顺排布置的水平单层球自然对流换热数值研究

通过将二维Bejan计算模型扩展到三维,研究Gr=103情况下排列数范围为3×3至15×15的水平单层球自然对流换热情况。研究发现:随着排列数增加,卷流作用的增强使得单层球上方区域负压增大,导致通过球体间隙从下方吸入的流体速度升高,进而强化球体和流体之间的换热;由于排列数对上游区域温度边界层影响更大,该区域Nu数受其影响更明显。此外,拟合得到中心球的Nu数和N之间的关联式。基于极限的数学思想,该关联式可以预测不受周围球数增加影响的中心球的Nu数为4.1628,这比Gr数相同情况下的单球的Nu数下降30.2%。该研究既能优化加速器驱动次临界堆系统流态固体靶结构的设计,也能为其他包含大数量多球系统的工业应用提供一定的参考价值。

板式间接蒸发冷却器传热传质系数的研究

间接蒸发冷却器内涉及同时发生的传热与传质过程,传热传质机理非常复杂。本文在数值模拟基础上分析了温度场与浓度场、局部Nu数与局部Sh数的分布特点以及不同因素对平均Nu数和平均Sh数的影响。应用一个无量纲数θ以考虑二次空气干、湿球温度和一次空气干球温度对对流传热传质的影响。拟合得到了平均Nu数与平均Sh数关于Re数和无量纲数θ的计算式。该结果为板式间接蒸发冷却器的设计提供了理论指导。

矩形微通道中压力驱动流体的热传导数值模拟

利用基于控制体积法的SIMPLEC算法对微通道中的压力驱动流体的热传导问题进行了数值模拟。首先通过Pois-son-Boltzmann方程求解微通道中的电荷密度,然后通过包含了外加电场力的Navier-Stokes方程对电黏现象进行深入的研究。上述的方程通过与温度相关的介电常数,黏性系数以及热导率和能量方进行程耦合求解,进而研究了微管道的特征尺度和宽高比对Nusselt数(Nu)以及Poiseuille数(Po)的影响。研究发现,电黏效应和流体的热物理属性对于微管道中的Po数和Nu数有着非常显著的影响,尤其是热物理属性更为重要。

机械密封对流传热系数数值研究

考虑动环、静环之间的摩擦生热,采用SSTk-ω湍流模型,对接触式机械密封腔内流体的对流换热进行数值研究,并采用基于SIMPLEC方法的有限体积法进行数值求解。结合流场分布特点,利用局部Nu数和平均Nu数分析动环、静环表面的对流换热性能。结果表明:静环表面对流换热系数的变化规律与动环转速和冲洗量之间的相对大小有关;动环表面的对流换热系数则主要与转速相关;采用不同模型得到的动环表面平均Nu数关联式在低Re数时差别不大,但高Re数下基于机械密封结构模型的关联式较基于圆筒模型的关联式适用性更好。

水基纳米流体流动与换热数值模拟

采用两步法制备体积分数φ为0.001%、0.01%、0.1%的Al2O3-H2O纳米流体,运用热力学相关式进行计算,并采用Lattice Boltzmann方法模拟圆管内Al2O3-H2O纳米流体的流动与换热,研究分析不同纳米粒子体积分数和粒径对纳米流体平均Nu数的影响。结果表明,不同体积分数的Al2O3-H2O纳米流体,随着纳米颗粒的运动,边界层发生变化,其流动特性和换热特性也受到影响,对于相同位置的纳米流体,当体积浓度为0.9%、0.5%、0.1%时,平均Nu数分别为21、17.8、16,随着纳米颗粒体积分数越大,其平均Nu数越大,即换热强度越大。当纳米颗粒为20 nm,Re数为1000、3000、5000、7000、9000时,平均Nu数分别为11.5、14.5、18、20、21.5,随着Re数的增加,纳米流体的强化换热效果越好。

管内空气-煤粉混合气流在水平加热段中传热特性的研究

首先在总结前人研究的基础上,采用改进后的试验研究方法,在多相流动热态试验台上对水平管加热段内空气煤粉混合气流的传热特性进行了实验研究,得出了热空气与煤粉在加热段内的换热准则Nu数,然后进行相应的误差分析和建立相应的数学模型,应用实验得出的换热准则Nu数,采用数值模拟的方法对空气煤粉气流在水平加热段内传热特性进行了计算。

螺旋形和单弓形折流板换热器的工程应用比较

总结了螺旋形和单弓形折流板换热器的工程应用情况,对比了操作参数和基本结构参数相同时单弓形和螺旋形折流板换热器的工作性能特点,并对壳程同一介质下两种不同形式折流板换热器壳程的流动阻力和传热效果进行分析比较。结果表明,螺旋形折流板换热器的传热性能明显比单弓形折流板换热器要好,而且能有效降低壳程压力损失。

光管内插入扭带传热与流动阻力的试验研究

为了研究管内强化换热技术,对三根不同结构参数的扭带插入光管的换热特性和流体动力学特性进行了试验研究。试验以空气为工质,Re在80 0 0～10 5之间,管外被水冷却。对大量实验数据用多元线性回归法得到了具有较高精度的扭带管的传热系数和摩擦系数的统计关联式,分析了扭带管的传热与流阻性能。

声波作用下铜球传热特性实验

针对频率为500 Hz～3000 Hz和声压级为110 d B～133 d B的声场作用对铜球在空气中自然冷却的传热特性的影响,通过热电偶测温的方法,分析铜球温度梯度的分布与声场声压级、频率以及铜球直径的关系。结果表面,当频率f一定时,随着声压级的增加,铜球的传热效果得到明显增强,对于直径为5 mm的铜球,在133 d B声场中传热系数最大增加了25%。当声压级一定时,在频率范围中存在某一频率,此时铜球的传热系数最大,此特殊频率随着声压级的增大而增大。当铜球的直径为5 mm时,可以在低频段观测到声流效应的影响,而当铜球的直径为10 mm、15mm时,很难在低频段辨别出声流效应的影响。所得结论为声波应用于电站锅炉中,强化煤颗粒燃烧提供了依据。

基于当地纬度倾角太阳能集热棚集热特性分析

选取太阳能烟囱集热棚集热特性为研究对象,采用40°作为太阳能烟囱集热棚倾角进行实验测试,对集热棚内蓄热层在该倾角下不同太阳总辐照度（GHI）的最高温度,温度场均匀性,蓄热层壁面Nu展开分析。结果表明,随着GHI的增大,蓄热层最高温度及温度场均匀性变化趋势不同。对湍流强制对流传热的准则间关联式进行拟合,利用最小二乘法得出在Re为1.3×10~4~3.0×10~5、Pr为0.694~0.703范围之间,基于当地纬度集热棚倾角湍流强制对流传热准则间关联式,耦合系数为0.9261。

管内扭带传热与流动阻力的实验研究

为了研究管内强化换热技术,对3根不同结构参数的扭带插入光管的换热特性和流体动力学特性进行了实验研究.以空气为工质,Re在8 000～100 000之间,管外被水冷却.在大量实验数据的基础上,用多元线性回归法得到了具有较高精度的扭带管的传热系数和摩擦系数的统计关联式,分析了扭带管的传热与流阻性能,为换热器的设计及改造提供了理论依据.

陶瓷膜组件回收烟气水分及余热性能实验研究

利用陶瓷膜组件回收烟气中水分及余热有望成为火电厂节能节水的一条有效途径。为了探究陶瓷膜组件回收水分及余热的性能,本文采用孔径2μm的陶瓷膜管组成的陶瓷膜组件进行了烟气中水蒸气及余热的回收实验,研究了不同烟气温度(40～100℃)、烟气流量(320～440 m3/h)、冷却水温度(11～15℃)和冷却水流量(0.62～0.72 m3/h)对陶瓷膜组件回收水与余热性能的影响。实验结果表明:回收水速率随烟气温度及烟气流量的升高而增大,随冷却水温度的增大而降低,而冷却水流量对回收水速率影响不大;烟气平均对流凝结努塞尔(Nu)数和Zhukaukas关联式所得Nu数均随烟气温度、烟气流量的升高而增大,且烟气平均对流凝结Nu数始终大于Zhukaukas关联式所得Nu数;热回收效率随烟气温度及冷却水流量的增大而提高,随冷却水温度的增大而降低,而随着烟气流量的增大,热回收效率先提高后降低。该研究结果可为陶瓷膜组件在火电厂实际应用提供了借鉴。

管壁厚度对平行流换热器性能的影响

根据已有的实验数据,建立扁管的（当量直径为0.199~1.923mm）三维数值模型,分析平行流换热器中管壁的轴向导热及扁管的内外壁温差对换热的影响程度。结果表明：Re数较低时（Re=185）,忽略管壁的轴向导热对Nu数的影响很大,使Nu数值偏小,偏差最高达50%以上;Re数较高时（Re=8 166）,用扁管的外壁温度代替内壁温度,同样也会使Nu数值偏小,偏差高达55%以上。故平行流换热器中管壁厚度对换热的影响不能忽略。

19.6μm内径的微石英管内部流动与传热的实验研究

采用实验方法研究了去离子超纯水流过内径为19.6μm的微管过程中的流动与换热特性。通过测量蒸汽加热的微管进出口的压降以及温度,得到了微管内去离子水流动的摩擦系数和Nu数,并对结果进行了分析。研究结果表明,在粘性耗散效应以及双电层效应的综合影响下微管内的摩擦系数要高于Hagen-Poiseulle理论值;而由于受流体热物性变化以及共轭传热的影响,当Re数小于400时实验测得的Nu数要低于经典层流管流的理论值。

后壁受热二维矩形开口空腔中的紊流混合对流

利用Re数下的K-ε紊流模型,对置于气流中的后壁受热二维矩形开口空腔中的紊流混合对流流动及换热作了数值研究。讨论了Gr数及Ri数对流场及温度场的影响,给出了当地及平均Nu数的变化规律。

换热管内插入间隔自旋扭带流阻与传热特性的实验研究

通过实验研究了内置间隔自旋扭带的换热管的传热和流阻特性。实验结果表明,间隔扭带的换热系数和摩擦系数都低于全长扭带;扭转比越大,间距对换热管阻力和传热特性的影响越小。此外,作者还建立了包含间隔扭带结构参数在内的流阻与传热特性的经验关联式。

双热源螺旋管水箱换热器换热性能研究

建立了水箱换热的数学模型,通过实验验证了模型的准确性。以优化后的水箱模型为基础,模拟研究了上螺旋管距水箱顶面的距离、下螺旋管距水箱底面的距离、螺旋管弯曲直径与水箱直径之比、螺旋管螺距、水箱高度与直径之比、入口流速等参数对水箱换热效果的影响,并利用回归分析得到了螺旋管外侧努塞尔数Nu与各因素之间的拟合关系式。结果表明,螺旋管弯曲直径与水箱直径之比、螺旋管螺距、入口流速对螺旋管外侧Nu的影响较大。

壁面加热热流密度对微柱群内部换热特性的影响

采用实验与数值模拟相结合的方法研究去离子水在不同加热热流密度下流过叉排排列微柱群内部时工质热物性对对流换热的影响规律.实验中采用电加热棒对一体化微柱群散热元件进行加热,测得不同加热功率下微柱群内部努塞尔数(Nu);同时建立考虑粗糙度影响的三维数学模型模拟了该实验段在不同热流密度下的温度场与换热特性,并与实验结果进行了对比.研究发现:工质热物性随着温度变化对微柱群换热特性有着较为明显的影响,且数值模拟结果略高于实验值;对流换热系数均随加热热流密度增加而略有增大,且低雷诺数(Re)下该现象更为明显;定义了不同的影响因子来对各热物性参数的影响进行定量分析,发现动力黏度对微柱群内换热特性影响最大,影响因子接近10%.

储热过程竖排圆柱表面熔盐自然对流传热规律研究

为了得到储热过程竖排圆柱表面熔盐自然对流传热规律,通过数值模拟的方法,对圆柱间距S/D=5~10(S为相邻2根圆柱之间的间距,D为管排圆柱的直径)的2~8根竖排圆柱表面自然对流传热进行了研究。结果表明:管排中每一根圆柱表面的自然对流传热与该圆柱在管排中的位置和圆柱间距S/D有关。整个管排圆柱表面熔盐自然对流传热平均努赛尔数(Nua)是由圆柱的间距S/D、圆柱根数N和瑞利数(Ra)决定的。当S/D较小时(S/D=5),多根管排圆柱表面熔盐自然对流传热Nua随着管排中圆柱根数的增加而减小;当S/D较大时(S/D=10),多根管排圆柱表面熔盐自然对流传热Nua随着管排中圆柱根数的增加而增大。研究结果可以为熔盐蓄热装置设计提供理论依据。

块碎石层几何参数对其自然对流降温效应影响的数值研究

块碎石层作为一种高渗透率的多孔介质,经常应用于寒区道路的护坡工程中,用于保护其下部多年冻土,提高道路的稳定性.本文为提高和优化寒区道路工程中块碎石护坡的降温能力,基于多孔介质中流体热对流理论,根据野外块碎石护坡的实际几何尺寸及热边界条件等因素,采用稳态模型对厚度为1.0m,底顶温差为10℃,不同倾斜角度、不同长厚比等几何条件的块碎石层中对流模式及降温效果进行了数值研究.结果表明:在本计算条件下,无论在何种倾斜角度及长厚比条件下,由于块碎石层内部空气自然对流的存在均可提高其等效导热系数,使其具有热半导体特性,但内部的对流模式会随着倾斜角度的变化而发生改变,对流环数随着其倾斜角度的增大而减少,当对流环由多个转变为单个时,对应的Nu数最小,降温效果最差,此时对应的倾斜角度为块碎石层最差降温倾斜角度.并且,该最差降温倾斜角度随着其长厚比的增大而增大,最终大致趋近于32°,与野外一般块碎石护坡的倾斜角度33.7°十分接近.因此,当野外块碎石护坡路基高度较大,即块碎石护坡长厚比过大时,应采取必要措施来提高块碎石护坡的降温能力,本文在这方面也进行了必要的研究和讨论,以期为寒区块碎石护坡路基的设计与维护提供一些科学参考.