红外抑制器混合管壁肋片强化传热和引射特性

为了降低直升机分流引射式红外抑制器外露遮挡罩表面温度,提出抑制器外侧混合管表面肋片强化换热结构,采用数值模拟的方法,对抑制器混合管表面肋片结构下的引射和强化传热特性进行了研究。结果表明:与混合管表面无肋片结构相比,肋化的混合管表面对流换热增加了83%,辐射换热减少了31%,遮挡罩壁面平均温度降低了7 K;遮挡罩外侧狭缝进气面积增加后,二级引射冷气量增加了近3倍,遮挡罩壁面平均温度降低了18 K;在遮挡罩上、下位置增加引射口后,引射气流可直接作用于遮挡罩高温壁面,遮挡罩壁面热斑消失。

卧式套管潜热蓄热单元偏心与肋片结构优化模拟

利用偏心布置增强相变蓄热单元内部自然对流是提高相变蓄热系统性能的新思路,为了更深入地研究偏心布置对相变蓄热系统性能的影响,基于焓-孔隙率法建立了卧式套管相变蓄热单元的三维数学模型,并利用Fluent软件对环形空间相变材料熔化过程进行数值模拟,通过对熔化过程流场、液相率及温度云图的分析,将熔化过程划分为三个阶段:导热主导的初始阶段,随后是自然对流和导热的混合作用的阶段,以及导热再次占主导地位的最终阶段,并将相变材料环形空间划分为两个区域,据此提出新的评价参数“偏心面积比”。结果表明:硬脂酸作为相变材料时较佳的偏心面积比位于16∶1附近,熔化时间相对于同心布置缩短了45.8%,但同时会使蓄热单元㶲效率略有降低,并且预测对于其他材料,预期的最佳偏心面积比与使用材料的自然对流强度和导热能力之间的比值有直接相关。利用偏心结构与肋片结合的方法进一步强化传热,比较了螺旋肋、十字肋和X形肋三种肋片,发现X形肋具有较佳性能,与相应偏心无肋结构相比熔化时间缩短了36.7%,比螺旋肋和十字肋结构分别缩短了20.3%和7.1%。

水冷永磁防爆电机十字形肋片的优化设计

为了研究不同水冷结构对水冷永磁电机散热性能的影响,以一台水冷永磁电机为研究对象,优化十字形肋片结构对轴向“Z”字形水路,通过分析加入水道中的十字形肋片的结构参数,确定横肋的高度和数量两个影响参数,采用Workbench对电机进行三维建模,获得不同横肋高度和数量下的电机各部温度分布。结果表明,对比分析电机各部分温升,得到最优冷却结构的横肋数量为3时冷却效果最佳,定子、绕组、转子和永磁体的最高温度分别下降15.32、15.41、11.24和11.24℃。

类菱形肋片流道印刷电路板换热器热工水力特性研究

为研究类菱形肋片流道印刷电路板换热器热工水力特性,采用数值模拟方法,以冷侧超临界二氧化碳(S-CO_(2))和热侧气态CO_(2)为工质,分析了冷侧进口温度313.15~353.15 K,热侧进口温度553.15~593.15 K,冷热侧热工水力特性的变化,比较了NACA0030翼型肋片流道和类菱形肋片流道的综合性能。结果表明:S-CO_(2)入口温度增大40.0 K,总换热量减小23.91%,冷、热侧压降分别增大29.95%、11.14%;气态CO_(2)温度增大40.0 K,总换热量增大16.40%,冷、热侧压降分别增大9.42%、7.43%,S-CO_(2)入口温度变化对热工水力特性的影响更明显;类菱形肋片流道印刷电路板换热器有着更小的流动阻力和较好的综合性能。该研究结果对间断型印刷电路板换热器设计有一定的参考意义。

微通道中凹穴复合肋片流动和换热特性研究

本文在微通道中4种常规肋片基础上,通过在肋片上复合凹穴结构,提出4种对应的凹穴复合肋片。通过数值模拟方法,研究了常规肋片和对应凹穴复合肋片对微通道流动和换热特性的影响,并分析了凹穴对流动和换热性能的影响机制,最后采用性能评价准则PEC对比其综合性能。结果表明:凹穴结构复合于肋片后,减小了肋片最大宽度,有利于减小肋片下游分离区,且凹穴处流体在主流带动下会形成回流区,进而减少了肋片与主流间的摩擦总阻力,相比于常规肋片可显著降低流动压降,其中Re=800时压降最大可减少52.03%。但凹穴结构也会降低肋片对主流的扰动作用,削弱了肋片附近流体和主流间对流和掺混,造成微通道强化换热效果恶化。凹穴结构对流动和换热特性的影响与肋片形状有关。以PEC为基准评价综合性能时,凹穴结构削弱换热的缺陷造成综合性能下降。

多角度肋片强化相变材料换热仿真分析

目的 针对太阳能热利用领域中相变材料的封装结构提出圆柱体相变蓄热棒,并设计多角度肋片以加快相变材料融化速率。方法 采用CFD仿真技术,分析不同形状肋片对蓄热棒中相变材料融化特性的影响,计算各模型相变材料的融化时间、温度响应速率和平均传热系数。结果 在800 W/m2的热流边界条件下,无肋片蓄热棒的相变材料完全融化需要2813s,设计的12组肋片中Tra–45模型性能最优,相变材料的融化时间比无肋片对照组的缩短了5.4%;Tra–45模型中相变材料温度分布集中,且最高温度上升了6℃,Tra–45模型的温度响应速率较对照组的提升了5%;Tra–45模型的平均换热系数达到9.97W/(m2·K),较对照组的提升了2.8%。结论 蓄热棒内增加梯形45°肋片后,相变材料融化速率加快,蓄热棒内温度分布均匀。同时,相变材料的温度响应速率提高,平均换热系数显著增加,可满足频繁充放热的需求。

肋片布置对相变蓄冷用冷藏车蓄冷板充冷过程的影响

为量化充冷管道外添加肋片对采用相变蓄冷技术的城市冷链配送小型冷藏车用蓄冷板充/补冷过程的影响,以相变材料(PCM)RT5 HC作为蓄冷介质,对PCM凝固过程进行计算,分析充冷管道上肋片数量、肋片形状、肋片厚度及相邻管道上肋片布置方式对充冷时间及蓄冷效率的影响。结果表明,充冷管道上设置肋片,蓄冷板充冷过程中液态和部分凝固的PCM被分隔为多个小区域,小区域内自然对流得到强化,同时相界面延长,传热面增大,冷量传递加快;与充冷管道上无肋片的蓄冷板相比,设置肋片使充冷时间大大降低,蓄冷效率ε得到极大的提升,而蓄冷量略有降低;当肋片数量由4条依次增加至6,8条时,对应的ε及肋片效率ε_(f)增长速率升高,而由8条增加至10条时,ε及ε_(f)增长速率下降;对比肋片截面形状,矩形肋片效率最高,为3.19;肋片厚度t增大对蓄冷效率的提升作用较小;相邻充冷管道上不同肋片布置方式对充冷过程影响较小。研究结果为蓄冷板内充冷管道设计提供参考。

管壳式相变蓄冷单元传热肋片拓扑优化设计

针对管壳式相变蓄冷单元传热肋片结构设计固化,概念设计缺乏理论指导,强化换热效果有限等问题,基于拓扑优化理论,构建二维管壳式相变蓄冷单元的物理模型并进行有限元分析;选取最终时刻平均温度为目标函数,以肋片材料体积占比为约束条件构建管壳式相变蓄冷单元二维肋片拓扑优化模型;对模型进行特征求解得到肋片清晰的拓扑轮廓以及动态演化特性。在上述研究基础上,进一步分析了不同肋片体积占比下所得优化拓扑构型的异同,得出20%的体积占比是综合考虑优化效果和成本的较优值。对比相同肋片体积分数下直肋单元与拓扑优化肋单元的蓄冷特性,结果发现,采用拓扑优化肋片的蓄冷单元中蓄冷速率较直肋提高了41.7%,最终时刻设计域的平均温度较直肋降低了3℃左右,从而验证了拓扑优化在相变蓄冷单元传热结构优化方面的优势。

湿工况下肋片效率计算方法分析、总结与改进

在除湿工况下,肋片效率受到冷却过程传热和除湿过程传质的共同影响。由于传热传质的复杂性,现有的多种湿工况下肋片效率计算方法的物理含义不同。然而肋片效率计算方法最终都体现为一个肋片效率计算公式,不同方法之间物理含义的区别往往被掩盖在这一表象的计算公式之下。介绍了采用不同建模方法时湿工况下求解肋片管式换热器肋片效率的过程,指出了不同肋片效率公式的关键区别,并就使用换热与压降关联式时应采用何种建模方法以及相应的肋片效率公式给出了建议;在前人研究的基础上,对几种肋片效率公式提出了简化方法。

湿空气在肋片表冷器上的传热传质及肋片效率

分析了肋片式表冷器在湿工况下的传热传质过程 ,认为表冷器对空气进行冷却减湿过程中不遵循路易斯关系式 ,推导出在湿工况下的冷却能力及肋片效率 ,计算表明当肋表面出现凝结时 。

湿工况下圆形和椭圆形肋片管蒸发器热质传递特性研究

通过焓差法实验研究了湿工况下圆形和椭圆形肋片管蒸发器的热工性能,发现在相同条件下椭圆形肋片管的换热量比圆形的高57.15%。建立了蒸发器内湿空气的热质传递计算模型,与实验和其他文献结果的最大误差均小于20%。经过对2种管型速度场、流线场、温度场和浓度场的分析,结果表明,虽然湿空气绕流圆形和椭圆形肋片管后均形成尾流,但椭圆形肋片管的流线型结构使气流到达第2排管的最大速度比圆形肋片管高约50%。因此椭圆形肋片管蒸发器的传热量更多、水蒸气冷凝速度更快,性能更好。

肋片的几何参数对圆形内肋片管蓄冰特性影响

采用焓法和控制体积法对圆管内肋片蓄冷器的结冰特性进行分析,引入无量纲参数建立结冰过程的数学模型,并进行数值求解。结果表明:随着圆形内肋片管蓄冷器的肋片长度、厚度、数量的增大,蓄冷介质达到给定蓄冰率的凝固时间都有不同程度的减少,尤以肋片长度的影响较为明显,肋片厚度对蓄冰特性的影响最小;肋片间距对该蓄冷器的蓄冰特性也有较大影响,随着肋间距的增大,达到给定蓄冰率的完全凝固时间将急速增大。研究可以为蓄冷器的结构优化提供理论依据。

梯形肋片管表面温度的试验与计算

以几种不同形状的梯形肋片管为研究对象 ,通过建立试验台 ,模拟了肋片的多种工况 ,得到了肋片的实际温度分布 ,继而从理论上对肋片的温度和传热量进行了推导计算 ,最后 ,对两者进行了对比 。

直肋片最佳肋片厚度的理论关系式

本文从追求整个肋壁最大传热量出发，证明了肋片传热面最佳肋片厚度的存在，并得到了确定最佳肋片厚度的理论关系式。

三角形肋片非稳态导热数值模拟

采用三角形网格以显式方法对三角形肋片进行了二维非稳态导热数值模拟,结果表明用此种方法来求解可以得到肋片内的二维温度分布,较常用的一维方法精确。同时对三角形肋片相对于其它形式肋片的优点也给予了评价。

低温热水地板辐射供暖系统改进型平面肋片模型计算法

在低温热水地板辐射供暖系统的计算中,原用的平面肋片模型假设地板的温度场是一维的。本文在原有模型基础上按二维温度场对肋片效率和肋基温度进行了修正,提出了基于改进型平面肋片模型的地板散热量计算方法,提高其计算的准确改正性。

热肋片宽度对复杂方腔自然对流影响的数值分析

采用笔者等发展的二阶全展开Euler-Taylor-Galerkin分裂步有限元方法,经过对算法精度验证,在确定不同网格密度对计算结果影响的基础上,确定出计算所需网格密度的必要条件,并在指定的网格密度条件下,分析了热肋片宽度对封闭方腔内典型自然对流流动的影响,流动对应的Pr=0.71,Ra=104。计算结果表明,随热肋片宽度的增加,方腔平均Nu数呈现出先减小后增加的趋势,转折点肋宽约为0.7,对应涡核从一个变为两个。

燃气热水器换热肋片结构优化设计的可行性实验研究

本文以模拟分析和实验测试为基础,在不考虑其它因素影响前提下,通过换热器肋片厚度,调整肋片高度及肋片节距之间的组合,从中找出换热器结构设计的优化方案,进而为燃气热水器设计及合理使用铜材提供便利。

不同截面形状微肋片内流动阻力特性

以去离子水为工质,实验研究了横截面形状为圆形、椭圆及菱形的叉排微肋片组成的流道内的流动阻力特性。结果表明,3种形状肋片流道内压降随流量增大而增大。受微/小尺度下层流边界层的影响,流量较低时微肋形状对流动影响较弱,椭圆形肋片与菱形肋片内压降几乎相同,而圆形截面肋片内由于流动距离较长导致流动阻力最大;当流量较大时,椭圆形肋片内压降最小。Re较小时,长短轴一致的菱形肋片内的流动阻力系数f比椭圆形肋片略低,但在Re较高时,椭圆形肋片内的f值仍然最低。研究还表明,在现有各种关联式中,只有菱形微肋片关联计算值与本实验值较吻合。

LED板状肋片散热器性能的方向效应

为考察装配板状肋片散热器的多角度照射型LED灯的自然对流散热性能的方向效应,以一款LED投光灯的关键散热结构为研究对象,采用实验测量法验证数值模拟的计算精度,并将数值模拟的温度和流体数据用于分析3种驱动电流和7个出光倾角下最大温升和温度均匀性的散热机制。结果表明:不同倾角下的散热器肋间风道内的流速分布的较大差异,是导致最大温升和温度均匀性变化的根本原因;最高温度点的上、下游流速的差值可用于定量解释温度均匀性的变化规律。不同倾角下肋片间距对最大温升的影响趋势表明:最佳间距附近的散热器性能对倾角的敏感度最高,散热能力的方向效应不容忽视。