R513A在水平管内流动沸腾传热特性的研究

全球变暖已成为各国关注的全球性问题,因此第4代新型环保制冷剂的研究迫在眉睫。制冷剂在蒸发器内的沸腾传热特性直接关系到该制冷剂的应用。R513A是R134a的替代制冷剂,通过实验研究R513A和R134a在12.7 mm水平光滑管和内螺纹管内的沸腾传热特性,分析质量流速、蒸发温度、热流密度和内螺纹结构对传热系数及压降变化的机理。实验工况:制冷剂的质量流速为100~200 kg/(m^(2)·s),蒸发温度为5~10℃。结果表明:沸腾传热系数随着热流密度的增大发生显著变化;随着质量流速的增加,沸腾传热系数增大15.06%~42.33%,压降增大26.16%~61.83%;随着蒸发温度升高,沸腾传热系数增大13.27%~38.25%,压降减小19.53%~33.27%;内螺纹管的传热系数显著高于光滑管,强化倍率最大为2倍。相同工况下,R513A的沸腾传热系数比R134a增大约25.61%~30.74%,R134a内螺纹管内压降比R513A平均高约12.33%;随着热流密度的增加,R513A的流型转变较R134a提前,此时沸腾传热系数急剧下降。

竖直多波纹板式换热器内R134a的流动沸腾实验研究

针对竖直多波纹板片内R134a的流动沸腾进行实验研究,采用高速相机捕捉并分析两相流型的衍变规律,分析干度对换热系数、压降的影响。结果表明:板片内部的汽液相于其所处平面沿水平方向存在交替分布特征;随着干度上升,板片左上角部分流域出现相对停滞的液膜区,其面积随着干度的增加而扩大;波纹板片内的主导换热机制由核态沸腾逐渐转变为对流沸腾。当干度x较低时(x<0.4),换热系数随干度的增加缓慢增加;随后换热系数随干度的上升速率加快(0.4<x<0.6),并于x=0.6时达到最大值;高干度时(x>0.7),板片内出现局部干涸现象,换热系数迅速下降。当质量通量相同时,板片的摩擦压降随干度的增加而增加,而饱和压力的上升会使得摩擦压降有所降低,最大降幅为20.4%。

水在竖直矩形窄通道内流动沸腾传热特性的数值研究

针对应用于升膜式换热器的竖直矩形窄通道内的流动沸腾传热特性进行了数值模拟研究,明确了通道内流动沸腾各阶段的传热特性,为设计高效的换热设备提供参考。建立了尺寸为1400 mm×250 mm×3 mm的竖直矩形窄通道模型,采用多相流VOF模型,获得了不同高度通道中的温度、汽相和流速分布。对两相流动划分了子区域,对气泡运动进行了分析。结合流型,对各子区域的传热特性及影响因素进行了定量分析。结果表明:流动沸腾过程中流型主要包括气泡流、弹状流、块状流和搅拌流;入口温度的提高可以加强部分发展的核态沸腾阶段的局部换热,而对于完全发展的核态沸腾阶段影响较小;质流密度的增大会削弱核态沸腾初始阶段的换热,但对于距离汽化核心较远的区域,换热则会增强;不同区域的传热特性随干度的变化趋势不同。

基于深度学习的图像分割、血管重建和OpenFOAM的血流动力学模拟的自动血流动力学评估方法

目的心血管疾病已成为全球威胁人类生病和健康的重大公共卫生问题,但心血管疾病发病隐匿,因此早期发现心血管疾病是降低病死率的关键。血流动力学可以通过模拟得到一些临床检测不到的血流动力学参数,如壁面切应力,震荡剪切系数等,正逐渐引起许多医生和学者的关注。为了迅速、准确地获取血管血流动力学参数,并为患者提供精准治疗方案,本文提出了一种基于深度学习的自动血管分割、建模和基于Open FOAM的血流动力学仿真与分析方法。方法首先,利用卷积神经网络对经过预处理的血管CT图像进行自动分割,实现对血管结构的准确提取。接着,采用移动立方体算法对分割后的二值化图像进行三维重建,以生成真实的血管结构模型。最后,对三维血管模型进行精细处理,并利用Open FOAM进行血流动力学仿真,来获得血流动力学参数。结果通过对比实验,本文所提方法在血管的三维重建方面表现出较高的准确性与稳定性,同时血流动力学分析结果与主流商业软件结果吻合度较高。此外,该方法极大地减少了人工操作,提高了处理效率。结论本文提出的方法能够为医生迅速准确地提供血流动力学分析参数,为临床诊断和治疗决策提供可靠依据,具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

R513A在不同肋结构水平管内的流动沸腾换热性能

全球变暖日趋严重,新型环保型制冷剂研究迫在眉睫,制冷行业需要对现有的制冷剂工质进行替换并进一步强化换热器的传热效率。本文在不同肋结构的水平管内进行R513A的流动沸腾实验研究,探究了不同肋结构、质量流速[300~500kg/(m^(2)·s)]、蒸发温度(5~10℃)对传热系数及压降变化的机理。结果表明,R513A在内螺纹管的管内沸腾传热系数相比光管有23%~120%的提高,但其在内螺纹管内的压降均高于光管;对比肋结构对换热的影响,发现较大的螺旋角可以加剧管内二次流的产生,较大的齿条数可以增加沸腾传热的有效传热面积,使得换热增强;R513A沸腾传热系数和压降随着质量流速的增大而增大;随着蒸发温度升高,沸腾传热系数增大,而压降减小;通过比较单位压降传热系数可知4#螺纹管综合换热性能最优,肋结构参数对内螺纹管综合性能的影响集中在低、中干度区域,在高干度区域影响较小。在本实验工况下,Kaew-on关联式和Chisholm关联式分别对R513A在光管内传热系数和压降的预测精度最高,平均相对误差分别为-4.74%和7%;Yu关联式和Miller-Steinhagen关联式分别对内螺纹管内传热系数和压降的预测效果更好,平均相对误差分别为14.16%和3.66%。

板式扩散焊矩形微通道换热器中S-CO_(2)流动与传热特性的数值模拟

基于加工工艺便捷高效的板式扩散焊矩形微通道换热器,建立了以冷热直通道换热单元为研究对象的数学物理模型,研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在不同边界条件和通道结构下的流动与传热特性。结果表明:随着雷诺数(Re)的增大,冷热直通道内的湍流增强,传热性能得到提升,流动摩擦阻力系数减小;与无格栅时矩形通道相比,格栅水平设置在矩形通道两侧时的扰流效果和传热性能最优,综合传热增强因子(PEC)相对最高,但与半圆形直通道相比其PEC仍有待进一步提高。

振动对带肋通道内流动与传热影响的数值模拟

运用Fluent UDF动网格技术将二维流场中振动对带肋矩形直通道的流动与换热特性进行了数值模拟,分析了相同振动条件下入口速度对流动与换热的影响,以及相同振动强度下振幅和频率对流动与换热的影响.结果表明:相同振动条件下,Re越大,换热增长率越低,入口静压波动越大,且静压峰值相位相对于振动峰值相位逐渐超前;相同振动强度下,振幅越大,振动引起的换热波动越小,换热增长率越低;当振幅大于一个临界值时,振幅对换热的影响不明显;振幅越大,入口静压波动幅度越大;振动可以强化换热,但是随着Re和振幅的增大,局部区域会出现抑制换热的情况.

平行小通道直冷板传热特性实验研究

作为两相冷却技术的核心部件,直冷板的传热特性越来越受到关注。本文基于泵循环两相流实验系统,设计了一块平行小通道直冷板,直冷板流道区域尺寸为140 mm×50 mm,包含21根通道,通道截面尺寸为1.5 mm×1.5 mm,通道间由0.5 mm厚的肋片分隔。通过改变制冷剂进口温度、流量以及热流密度,分析平行小通道直冷板流道内部不同区域壁面温度及表面传热系数的变化规律。结果表明,制冷剂热流密度0.5 W/cm^(2)、进口温度15℃、质量流量150 kg/h时,不同流道内壁面温度均沿流动方向呈单调上升趋势;当制冷剂热流密度升至6 W/cm^(2),壁面温度先升高后趋于稳定,中间流道的壁面温度均高于周边流道。在低热流密度下,直冷板流道内部不同位置的表面传热系数沿流动方向基本不变;而在高热流密度下,流道出口处的表面传热系数呈现上升的趋势,最大增幅为21%。与壁面温度相似,周边流道的表面传热系数高于中间流道,表面传热系数相差7%~24%。

水平圆管内R1234yf流动冷凝传热特性研究

为了将低GWP制冷剂应用于客车空调,对R1234yf在5 mm水平光滑管内的流动冷凝传热特性进行了实验研究。实验研究工况为饱和温度30℃和40℃,平均干度0.1—0.96,质量流速100—600 kg/(m^(2)·s)。研究结果表明:R1234yf管内传热系数在低质量流速[<200 kg/(m^(2)·s)]下受干度和流速的影响不明显,随着流速的增大逐渐依赖蒸汽流速和干度,这表明管内主要传热机制由受温差较大影响的自然对流过渡至受流速影响较大的强制对流,引入了等效雷诺数Re_(eq)来划分这2种传热机制。饱和温度为30℃时,相同工况下R1234yf传热系数比R134a低3.7%—14.3%。对Cavallini和Bashar 2种关联式预测的传热系数与实验值进行了对比,Bashar关联式表现出较好的预测效果,平均绝对偏差为14%。

绝缘油浸没式冷却小型NCM811动力电池模组的温度场特性实验

锂离子电池因具有比能量密度大、放电功率高及生产工艺成熟等优势已成为电动汽车的主要储能单元。但是锂离子电池在充放电过程中会产生大量热,严重影响其运行安全和使用寿命。因此在锂离子电池运行过程中加入热管理系统,对于提高锂离子电池模组运行过程中安全性和使用寿命有重要作用。本工作以21700容量型NCM811锂离子动力电池模组为研究对象,通过实验研究了在不同充放电倍率下,绝缘油浸没式冷却系统在绝缘油静态冷却条件下的油浸没量(V_(R)=0.2、0.5和1)、环境温度(15℃、20℃、25℃和30℃)以及绝缘油动态冷却条件下油浸没量(V_(R)=0.2、0.5和1)、流量(3 mL/s、6 mL/s、9 mL/s和12 mL/s)和进出口位置变化对于电池模组温升特性的影响。结果表明,绝缘油浸没式冷却系统的应用对于降低模组最高温度及提高模组温度均匀性效果明显,在绝缘油静态冷却条件下,随着油浸没量增加,热管理效果提升明显,同时热管理效果对于环境温度变化十分敏感;在绝缘油动态冷却条件下,随着油浸没量和流量的增加,以及进出口方式的改变,电池模组热管理效果同样明显提升。

蒸汽加热垂直矩形窄通道传热特性实验研究

以去离子水为工质,对1 400 mm×250 mm×2.75 mm的蒸汽加热垂直矩形窄通道展开沸腾传热特性实验研究。结果表明:质量流量变化对于平均传热系数的提升效果弱于入口温度的改变,窄通道内的传热机理以核态沸腾为主导因素;加热功率的提升对平均传热系数有促进作用,但是过大的干度会导致传热恶化,核态沸腾受到抑制,平均传热系数的增长受限;将实验数据与8个传热经验关系式对比,Kandlikar公式相较于其他公式的预测效果最好,并以Kandlikar公式为基础改进拟合了新的经验关系式,改进后的关系式与实验数据吻合良好,97.3%的数据预测误差在±40%以内。实验结果为板式换热器的评估和优化提供实验依据。

垂直上升管内盐水流动沸腾传热恶化数值研究

在回收利用污水生产蒸汽的场合,锅炉给水含盐量较高,同时要求锅炉出口蒸汽干度尽可能高,接近传热恶化发生的临界值。为防止换热管传热恶化从而保障锅炉安全运行,需探明工质含盐对垂直上升管内流动沸腾换热的影响。基于临界热流密度(RPI)模型分别对纯水与盐水在垂直上升管内的流动沸腾换热进行模拟研究,结果表明:由RPI模型所得传热恶化临界含气率与水动力计算标准方法所得结果基本相符,二者相对偏差小于10%;在相同管内工质质量流速下与工质为纯水时相比,盐水在垂直上升管内流动沸腾的临界含气率增大,随工质盐度增大临界含气率趋于增大;但在相同的流动与换热条件下,由于盐水汽化潜热降低的影响更大,盐水换热管的壁温飞升位置较纯水提前。建议在以盐水为工质的垂直上升管蒸发受热面设计中,通过提高管内工质质量流速等措施保证受热面运行安全。

含多个矩形加热器通道内流动沸腾传热性能的介观数值方法研究

采用格子Boltzmann方法对恒定壁温条件下含多个矩形加热器通道内流动沸腾现象进行了数值研究.主要研究了加热器间距、加热器长度和加热器表面润湿性对气泡形态、生成气泡面积以及加热器表面热流密度大小的影响.结果表明,气泡生长速率随着加热器间距的增大而加快,较大的气泡面积促使成核气泡提前从加热器表面离开,加热器间距从250个格子增加到1000个格子时,对应的沸腾传热性能提高了12%.另一方面,加热器长度越长,气泡成核时间以及与加热器表面脱离的时间越早、沸腾传热性能越好,加热器长度从16个格子增加到22个格子时,其传热性能可以提高13%.此外,亲水性表面的气泡成核时间晚于疏水性表面的气泡成核时间,与亲水性表面相比,疏水性表面在气泡脱离加热器之后存在残余气泡.且亲水性表面的平均热流密度和产生的气泡面积小于疏水性表面,当接触角从77°变化到120°时,其传热性能提高了26%.最后通过正交试验方案发现,加热器表面的润湿性对流动沸腾传热性能的影响最大,加热器长度对流动沸腾传热性能的影响最小.

逆流形式下废液与空气热湿传递驱动力的解耦分析及实验验证

为了深入研究逆流形式下废液与非饱和空气热湿传递过程中传热驱动力与传质驱动力之间的关系,建立了逆流形式下废水和非饱和空气的热质交换耦合模型,利用数学方法对该模型的热湿传递驱动力进行解耦分析。将利用根据文献中逆流除湿/再生搭建的实验装置和本文搭建的废液再生实验装置得到的实验数据进行比较、验证。结果发现:相互耦合的温度差驱动力Δt和含湿量差驱动力Δω可以由相互独立的焓差驱动力Δh和相对湿度差驱动力Δφ表示,这两个相互独立的驱动力可以用来独立表征废液和非饱和空气的传热传质过程;相关文献中的和该装置中的实验结果与解耦分析的数值模拟结果一致:非饱和空气出口的所有参数在相互独立的驱动力所界定的范围内变化。

鼓泡板片蒸发式冷凝器流动及传热特性

为增强板片蒸发式冷凝器板外侧气液两相流动以提升传热能效,用数值模拟分析了顺流与逆流下水膜流动形态,并通过改变淋水量、风速、板间距等主要影响因素,得出了2种流态下的复合传热系数与板间压损。从控制参数范围内的实验结果结合数值模拟分析可知:当风速一定,顺流与逆流下复合传热系数都随淋水量增加先增后减,最佳淋水量都在0.1111 kg/s,且淋水量对板间压损影响极小;当淋水量一定,顺流复合传热系数随风速的增幅呈小-大-小的非线性状,最佳风速在3 m/s,逆流复合传热系数的增幅呈先正后负,最佳风速在2.5 m/s,且2种流态下的板间压损都随着风速增加而增加;随着板间距增加,复合传热系数及板间压降都随之减小。

核电汽水分离再热器流动和传热过程分析

介绍了汽水分离再热器的结构和功能,详细分析了其内部工质的流动和传热过程,结合流动与传热过程中可能出现的问题进行了原因分析并说明了汽水分离再热器采取的预防措施。

蒸汽加热竖直窄矩形通道内流动沸腾换热实验与预测模型

为了研究窄通道的流动沸腾换热特性,利用单面蒸汽加热的方式在竖直窄矩形通道中进行实验,分析了质量流量、入口过冷度等因素对换热特性的影响,并建立了适用于竖直窄矩形通道的流动沸腾换热预测关系式。基于目前大部分经验公式均忽略了入口过冷度对气泡生长过程的影响,导致流动沸腾换热预测精确度偏低,故考虑窄矩形通道的尺寸限制和流体表面张力影响,引入相关系数后建立了新的预测模型。结果表明:当质量流量增加或入口过冷度减小时,壁面温度先上升后下降,然后逐渐趋于稳定;同时入口过冷度的减小将大幅增大传热系数,而质量流量的变化对传热系数影响较小,并且在入口过冷度较高时,质量流量的影响进一步减弱;新的预测模型可在本实验工况范围内较好地预测窄矩形通道流动沸腾传热系数。

基于分子动力学的脉管气体振荡模拟及实验研究

随着科学技术的快速更迭,脉管制冷机在低温领域中的应用越来越广泛。本文基于分子动力学,对脉管内高低压He气的振荡过程进行模拟仿真,针对压缩过程,研究了脉管轴向温度波、速度波、压力波及质量流波随时间的变化,并对不同充放气频率下脉管冷端温度随时间的变化进行了实验探究。结果表明:模型内各点气体温度、速度均以正弦波的形式随时间呈现周期性变化,温度波变化趋势同实验结果一致。模型冷热端压力、质量流相位差不同,说明微脉管自身具备调相能力。另外实验结果显示,脉管自身存在最佳充放气频率,适当增加频率值有利于脉管制冷机制冷性能的提高。

基于分子动力学的板叠间传热传质微观机理的研究

本文采用分子动力学计算方法从微观上对热声发动机板叠间的传热传质机理及其起振频率进行了模拟研究。在往复振荡过程中,由于温度梯度的存在,使得能量面发生了迁移,最终在冷热气体间产生密度梯度,直至密度梯度为零时完成一个周期。自激振荡伴随有能量耗散,故而温度波峰与波谷随着周期数的增加逐渐减小。随着温度比的升高,起振频率逐渐降低,这将有利于微通道板叠结构缩短谐振管的长度,实现结构的微型化。

多结构强化管换热特性的实验研究

基于单管换热实验系统,研究光管和双侧强化管的换热机理,利用Gnielinski公式和热阻分离法分别计算4种强化结构换热管的管内外换热系数,并对光管外的冷凝过程进行数值模拟。结果表明:冷凝液光管模拟结果与实验结果之间误差<15%,能够较好地呈现冷凝过程;EX3强化管平均总换热系数提升207.02%,提升效果最佳。三角形齿相较于梯形齿对水流的扰动效果更大,管内对流换热效果更好。EX3管外强化冷凝换热效果最佳,同时,带有切槽的整体肋管的冷凝换热效果强于三维强化管,近矩形微肋强化管外侧冷凝性能优于近T形微肋管。存在最优肋间距,使得强化管能够最大化提升冷凝换热效果。基于实验数据拟合EX3与EX4的关联式,误差在±20%的范围内,符合预期可靠性。