,在雷诺数为600时,变截面肋片的传热因子j比普通叉排直肋高约23.5%,比翼型叉排直肋也高出约14.4%;同时普通叉排直肋的摩擦因子f比变截面叉排直肋高约197.7%,翼型叉排直肋也比变截面叉排直肋高约31.2%。相对于普通叉排直肋肋片,翼型叉排直肋和变截面叉排直肋能在有效提高散热效率的情况下,大幅减小压降,并且变截面叉排直肋的换热性能比翼型叉排直肋更好,压降也更低。在航空飞机等需要高换热性能和低压降时,可以优先使用变截面叉排直肋。

设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱优化设计

目的探索设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱的增强效果,并优化设计其相关参数.方法通过分析9个无肋、单向和双向设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱偏压和轴压的试验结果,用正交试验设计和多元回归分析评价了加载初始偏心距、设置直肋集合长度对长柱极限承载力的影响.结果设直肋薄壁钢管混凝土长柱能达到较高的极限承载力,与无肋的普通钢管混凝土试件相比,偏心距70 mm试件的极限承载力提高了18.7%,偏心距40 mm试件提高了18.4%,轴压试件提高了21.1%.结论正交设计和多元回归分析证明设直肋能显著改善薄壁钢管混凝土的承载力,显示了优异的结构特征.

矩形直肋二维稳态导热的数值解及其分析

建立了矩形直肋二维稳态导热的数学模型,使用有限差分法对建立的数学模型进行了数值求解,绘制了不同条件下肋片的温度场分布,找出了影响肋片散热的因素;从肋效率出发比较了一维模型和二维模型之间的差别,提出了可以将二维模型简化为一维模型的判据.

等截面柱形直肋一维修正传热(近似解)方程及肋传热量的新的简化计算

针对一维经典肋传热方程及近似解的局限性 ,推出了等截面柱形直肋的一维修正肋传热方程及修正近似解。进一步针对工程中肋端传热时传热量的简化计算法提出了一种新的更为精确的修正简化计算公式。数值比较结果表明 :提出的公式不仅具有原经典公式相同形式及简洁性 ,而且使得肋根部热流率及各截面平均温度的计算精度有了显著的提高 ,并将公式的应用范围扩大至较大 Bi数 ,这为肋片的工程设计优化和应用提供了更为准确而直观的求解方法。图 2表 2参

基于变分优化法的梯形直肋散热板优化设计

对梯形直肋散热板的传热特性进行计算研究,讨论和分析了肋根厚对传热的影响以及其强化传热机理。考虑散热板散热量尽可能大,质量尽量轻,并与其实际制造和使用情况相结合,建立了辐射对流条件下的梯形直肋散热板的优化设计模型。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对自然对流散热进行仿真分析,并利用试验设计、响应面分析和变分优化技术对肋根厚、肋高、肋间距和肋面尖角4个参数进行优化设计。所得优化结构比原结构重量减轻了28.6%,单位质量散热量增加了9.7%,说明综合优化设计参数可以在减轻重量的前提下提高散热板的传热性能。

基于PDEtool的直肋导热数值模拟

为了更好地分析直肋导热的特性,建立了相应的一维和二维的数学模型,应用PDEtool工具箱,采用有限元法求解导热偏微分方程,得到模型的数值解和模拟图形,对比2种模型的温度场和热流场,得出2种模型是等价的,并对改进的肋片进行了导热特性仿真,结果表明运用MATLAB/PDE数值计算方法是方便而高效的,是换热器工程结构设计和优化分析的有利工具。

矩形直肋二维稳态导热的解析解及其分析

为了准确地给出将矩形直肋二维导热问题简化成一维问题的条件,利用分离变量法求解矩形直肋二维稳态导热模型,包括端部散热和绝热两种情况。比较解析解的两种不同的表达式,发现它们基本上是等价的。研究在各种无量纲参数条件下直肋的温度分布和热流,将二维模型所得的结果同一维模型的结果进行了比较,分析了各个无量纲参数对二维解与一维解之间的偏差的影响。在此基础之上,明确了影响一维简化假设成立的两个无量纲参数———H/δ,Bi的具体取值范围。

燃机透平叶片带肋直通道结构优化策略

在不降低换热能力的基础上,提出了新的带肋通道优化策略,以降低流动阻力,改善壁面温度的不均匀性。采用Kriging代理模型和遗传算法对宽高比为1、带有45°肋片直通道进行了优化计算,获得了良好的优化效果。得到以下结论:在带肋直通道切除部分肋片效率为负的肋片,可以降低通道的流动阻力且提升换热强度,优化后的通道换热性能因子可提高2.8%;通过寻优计算,获得了宽高比为1肋片倾斜角度45°直通道最优参量范围。

平壁矩形直肋装置肋化热阻系数曲线图

提供了工程计算用的平壁矩形直肋装置肋化热阻系数曲线图。从图上可清楚地看出肋厚、肋高和肋间距对肋装置传热性能的影响。

钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接技术的应用

工程概况 皂市水利枢纽是澧水流域防洪骨干工程,位于湖南省石门县皂市镇上游约2km的渫水上,下游距河口16.5km,控制流域面积3000km^2,占渫水流域面积的93.7%。工程开发的主要任务是防洪,兼顾发电、灌溉、航运等综合利用。水库总库容14．39亿m^3，防洪库容7．83亿m^3，平常蓄水位140m。电站装机容量120MW，灌溉农田5．4万亩（0．36万hm^2），通航建筑物规模50t级。

带肋钢筋直螺纹套筒连接技术

介绍了带肋钢筋直螺纹套筒连接技术的连接特点、工艺原理、工艺流程、接头类型及其应用范围,并对该连接技术的优越性进行了阐述,最后对其施工质量控制、检验与验收进行了论述,以推广该技术的应用。

基于响应面法的梯形直肋散热板优化设计

研究对于梯形直肋散热板的优化设计方法,考虑热传导、对流和热辐射,利用有限元热分析软件Icepak对自然对流散热进行仿真分析,利用正交试验设计提取计算点,建立响应面函数,对肋根厚、肋高、肋间距和肋面尖角4个参数进行优化设计,并对优化结果进行仿真验证。

高旋转数下直肋U型方通道的换热特性研究

通过提高U型通道气体压力到500k Pa以上,将实验雷诺数Re和旋转数Ro范围分别扩展到10000~70000和0~2.0,从而匹配真实发动机转子叶片的工作条件。在此基础上实验研究了高旋转数下带直肋的、方形截面的U型通道的换热特性。研究结果表明：第一通道前缘面的努塞尔数比随旋转数的增大先下降后增强,该临界旋转数为定值Roc=0.26;随着旋转数的增大,第二通道前缘面的努塞尔数比一直高于后缘面,与光滑通道中的换热规律不同;随着旋转数的增大,第二通道内外侧面努塞尔数比的差异逐渐减小,在临近出口处几乎没有差异,与光滑通道相比正好相反。

平壁三角形直肋装置肋化热阻系数曲线图

提供了工程计算用的平壁三角形直肋装置肋化热阻系数曲线图。从图上可清楚地看出肋基厚、肋高和肋间距对肋装置传热性能的影响 ,有助于最佳尺寸的确定 ,简化传热计算。

直肋散热器结构对其散热特性影响的数值研究

利用Flo THERM热仿真软件,研究了直肋散热器基板与肋片高度耦合变化对其散热特性的影响,同时还设计了风扇与肋片组合形式的散热器,并与直肋散热器散热特性进行比较。研究表明:1)散热器表面的平均换热系数随空气流速的提高而逐渐升高,但其升高幅度随风速的提高而逐渐降低;2)基板和肋片总高度一定时,当基板与肋片高度比大于10%时,芯片节点温度随肋片高度的增加而降低,而高度比小于10%时,增加肋片高度,芯片节点温度几乎保持不变,散热器整体温度分布不均匀性却增大;3)相同空气流速下,风扇与肋片组合形式的散热器所对应的芯片节点温度要低于直肋散热器,但随着空气流速的提高,风扇对芯片节点温度的影响逐渐减小。

直肋对扩张型尾缘半劈缝气膜冷却特性影响的实验研究

为探究布置直肋扰流结构的尾缘半劈缝冷却结构的气膜冷却特性,分别采用压力敏感漆技术和瞬态热色液晶技术研究了直肋对扩张型尾缘半劈缝表面的绝热气膜效率和对流换热系数的影响,详细对比分析了吹风比及直肋宽度对三种不同扩张型半劈缝表面的气膜冷却特性。实验结果表明:直肋的加入对小扩张型半劈缝表面的气膜覆盖产生了不利影响,但仅限在小吹风比工况;而直肋对大扩张型半劈缝表面的气膜覆盖有略小的促进作用,但其绝热气膜效率始终低于小扩张型半劈缝表面。肋宽对半劈缝表面的换热增强大小受半劈缝表面形状影响,随着半劈缝表面扩张程度的增大,宽直肋结构的高换热优势逐渐超越窄直肋结构。直肋型尾缘半劈缝冷却结构可有效提升1.45~2倍的壁面热流密度,小吹风比工况时宜选用带有窄直肋的扩张程度较小的半劈缝表面结构,而大吹风比时宜选用带有宽直肋的扩张程度较大的半劈缝表面结构。