窄间隙矩形通道单相水纵向涡强化传热实验

在窄间隙矩形通道内设置4对周期性分布的矩形块纵向涡发生器(LVG),研究该类通道和光通道内单相水介质流动阻力特性和对流传热特性。在雷诺数Re为310～4220范围内,纵向涡(LV)使得通道内流动提前由层流向紊流转化。在层流区,LV强化传热可达100.9%,摩擦阻力增大仅11.4%;在紊流区,LV强化传热可超过87.1%,摩擦阻力增大100.3%。LV可明显强化单相水传热,并引起摩擦阻力一定程度的增加。

窄间隙矩形通道单相水纵向涡可视化实验研究

在窄间隙矩形通道内设置4对周期性分布的矩形块纵向涡发生器(LVG),应用相位多普勒粒子图像分析仪技术(PDPA)对该通道内单相流动的速度场进行可视化测量。通道内单相层流和湍流的主流速度分布表明:当流动经过LVG时,将会产生以二次流动为特征的纵向涡(LV);LV使得流动边界层的发展受到抑制或破坏作用,强化通道内部流动的横向对流运动,因此能够起到强化传热的作用。

纵向涡对窄间隙矩形通道内流动边界层作用特性研究

利用纵向涡发生器(LVG)产生纵向涡(LV)强化传热的机理主要是基于对边界层的削薄和破坏。由于LV作用距离远,结构简单,安装高度低,对于具有窄间隙通道的换热结构,LV强化传热有着较强的应用价值。本文应用相位多普勒粒径分析仪对LV作用下的窄间隙矩形通道内速度场分布进行了测量。实验结果表明,LV可以有效地削薄和破坏流动边界层厚度;LV对边界层的削薄和破坏可以对传热起到强化的作用;CFD数值模拟结果表明,剪切应力模型(SST)以对LV作用下窄间隙矩形通道内的速度场进行有效地模拟。

窄间隙矩形通道内填充泡沫金属后的换热性能分析与应用

本文以窄间隙矩形通道内填充泡沫金属后与空气强制对流的换热效果为研究对象,建立了窄间隙矩形通道内填充泡沫金属的多孔介质三维散热模型,采用ANSYS-FLUENT软件对该模型进行了模拟,并进一步分析了截面速度分布、表面换热系数、努塞尔数等参数对泡沫金属内部流动与换热特性的影响.最后,以电动汽车电池模块为验证对象.在同等风速下,在矩形电池单体间隙内填充泡沫铝后,电池壁面温度最高可下降4.3℃,最大温差可下降3.2℃,验证了利用泡沫金属对电动汽车电池模块散热的可行性与有效性.

窄间隙矩形通道沸腾传热强化判定准则研究

为了研究以水为介质的窄间隙矩形通道内发生临界热流密度(CHF)时的传热强化,构建了一个判定准则。根据窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流CHF预测解析模型,得到了可以预测通道间隙厚度不小于0.5 mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾二相流环状流时的CHF解析模型。根据汽液二相介质的特点,推导出了在沸腾二相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则,通过分析计算表明这个判定准则是合理的。这个判定准则适用于高Re数下窄间隙矩形通道内强迫流动时发生CHF的传热强化判定。

窄间隙矩形通道间隙厚度对传热强化影响研究

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流临界热流密度(CHF)预测解析模型,得到了可以预测间隙厚度不小于0.5mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF解析模型。计算表明,当窄间隙矩形通道的进口截面宽度与间隙厚度比为25～85时,通道内的CHF值强化比较明显。根据汽-液两相介质的特点,推导出了在沸腾两相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则。分析计算表明,这个判定准则是合理的,传热强化较好的进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。综合两者的计算结果,窄间隙矩形通道内传热强化的参考进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。

窄间隙矩形通道的临界热流密度解析模型

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点，参考圆管环状流临界热流密度（CHF）预测解析模型，得到了窄间隙矩形通道内环状流CHF解析模型。该模型可以预测通道间隙不小于0．5mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF值。计算表明，当窄间隙矩形通道的进口截面宽高比为25～85时，通道内的CHF值强化比较明显。

窄间隙矩形通道内纵向涡有效作用距离初步研究

由于纵向涡发生器(LVG)作用距离远、结构简单、安装高度低,对于一些具有窄间隙通道的换热结构,纵向涡(LV)强化传热有着较强的应用价值。在窄间隙矩形通道水介质条件下应用这种技术时,LV的有效作用距离直接关系到传热强化效率和是否具有推广应用的价值。本文采用数值模拟方法对这一问题进行了模拟,并采用旋涡强度剩余率作为判别依据,结果表明在本文参数范围内,纵向涡有效作用距离为LVG高度的68.3～77.4倍,并且这一范围与Re数关系不大。

垂直向上窄间隙矩形通道内单相流动特性实验研究

以垂直向上窄间隙矩形通道为研究对象,开展了恒热流密度加热条件下的单相流动特性实验研究。根据测量的温度、流量、压降和热流密度,获得一定工况范围内层流、过渡流和湍流流动的非等温摩擦系数实验数据,并基于这些实验数据对现有的预测关系式进行了对比评价。结果表明,由Kays和Clark提出的层流等温摩擦系数关系式以及由Blasius、Techo、Moody提出的湍流等温摩擦系数关系式的预测结果均与相应的实验结果具有较好的一致性。

垂直向上窄间隙矩形通道内单相传热特性实验研究

以垂直向上窄间隙矩形通道为研究对象,开展了恒热流密度加热条件下的单相传热特性实验研究。根据测量的温度、流量、压降和热流密度,获得一定工况范围涵盖层流、过渡和湍流流动的平均努谢尔数实验数据,并基于实验数据对现有的预测关系式进行了对比评价。结果表明,Shah和London、Dittus-Boelter、Gnielinski提出的努谢尔数预测关系式均与实验数据具有良好的一致性,本实验得到的数据可为运动条件下的非等温传热特性研究提供对比依据。

窄隙通道内纵向涡作用下汽泡行为可视化研究

当流体流过纵向涡发生器时,会在纵向涡发生器后产生沿纵向移动的涡旋,这些纵向涡的强烈运动,促进了主流区与传热壁面附近的流体搅混,削薄或破坏边界层,实现了强化传热。在窄间隙矩形通道内的加热板上布置矩形块的纵向涡发生器,通过正面450 mm×40 mm和侧面3 mm宽的石英玻璃可视窗内对纵向涡作用下的汽泡行为进行了可视化研究。通过分析纵向涡对单个汽泡、多个汽泡和汽泡演化作用特性的影响,表明纵向涡对汽泡产生了强烈的扰动作用,抑制了汽泡在加热板上的长大和聚集,加强了近壁区热流体和流道中央区冷流体之间质量、动量和能量的交换,对加热板表面的热边界层起到破坏和削薄作用,从而使汽液二相工况下的传热明显强化。由于纵向涡发生器作用距离远、结构简单,对平面或近似平面的窄间隙换热结构,具有良好的应用前景。

窄间隙堆芯中子注量率测量扰动模拟研究

通过理论计算与模拟验证,分析了有机玻璃支架对堆芯中子场的扰动情况,为窄间隙通道中子注量率测量活化片支架的制作及布置提供了依据,实堆测量结果表明通过合理设计,有机玻璃支架对X堆芯中子场的扰动可降低到较低水平。

红外热像仪在纵向涡强化传热研究中的应用

应用红外热像仪对水介质中HP-LVG4和HP-S背面温度场进行了拍摄,结果表明在加热功率密度基本相当时, HP-LVG4内壁温平均值相对于HP-S降低了18.1%;在平均内壁温基本相当时,HP-LVG4的加热功率密度比HP-S提高了29.3%。以上结果说明,红外热像仪可以较好地应用在纵向涡强化传热研究中。

纵向涡强化汽-液两相传热特性研究

开展窄间隙矩形通道内纵向涡强化汽-液两相沸腾传热实验。带纵向涡发生器通道和光滑通道实验数据表明:两相沸腾传热系数主要受质量流速影响,而含汽率和入口压力对其影响较小;随着纵向涡发生器的加入,窄间隙矩形通道内沸腾换热机理有较大变化;纵向涡使汽-液两相沸腾传热系数提高1.1%～25.8%。

CFD在纵向涡强化两相传热模拟中的应用

利用纵向涡发生器在窄间隙矩形通道内产生的纵向涡可以起到强化传热的作用。运用CFD商业软件CFX10.0对带纵向涡发生器的窄间隙矩形通道内的汽液两相介质进行了模拟计算。结果表明,产生的纵向涡能有效地降低窄间隙矩形通道的边角处热量集中,提高中央主流区流速,进而明显提高加热板上的热流密度;LV也能加强通道内冷热流体交混,起到强化传热的作用。在本文参数范围内,相对于光滑通道而言,带LVG的窄间隙矩形通道在适当增加流动阻力的基础上,能明显提高传热效率。

纵向涡作用下的CHF预测模型研究

纵向涡发生器由于结构简单,生成的纵向涡作用距离远,强化传热效果明显,适合应用在狭窄通道的平行表面上。基于窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流临界热流密度(CHF)预测解析模型和肋化通道传热模型,构建了带矩形块纵向涡发生器窄间隙矩形通道内的CHF预测模型,并用带4对矩形块纵向涡发生器窄间隙矩形通道内的CHF实验数据对模型进行了校核,模型预测精度良好。