低频脉动强化换热实验研究

鉴于脉动强化换热技术在提高船舶设备换热性能及除垢等方面具有广泛的应用前景,本文针对低频脉动流进行强化换热研究。实验在板式换热器冷却水端上游加入以电磁阀为脉动源的脉动流,以强化换热比表征换热效果,并改变脉动流的雷诺数、脉动频率、脉动振幅,探究各脉动参数与强化换热效果之间的关系。实验结果表明,脉动流具有强化换热效果,其强化换热能力与流体流动状态、脉动频率等因素有关;在某些工况下,脉动流会导致弱化换热。     

往复脉动流对板式换热器的性能强化实验研究

首先,搭建了脉动流强化换热实验台架,针对板式换热器,研究了脉动流和稳态流下的换热性能对比,探究了脉动振幅、脉动频率与其换热特性之间的关系。热沉室设计采用3层结构,包括加热铜块、热沉室盖板和热沉室底座,加热铜块表面分别加工为平板流道和周期性矩形凹槽流道。实验结果表明,随着雷诺数的增大,无论稳态流动或是脉动流动下板式换热器的总传热系数均呈现增大现象,换热增强因子呈现逐渐降低的态势,这与热沉室实验中得到的规律基本相同;同时,在各雷诺数条件下,随着脉动频率的增大,换热增强因子出现了先减小后增大的现象,最低值出现在脉动频率0.66 Hz附近,换热增强因子的最大值为1.598,出现在雷诺数3 774、脉动频率0.55 Hz附近。     

双螺旋折流板换热器最佳螺旋角的研究

为了研究换热器的传热性能与双螺旋折流板换热器的螺旋角的关系，通过建立多个不同螺旋角的管壳式换热器模型，运用数值计算的技术手段对其进行模拟，并对其数值模拟结果进行对比分析。结果表明：双螺旋折流板换热器存在最佳螺旋角使得换热器的换热性能最优。相同换热器结构的条件下，壳程进口流量对双螺旋折流板换热器的最佳螺旋角没有影响。随着壳径的增大，双螺旋折流板式换热器的最佳螺旋角有下降趋势。     

舰船集成式换热器壳程流场数值模拟

由于受尺寸重量限制,舰船换热器对集成优化设计水平要求较高。为实现这一目标,在设计中经常同时采用数值模拟和试验验证2种方法,特别是数值模拟由于其具有高效、精准和低成本优势,使得其在换热器设计中应用越来越广泛。本文在对某型集成式换热器合理简化基础上,构建了相应的数值分析耦合传热模型,完成了换热器壳程流场和温度场数值仿真,仿真结果显示换热器流动区域中换热比较均匀,折流板强化换热效果显著,但其也相应增加了壳程流动阻力。本文研究为换热器性能进一步提升奠定了良好的技术基础。     

船用板式换热器混合板片数值分析研究

通过Fluent数值模拟研究了由船用板式换热器不同人字形波纹板片组成的三种模型内部流场及换热过程,得到了压力损失ΔP、平均Nu数随流速的变化情况。分析了不同流速下,三种模型的人字形波纹板式换热器板片的流动和换热特性,并用相关实验数据对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:流速相同时,H-H模型Nu和ΔP值最大,V-V模型Nu和ΔP值最小,V-H模型Nu和ΔP值大小均介于两者之间。Nu和ΔP的数值分别是换热性能及阻力特性的度量。V-H模型以部分换热性能的损失获得了阻力特性的改善。Fluent模拟结果与实验结果一致。     

错列翅片板翅式换热器传热性能数值研究

应用SIMPLE算法对错列翅片板翅式换热器换热表面的流动及传热进行数值模拟，根据数值模拟结果分析了几何参数对流动及传热的影响，研究表明此紧凑式换热器具有良好的换热特性。该研究进一步弄清其换热机理，这无疑极大地改进了错列翅片板翅式换热器的设计方法。     

半球形结构对船用板式换热器性能的影响

设计一系列内置不同尺寸半球形凹坑结构的V字形板式换热器板片,利用ANSYS FLUENT软件探究各型板片的换热性能。数值模拟结果表明：加入半球形凹坑结构能使换热器触点周围高速流动区域流体的流动更均匀,并明显增大较宽流道区域内流体的流动速度,提升换热器的换热性能;随着结构尺寸增加,半球形结构内部流体的流动更剧烈,流道内流体受到的扰动作用更强,流道内的温度场、速度场和压力场的增幅越来越大。综合考虑扰流结构对传热效果的提升作用和摩擦因子的增加发现,Ⅳ型板片（凹坑半径为3 mm）的传热效果最佳,与传统板片相比,其传热效率提高24%。     

船用板式换热器混合板片热力性能实验研究

以人字形板式换热器板片为研究对象,测试单相流体在三种不同组合方式的板式换热器中的换热特性和阻力特性并对此进行比较,得出三种组合方式的优劣。实验结果表明:随着波纹角度的增加,板式换热器的阻力特性不断升高,换热性能则先增加再逐渐下降。综合板式换热器流动换热特性随流速的变化规律,小波纹倾角模型换热效果最差,但其压损最小;大波纹倾角模型换热效果最好,同时压力损失最大;混合板片模型换热效果和压降都介于小波纹倾角模型和大波纹倾角模型中间。     

错列翅片板翅式换热器传热性能数值研究

应用SIMPLE算法对错列翅片板翅式换热器换热表面的流动及传热进行数值模拟,根据数值模拟结果分析了几何参数对流动及传热的影响,研究表明此紧凑式换热器具有良好的换热特性.该研究进一步弄清其换热机理,这无疑极大地改进了错列翅片板翅式换热器的设计方法.     

孔腔脉动压力及其波数—频率谱的大涡模拟研究

孔腔流动中包含着流动分离和失稳以及涡旋相互干扰等复杂的流动现象。孔腔涡旋流动引起的流体振荡能够引起脉动压力的显著增加从而产生强烈的噪声,在工程实际中备受关注。湍流脉动压力是流激噪声的重要来源,也是湍流研究中的基础性问题,对其进行数值计算研究是流声耦合领域的重要内容,而湍流脉动压力波数—频率谱的构建更是该领域的技术难点。文章采用大涡模拟方法(LES)对孔腔脉动压力进行了数值模拟,考察了四套网格和四种亚格子应力模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较,验证数值计算方法的可靠性。首先采用大涡模拟方法计算了孔腔的脉动压力,并与中国船舶科学研究中心的空泡水筒试验结果进行对比分析。接着详细地分析孔腔脉动压力,研究亚格子应力模型和网格数量对计算结果的影响。最后,对数值计算得到的脉动压力多元阵列结果进行时间/空间Fourier变换,构建了三维脉动压力波数-频率谱。该文工作对今后流激结构振动噪声的预报和流动控制研究奠定了基础。     

极地船螺旋波纹管换热器强化换热分析与优化

文章对极地船海水冷却系统的换热器强化换热进行研究,利用Fluent软件在湍流条件下从波纹深度、波纹宽度、螺纹间距3个方面对螺旋波纹管的综合强化因子(PEC)效能分析、摩擦系数、努塞尔数展开强化换热分析,并与水平直管的换热性能进行对比。最后利用MATLAB计算出最优结构参数,平均综合换热性能是水平直管的1. 63倍,研究结果为船舶领域的螺旋波纹强化管换热器提供了理论基础。     

微肋管管内沸腾换热特性的数值分析

作为舰船保障系统的一部分,舰船空调的强化换热及制冷剂替代工作具有重要意义。本文通过数值模拟,对外径为5 mm、长为1 m的水平微肋管在R22和R410A进行沸腾换热特性研究。研究表明:采用Euler多相流模型及RPI沸腾换热模型计算结果基本能够反映直肋管管内沸腾过程中的换热特性,与文献中实验结果差距不大;相同条件下R410A的换热特性要比R22高,约是1.3～1.4倍,在舰船空调换热器进行制冷工质替换及设计优化过程要予以考虑。     

斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值预报研究

空泡性能是船舶螺旋桨重要的水动力性能之一。由于桨轴存在倾斜安装角，船舶在水面航行时，螺旋桨的进流条件主要为斜流工况。为研究斜流工况下螺旋桨的空泡形态及空泡脉动压力特性，论文基于黏流CFD方法针对PC456螺旋桨标模开展了斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值模拟研究，并与大型空泡水筒中的斜流螺旋桨空泡试验结果进行了比较。结果表明，数值预报的空泡形态、面积和平板表面脉动压力与试验观测及测量的结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可靠性。     

湍流模型对大口径射流冲击数值模拟适用性分析

采用数值算法要完全有效地模拟射流冲击换热,合适的湍流模型是十分重要的。本文采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型及Realizable k-ε模型对大口径高温高速气体射流冲击换热进行了数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,分析湍流模型在大口径射流冲击换热数值模拟中的适用性。研究结果对大口径射流冲击换热的数值研究提供参考。     

流体扰动对不同排列方式下翅片套管换热器换热性能的影响

翅片排列方式影响换热器的换热系数．以翅片排列顺序不同的错列式和直列式翅片换热器作为研究对象,采用数值分析手段,分析并比较不同翅片排列方式的套管换热器与光管换热器的换热系数．研究结果表明,翅片换热器换热系数比光管套管换热器换热系数分别提高了87.8％与98.2％,同时压降分别增加了35.1％和37.6％．错列式翅片换热器比直列式翅片换热器换热系数提高了5.2％．     

超临界LNG在新型船用换热器冷通道内流动换热特性研究

本文在新型换热器冷通道内,对超临界状态下LNG的对流换热过程进行数值模拟,分别研究入口温度、入口质量流量和壁面热流密度对超临界甲烷流动与换热特性的影响,提出一种在直通道中加入凹槽结构的强化换热模型。首先采用Ansys Space Claim对换热通道进行几何建模,再使用Siemens STAR-CCM+仿真软件对模型进行网格划分和求解。研究发现：局部对流换热系数随着入口温度的升高有所降低,努塞尔数变化趋势与局部对流换热系数变化趋势大致相同,在斜通道内,超临界LNG具有更好的换热性能;当通道入口质量流量和壁面热流密度增加时,局部对流换热系数也随之增大;凹槽结构对换热器换热性能有较大的提升,对综合性能的提升较小。     

船用膜式螺旋管换热器传热和流动特性研究

采用数值模拟方法研究膜式螺旋管换热器在高温高压的工况下顺列结构和2种错列结构的对流换热和流动特性,分析径向节距对顺列和错列结构换热和流动特性的影响。模拟结果与试验结果符合较好。研究发现:顺列和错列结构对于换热及流动的影响随着径向节距的变化而变化。当径向节距s1/d1.6时,顺列结构的换热系数和流动阻力高于错列结构;当1.6s1/d2.0时,顺列结构的平均换热系数与和错列结构几乎相等,错列结构的流动阻力小于顺列结构;当s1/d2.0时,换热器的平均换热系数和压降与膜式螺旋管的布置方式无关,即顺列和错列结构的换热系数及流动阻力基本相等。     

适用船舶自流冷却系统中冷却器的工程设计研究

针对船舶自流冷却系统对冷却器要求的特点,对各种间壁式换热器的优缺点进行了分析,并结合热工理论计算,确定了冷却器宜采用小管径换热管的钛合金管壳式换热器,获得了小管径换热管数量与不同航速、冷却流体流动状态的设计关系,且基于热工计算结果表明了结构优化方向。采用 CFD技术对两管程流体流场进行了数值模拟优化分析,获得了后端管箱封头a/b的最佳值。实船工程试验结果验证了本文分析设计和优化方法的可靠性。     

高温高速气体射流冲击倾斜平板的换热特性研究

射流冲击换热是一种有效的强化换热方法,射流喷嘴的个数及间距直接影响其换热效果.采用数值模拟方法对高温高速气体射流冲击倾斜平板的换热特性进行研究,主要研究了单喷嘴和双喷嘴及喷嘴间距对其换热特性的影响.研究结果可为高温高速气体射流冲击的工程应用提供参考.     

海洋核动力平台PRHR HX管内蒸汽冷凝换热特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究非能动余热排出换热器(PRHR HX)管内饱和蒸汽冷凝传热特性,为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供支撑。[方法]通过搭建的功率比1∶50的试验装置,使用分离热阻法处理试验结果,对PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热特性进行分析。[结果]在试验参数范围内,PRHR HX管内主要以分层流或波状流-环状流-波状流流型存在,该管内凝液流动存在由层流到湍流的转捩过程;管内饱和蒸汽冷凝换热系数随压力升高而增大;在压力为0.52 MPa时,换热器内蒸汽流速最大值约为6.72 m/s,当压力大于0.52 MPa后,蒸汽流速反而逐渐减小;所提PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热系数计算关系式与试验结果吻合良好,其计算值与试验值的相对误差在±8%以内。[结论]研究结果可为海洋核动力平台及类似应用对象非能动安全系统PRHR HX设计和优化提供参考。