等热流条件下潜热型功能热流体换热强化机理研究

本文分析了潜热型功能热流体强化换热的物理机制，并基于等效比热模型，对等热流条件下圆管内该类流体层流流动换热强化的各因素进行了敏感性分析．同时，改进了内部流动传统的Ｎμ定义。

过程参数描述的等热流平板间层流对流换热特性

应用对流换热的过程描述对等热流边界条件平行平板间的层流对流换热特性进行了分析.不论是发展段还是充分发展段,壁面上由于速度引起的对流传输作用为0,但速度梯度对壁面法向方向热通量的对流传输有贡献,从而壁面上法向热通量是对流方式传输的;速度梯度作用在入口段较强,随流动的发展而减小,充分发展段该作用为一常数;由于速度梯度的贡献,入口段壁面上对流换热系数较大.从截面的平均特性来讲在流动内部,发展段速度和速度梯度控制主流方向热通量的对流传输,但速度截面平均作用在入口段减弱了主流方向热通量的对流传输,充分发展段速度和速度梯度对主流方向热通量的传输不起作用;发展段内部,速度和速度梯度控制壁面法向方向热通量的对流传输,但在发展段速度减弱壁面法向方向热通量传输,充分发展段速度对该方向热通量的传输不起作用,此时速度梯度是该方向热通量对流传输的唯一驱动.

等热流边界条件下扭曲方管内流动与传热特性数值分析

用数值方法对处于等热流边界条件下的扭曲方管内层流流动与传热特性进行研究.结果表明:流体的平均努塞尔数和阻力系数主要受扭率和雷诺数的影响.在同一扭率下,管内的平均努塞尔数随着雷诺数的增大而增加,阻力系数随雷诺数的增大而减小;在同一雷诺数下,管内的平均努塞尔数和阻力系数随着扭率的增大而减小.不同扭率和雷诺数时,扭曲方管的强化传热指标均>1,证明扭曲方管具有强化传热的作用.

等热流圆管内冰浆流体传热特性的解析研究

对等热流圆管内冰浆流体的换热情况提出了一系列前提假设,在此基础上,发展了内热汇模型描述冰晶粒子融化吸收潜热,运用解析方法,对所得的微分方程进行了求解,计算结果表明,随着含冰率增大,换热性能得到加强,平均Nu数增大。从而揭示了冰浆流体为供冷介质时的强化换热作用。

等热流密度条件下碳氢燃料裂解特性研究

碳氢燃料在主动冷却通道中的裂解吸热是热管理的一个重要手段。为了研究碳氢燃料在裂解通道各处的裂解特性变化,本文采用电加热反应器和密度在线测量装置串联的方式,在等热流密度条件下,通过改变加热管长,结合实验所得裂解停留时间、产气及热沉结果探究了燃料的裂解特性。结果表明,受压力和管径影响,燃料裂解停留时间随压力升高或管径增大而增长;油温在700℃前,裂解反应受停留时间影响较大,压力高管径大有利于产气和热沉的提高,而在750℃后,裂解反应受温度控制,而且在高温时由于缩聚反应的发生,管径增大,压力升高,而引起的停留时间增加,都使得缩聚反应进一步深入,燃料的产气率和化学热沉增长都相应减缓,此时增大压力或管径都不利于燃料产气率和热沉的提高,其中压力影响尤为显著。

等热流密度加热垂直下降液膜的研究

利用等热流密度加热条件下降膜流动的三维模型方程进行线性稳定性分析和数值模拟。线性稳定性分析表明,模型方程在小到中等Reynolds数下都适用,并且流向不稳定性增长率随着Reynolds数和Marangoni数增加而增加,展向不稳定性增长率则随着Marangoni数增加而增加,随着Reynolds数增加而减小,流向和展向对扰动波数都存在一个不稳定区间。三维数值模拟表明,在等热流密度加热条件下,液膜在随机扰动的情况下最终会形成带孤立波的三维溪流状结构,液膜与气体的换热也因溪流状结构的出现而加强;在随机扰动的基础上引入占优势地位的展向最不稳定扰动会使得换热增强,液膜会提前破裂;在随机扰动的基础上引入占优势地位的流向最不稳定扰动时,液膜的换热会增强,但不会提前破裂;在随机扰动的基础上同时引入占优势地位的流向和展向最不稳定扰动时,换热会加强且液膜会提前破裂。

等热流圆管内潜热型功能热流体层流换热的内热源模型及应用

从对流与导热的相似性出发,揭示了潜热型功能热流体强化换热的物理机制.针对平均比热容模型的局限,发展了内热源模型,优化了其数值计算方法,对影响速度充分发展的等壁温圆管内该类流体层流流动换热强化的各因素进行了敏感性分析,弄清了影响换热强化的主要因素及其强化换热的机理,提出了表征功能热流体换热强化程度的修正Nu数.

过程参数描述的等热流和等壁温平板间层流对流换热特性区别

应用对流换热过程参数描述,对平行平板间层流对流换热特性在不同热边界条件下的区别进行分析.结果表明:发展段壁面上,在等热流边界条件下壁面法向方向的热通量是以对流方式传递的,虽速度为零,但速度梯度对该热通量的传输有贡献,等热流边界条件时最大速度梯度项对法向热通量的传输有贡献;在等壁温边界条件下壁面法向方向的热通量是以扩散方式传递的;在发展段流体内部,不同热边界条件下主流方向的热通量和垂直壁面的热通量均是以对流方式传输的,速度和速度梯度对主流方向和垂直壁面热通量传输的贡献与边界条件相关;在充分发展段壁面上,等热流边界条件时壁面法向方向的热通量是以对流方式传递的,速度梯度对该热通量的传输有贡献,但等壁温边界条件时是以扩散方式传递的;在充分发展段流体内部,等壁温边界条件时主流方向的热通量和垂直壁面的热通量均以对流方式传输,速度对主流方向热通量的传输有贡献,等热流边界条件时主流方向的热通量和垂直壁面的热通量均以对流方式传输,主流方向热通量的传输是一没有净换热的对流过程,速度梯度对垂直壁面热通量的传输有贡献;正是由于等热流边界条件时壁面上最大速度梯度项对法向热通量传输的贡献和等壁温边界条件时壁面上最大速度梯度项对法向热通量传输没有贡献,使得等热流边界条件对流换热强度高于等壁温边界条件的换热强度.

等热流矩形通道内柱面翼涡发生器的强化换热特性研究

在等热流条件下,实验研究了矩形通道内设置平直、柱面翼型涡发生器(VGs)对综合换热性能的影响。以(Nu/Nu0)/(f/f0)1/3作为评价涡发生器综合换热性能的因子,结果表明:呈流线型的椭圆柱面翼型涡发生器的综合换热性能优于平直翼型。进一步考察了斜截角α、攻角β和前沿间距S对综合性能的影响。斜截角α=20°的综合换热性能较佳;Re=650～2900工况下,攻角β=0°的综合换热性能最强;随着Re的增大,β=45°和β=60°的综合换热性能显著增强;前缘间距S=30 mm时,椭圆柱面梯形翼(α2=20°)的综合换热性能最高。根据实验结果,对椭圆柱面翼进行实验关联式的拟合,为工程设计提供参考依据。

定热流状态下湍流冰浆传热特性的数值模拟

冰浆是一种有效的空调蓄冷和输送冷量的介质,有着广阔的应用前景,而冰浆的流动特性和传热性能又是将冰浆介质应用于实际工程的最为重要的基础资料。在对冰浆流体的换热情况做出一些假设的前提下,利用等效比热描述冰晶粒子融化吸收潜热,建立了管内湍流冰浆的传热模型。运用有限差分的方法,对所得的离散方程进行了求解,从而得到了定热流状态下圆管内湍流冰浆流体的传热特性。计算数据表明,随着含冰率和流速的增大,对流换热系数增大,换热性能得到加强。

定热流状态下圆管内层流冰浆流体传热特性的数值模拟

在对冰浆流体的换热情况提出一系列假设前提下,建立等效比热容模型,用于描述冰晶粒子融化吸收潜热。运用有限差分的方法,对所得的差分方程组进行求解,从而得到定热流状态下圆管内层流冰浆流体的传热特性。计算结果表明,随着含冰率的增大和Ste的减小,平均Nu增大,换热性能得到加强。

滑移流区内微环缝槽道中的层流流动与换热

本文针对微环缝槽道采用速度滑移和温度跳跃边界条件求解了不可压缩气体的Ｎ－Ｓ方程和能量方程，理论分析了微环缝槽道在单侧或双侧不同热流密度加热条件下的流动与层流换热特性，讨论了Ｋｎ数、内外径比对流动阻力及换热特性的影响。结果表明：滑移流区微环继通道内的流阻和Ｎｕｓｓｅｌｔ数明显低于连续流区；且随着Ｋｎ数的增加，流阻和Ｎｕｓｓｅｌｔ数均减小；但其随内外径比ｒ＊的变化趋势与连续流区相似。

食品热物性参数非稳态测试技术的研究进展

非稳态测试法具有快速、准确的特点,测试范围可覆盖几乎所有食品材料和较宽的热参数区间。本文回顾了国内外热物性研究的背景,阐明了进行相关研究的意义,例举了一些目前国际上主要的非稳态测量方法及特点。

不同边界条件下管翅式换热器流动与传热性能的POD分析

传统的数值模拟计算时间长,很难满足现代工业发展需求。采用适体坐标与本征正交分解(POD)相结合的方法在等壁温和等热流两种边界条件下对扁管管翅式换热器进行降维计算,并将计算结果与有限容积法(FVM)计算结果进行了对比。结果表明:POD方法在等壁温和等热流边界条件下均能获得物理过程的准确信息,并将传统FVM数值计算速度提高了3093倍。采用POD方法重构温度场时,在等壁温和等热流条件下相对偏差平均值的最大值分别为0.557%和0.308%。重构速度场时,在等壁温和等热流条件下相对偏差平均值的最大值分别为1.26%和1.9%,这一结论可为换热器的数值设计中合理设置边界条件提供理论依据。

电阻制动带内空气流动与传热数值模拟

电力机车在电制动时，将部分电能消耗在电阻制动带上而变为热能，如果这部分热量不能有效散失，将对行车安全造成严重威胁，因此了解电阻制动带通道内的气体流动状况与换热情况就十分必要。本文以空气为介质（Pr=0．701），采用数值模拟的方法在Re-300～1000的范围内对电阻制动带内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析，说明不同Re、不同攻击角、不同开缝长度对Nu数和阻力系数的影响。分析结果表明：攻击角相同的情况下，增大开缝长度，Nu数增加，但阻力增加的幅度更大；开缝长度相同的情况下，增大攻击角，Nu数和阻力系数都有明显的增加；最佳的结构参数为开缝长度取5mm，攻击角取30°，可获得较大的Nu数和较小的阻力系数。

一种扁管管翅式换热器的高效数值设计方法

传统的数值模拟方法计算量大,计算时间长,很难满足现代工业发展的需求。以扁管管翅式换热器为例,采用适体坐标与最佳正交分解(POD)相结合的方法构建了低阶模型,在等热流边界条件下对扁管管翅式换热器中流动与传热过程进行计算,并将POD计算结果与有限体积法(FVM)计算结果进行了对比。结果表明:POD方法能准确地捕捉到不同数量参数变化情况下的温度场及速度场信息。对于3变量工况重构速度场及温度场的相对偏差平均值的最大值分别为1.90%、0.308%。采用POD方法在保证计算精度的前提下将FVM计算速度最大能提高3093.4倍。研究对于提高扁管管翅式换热器数值设计效率、拓展POD方法的工程应用领域有一定的理论参考价值。

带钢短波红外加热技术及其传热过程分析

基于等热流密度假设,采用解析法推导了红外加热过程中带钢温度分布,并分析了过程的热平衡,得到了功率系数的公式。考察了红外加热后带钢的温差以及带钢厚度和机组速度对功率系数的影响,结果表明:红外加热过程中,带钢厚度方向温度呈抛物线型分布,加热后带钢的表面与芯部温差非常明显;功率系数随着带钢厚度和机组速度的增大而增大;加热薄带钢时,功率系数的增长速度,明显高于厚带钢。

高温电阻制动带内空气可压缩时传热特性研究

采用可压缩流体的SIMPLE算法,以韶山七型电力机车电阻制动带为研究对象,对空气在电阻制动带内周期性充分发展的层流流动的传热特性进行了数值及试验研究,分别说明了不同Re、不同攻击角、不同开缝长度对Nu数和阻力系数f的影响,得出了最优的电阻制动带结构参数,为改进电阻制动带结构提供相应的理论依据。试验结果和数值模拟结果近似一致,说明数值分析方法可较好地分析电阻制动带内可压缩空气的传热特性。

空气在高壁温通道内流动特性研究

本文采用可压缩流体的SIMPLE算法,以韶山七型电阻制动带为研究对象,对空气在高壁温通道内周期性充分发展的层流流动特性进行了分析研究,得到了不同截面的流场分布图,为改进电阻制动带结构提供相应的理论依据。

空气在高壁温通道内传热特性研究

本文采用可压缩流体的SIMPLE算法,以韶山七型电阻制动带为研究对象,对空气在高壁温通道内周期性充分发展的层流传热特性进行了分析研究,分别说明了不同Re、不同攻击角、不同开缝长度对Nu数和阻力系数f的影响,得出了最优的电阻制动带结构参数,为改进电阻制动带结构提供相应的理论依据。