圆形冲击射流传热性能的实验研究

应用萘升华传质/传热比拟技术,对单个圆形射流在不同喷嘴到被冲击表面距离(1≤H/D≤12),在7×103≤R e≤1.9×104时,进行了局部传质/传热实验;研究了不同喷嘴到被冲击表面距离和不同R e对单个圆形射流局部换热特性的影响。单个圆形射流局部传热系数随着R e的增加而大幅度增加,R e是影响局部换热系数的主要因素。在同一R e下局部换热系数沿轴向非单调变化,在驻点处当H/D≌6时换热系数达到峰值;H/D<6时,局部换热系数沿径向有两个峰值;随H/D的增加,中心区局部N u减小,但影响范围变大。

四喷嘴圆形冲击射流局部传热性能的实验研究

应用萘升华传质/传热比拟技术,对喷嘴组圆形射流在不同喷嘴到被冲击表面距离(2≤H/D≤8),在4×103≤Re≤1.0×104范围内,进行了局部传质/传热实验,研究了不同喷嘴到被冲击表面距离和不同Re数对喷嘴组圆形射流局部换热特性的影响.研究结果表明,实验条件下,喷嘴组空气射流局部Na数呈对称分布,在附加驻点区换热与驻点区有所不同,被冲击表面中心处的换热处于最不利的位置.对喷嘴组中每一个射流而言,换热系数沿径向的变化与单个圆形射流的变化不同,靠近被冲击面中心的一侧换热系数下降较快.

气体射流冲击对流换热系数试验研究

在气体射流冲击试验装置上,冲击温度105～135℃,气流速度6．7～14．4m／s,相对湿度0～30％的范围内,进行了对流换热系数的研究,得到如下结论:物料表面温度T接近饱和温度T_s时,对流换热系数值出现转折,拐点前对流换热系数h为拐点后的3～12倍。在表面温度T＜T_s时,可获得较大的对流换热系数,对流换热系数h随温度、气流速度和湿度的增大而增大,最大可达1403W／(m^2·K)。在表面温度T＞T_s时,对流换热系数值明显变小,且与0％相对湿度的对流换热系数值接近一致;在气流速度为恒定时,温度和湿度对对流换热系数影响不明显;在温度为恒定时,对流换热系数随气流速度的增加而增大,湿度变化对其影响不明显,对流换热系数h在120～136W／(m^2·K)范围内。

新型置换通风系统耦合作用机理分析研究

建立了办公室房间侧墙上置风口置换通风方式试验模型,测试了不同负荷情况下房间非等温送风射流的速度分布和温度分布。利用无因次速度变化曲线,分析了送风射流的发展规律,依据送风射流边界层理论,分析了房间内送风射流与周围空气热质交换以及送风射流与热羽流对房间温度分层的影响,阐明了新型置换通风系统耦合作用机理。

油气两相流喷射冷却旋转发热圆柱换热机理分析

为了研究油气润滑冷却圆柱摩擦副换热机理,建立了油气润滑两相流体喷射冷却旋转发热圆柱数学模型.采用SST k-w湍流模型及离散相模型,利用FLUENT软件求解了油气流场射流流场,结果表明:随着喷射距离L的增大,圆柱表面平均Nu变小,L对圆柱局部区域的平均努赛尔数影响规律不同.随着Re增大,圆柱表面平均Nu变大.转速对圆柱表面平均Nu影响较小.对圆柱沿圆周按照流动特点分成4个区域进行讨论,并分析了喷射距离、雷诺数、转速对各个区域Nu的影响.

磨削工件表面含湿空气射流冲击的换热

针对磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,一方面,通过数值研究,揭示旋转表面诱导的气旋和射流冲击的耦合流动换热特征;另一方面,通过实验研究,定量分析含湿空气射流冲击的强化换热效果。研究结果表明,当盘缘在射流冲击喷嘴附近的切向速度与射流冲击方向协调时,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用有利于改善磨削弧区的对流换热,随着转盘旋转速度的增加,其强化对流换热的效果更显著;采用含湿空气作为冲击射流可以显著提高加热壁面的冷却效果。

地板送风对流热转移

针对下部有集中热源的地板送风空调小室,利用PHOENICS软件,对多种工况下室内气流流动的速度场和温度场进行了模拟,利用模拟结果计算对流热转移量,得出对流热转移量的变化规律。分析了影响对流热转移量的相关因素,主要是由于送风冷射流与热源的热射流在不同的影响因素下对室内气流流动及温度分布产生影响,从而造成对流热转移量的变化。结果表明:地板送风空调小室的对流热转移量与热源数目、送风口密度、热源强度、送风量4个因素有关;回风口数目对对流热转移量的影响很小,可以忽略不计。

热气防冰系统内表面弦向传热性能衰减规律

利用反向热流法实验研究了弦向3排射流喷口,且中央喷口正对前缘驻点结构下射流冲击热气防冰系统前缘内表面的局部传热特性。重点研究了喷孔射流出口雷诺数Rej、笛形管相对于前缘的距离与孔径比Zn/d、射流冲击驻点区弦向弧长与孔径比r/d对冲击前缘靶面的局部传热性能分布的影响。实验中Rej范围为2.5×104～1×105,Zn/d范围为1.736～27.5,r/d范围为13.21～61.5。结果表明,局部传热性能分布曲线为从驻点开始向两侧衰减的钟形曲线,包括稳定段、下降段和结束段3部分,其中稳定段只受参数r/d的影响,而参数Rej、Zn/d和r/d均能够明显影响下降段的下降速率,参数r/d则几乎不会改变下降段的总下降幅度。总结了此类喷口结构下射流冲击前缘换热性能衰减分布曲线的通用实验关联式,以指导防冰系统的设计和热性能的评估。

铝合金薄板强风气垫射流加热过程的对流换热系数研究

实验研究了强风气垫冲击射流加热铝合金薄板的对流换热特性。基于集总热容法计算表面对流换热系数,获得射流速度42 m/s^68 m/s(压力0.4 kPa^1.0 kPa)的表面对流换热系数与铝板温度关系。对于厚度为3 mm的薄板,若要实现工业气垫炉加热所需的4.5℃/s的加热速率,其表面平均对流换热系数应大于231 W/(m^2·K),雷诺数Re要大于17 138。利用实验数据的回归处理及最小二乘法,建立了强风气垫射流加热过程的平均对流换热准数方程,与实验数据比较,该准数方程与实验结果吻合良好,误差小于4.5%。

微小尺度孔径受限冲击射流的强化换热实验研究

为研究微小孔径气体受限冲击射流的换热特性,采用电阻丝加热方形酚醛树脂薄板作为模拟发热芯片的换热表面,沿对角线均匀布置热电偶以采集表面温度分布。以3mm孔径的圆形单孔及1mm孔径两种不同排列的圆形多孔喷射板对发热面进行中低Re数的射流冲击换热实验,通过改变Re数及高度孔径比等参数得到了Nu数的径向分布及驻点区的换热特性,为射流冲击换热在封装芯片冷却上的应用提供了实验基础。

大型轴类工件喷气冷却流动和传热特性的数值模拟

以某喷气冷却装置为参考,对缝隙喷气冷却大型轴类工件展开研究。通过数值模拟研究了具有两相对缝隙的大型轴类工件(直径D=1 000～3 000mm)喷气冷却装置内的流动传热特性,对比数值计算结果与实验数据验证了模型预测的准确性,探讨了大型喷气冷却装置内部气体的流动特点,分析了双缝隙喷气冷却轴类工件的传热规律,获得了轴类工件表面平均Nu与Re和无量纲曲率半径(D/B)的回归表达式。结果表明:平行于轴向方向,缝隙射流冲击区域和壁面射流区域轴向速度较小,射流以外区域轴向速度相对较大,平均轴向速度随装置高度的增加而增加;工件轴截面平均Nu不随装置高度的变化而变化;轴类工件表面平均Nu(Num)随D/B的增大而减小。

强流电子束引出窗风冷数值模拟

研究了1.2MW大功率电子加速器引出窗钛膜受力状况,确定其工作温度必须控制在150℃以内。此温度下,热传导和热辐射的散热作用可以忽略,强迫风冷是唯一的散热途径。用流体模拟计算软件分析了钛膜冷却效果与出口风速和距离之间的关系,分析回流区的存在及其影响,并对引出窗结构做了初步优化。模拟了附加隔离窗形成的封闭空间对引出窗风冷的影响,模拟结果为:提出的非均布扫描方式可以将引出窗输出能力提升76%。

基于二维瞬态导热反问题方法测量气体射流冲击换热系数

基于Levenber-Marquardt迭代法建立了二维瞬态导热反问题模型。结合实验,测定了厚规格材料表面射流冲击换热系数随着时间的变化规律。同时,采用RNG k-ε湍流模型建立了相应的CFD仿真模型。数值分析和实验结果表明:所建立的二维瞬态导热反问题模型能够准确计算表面换热系数;厚规格材料冷却过程中,冷却开始时,表面换热Nu数迅速上升。当冷却时间大于50s时,Nu数逐步趋于平缓并维持不变;由于材料内部横向热流的影响,瞬态实验的局部Nu数高于稳态实验的局部Nu数。

低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究

由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。

狭槽式空气喷流冲击于旋转圆柱体侧面的换热特性

利用实验方法探讨旋转圆柱体受狭槽式空气喷流的换热特性,圆柱体的高度与直径为定值,变动参数为(1)喷流Reynolds数(Rej)、(2)旋转Reynolds数(Rer)、(3)圆柱体直径(D)与喷嘴宽度(w)的比例(D/w)、(4)相对喷流冲击距离(L/w,L为喷嘴距圆柱体的最近距离)等。实验结果显示平均Nusselt数(Nu)随Rej与Rer增大而提升,而D/w增加会使Nu减小,且D/w对Nu的影响将随L/w增大而衰退,且存在一临界L/w值能产生最高的Nu,且临界L/w值将随D/w增大而增大,最后,提出合理而准确的经验公式。

高热流密度燃烧室壁面阵列空气射流-燃油组合冷却结构研究

针对高热流密度燃烧室壁面热防护需求,提出了一种空气阵列射流冲击和燃油冷却肋板的集成冷却方式,在射流平均雷诺数Rej为1×10^(4)~3×10^(4),燃油进口流速vf为2.33~5.23m/s内,采用数值模拟方法对其传热特性进行了研究,并基于壁面加热侧当量对流换热系数的概念,分析了基准肋板以及燃油冷却肋板的传热增强作用。与无肋板靶面的阵列射流冲击相比,带肋板阵列射流冲击的面积平均当量对流换热系数是前者的1.6倍,压力损失系数相对提高了约25%;采用燃油冷却肋板,加热壁面综合传热能力进一步增强,在Rej=1×10^(4)时,采用燃油冷却肋板的面积平均当量对流换热系数是基准肋板的1.5倍以上,即使在Rej=3×10^(4)时,燃油冷却肋板的传热增强比也可以达到1.2;燃油冷却肋板的出口温度相对进口温度的提升在20~50K内,其提升幅度随着射流雷诺数或燃油进口流速的增大而减小。

空气喷射换热在PCR控温中的实验研究

目的实现对微型扩增腔快速、准确的温度循环控制.方法采用空气喷射换热方式对微型扩增腔内扩增液的PCR过程进行热管理,通过搭建风速及风温可调的空气喷射换热PCR温度控制实验平台,充分利用空气射流冲击的高效换热特性,强化空气与扩增液间的传热过程.结果获得了风速、风温对微型扩增腔内不同扩增介质升降温速率的影响规律,且获得了较快的升降温速率.结论为空气喷射换热方式在PCR循环热管理中的实践应用提供了参考数据,也为我国PCR控温方式的研究提供了新思路.

入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响

为了研究冷却水入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响,以喷射式凝汽器喷嘴为研究对象,采用可视化实验方法对凝汽器喷嘴出口液膜的流动形态进行了拍摄,采用数字图像处理手段提取了液膜面积与喷射长度,并与数值模拟中不同的湍流模型的计算结果进行了对比,最终选取了Realizable k-ε湍流模型。基于Fluent求解器,耦合Realizable k-ε湍流模型与VOF方法,数值计算了凝汽器内部的流场。结果表明:当喷嘴入口压力从3 kPa升高到25 kPa时,布液板近壁面的速度随入口压力的升高逐渐增加,且液膜厚度也呈逐渐减小的趋势。对于DN15和DN13喷嘴,空气从静止状态变化到30 m/s流速时液膜面积略微减小,空气流速从30 m/s提高到150 m/s时液膜面积迅速减小。

自由空间水/气垂直冲击冷却实验研究

针对单一空气冲击冷却以及不同流量比的水/气混合冲击冷却分别开展了实验研究,比较分析了加入水滴的气流中液滴蒸发相变换热对冲击冷却效果的增强作用,研究发现:气流是否夹带液滴对冲击壁面冷却效果的影响显著.加大液滴含量可以明显提高换热效果;加热板的热流密度大小也是一个重要影响因素.加热板的换热增强比随着热流密度的增大而减小,当热流密度q=6699 W/m^2,水/气比F_w/F_a=0.1412%时,驻点区的换热增强比最大可以达到4.1.

表面凸起对机翼热气防冰腔内换热强化的影响

采用数值模拟对比研究了光滑表面和具有表面凸起结构热气防冰腔内湍流流动的换热特性。机翼防冰腔内笛形管具有三排射流孔,射流孔角度有0°±45°组合以及0°±30°组合。为了强化射流冲击光滑表面的流动换热,在防冰腔内表面正对射流孔的射流冲击区,设计了表面凸起结构,用来强化射流对壁面的冲击换热效果并起到引流作用。通过改变射流孔射流角度研究了射流角度对传热特性的影响。计算结果表明:与光滑防冰腔内表面射流冲击换热相比,表面凸起结构可以将均匀发散的壁面射流集中为高速壁面射流,提高壁面射流区的对流换热系数,从而增强射流冲击换热效果,机翼前缘的强化换热效果尤为明显。