粗糙元对微通道稀薄气体流动换热影响研究

针对壁面粗糙元对微尺度通道内稀薄气体流动和传热的影响,采用直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)进行研究,分析了粗糙元数量、分布和高度不同时,各类型微通道内稀薄流动和传热状态及特征参数的变化情况.结果显示,当粗糙元数量增加时,微通道壁面压力和换热量分布略有波动,壁面摩阻和通道中心线上的雷诺数受流场总体速度降低的影响,变化较为明显;当粗糙元的高度增加时,微通道内流场发生了较为明显的变化,通道内平均换热量、壁面摩阻和中心线上的雷诺数均有不同程度的下降,而壁面压力和雷诺数等流动性能的波动性显著增大.由此可以说明,粗糙元对微通道内的流动换热性能产生的主要影响为压缩和阻滞效应,前者会提高局部流速的波动性,后者则会降低通道内流场的流动性,相比于增加粗糙元数量,提高粗糙元的高度所产生的影响更为明显;另外,微通道内的换热性能主要取决于流动速度,粗糙元能够增大换热面积并通过压缩效应增大局部换热量,但由于其阻滞效应的作用,通道内流速随之降低,从而导致平均换热量有所下降.     

微通道单相气体流动特性影响分析

对空气在当量直径0.5 mm和1.0 mm微通道中的流动特性进行数值仿真研究与分析。分析结果表明,微通道在平均马赫数0.15左右就必须考虑可压缩性影响。微通道在Re为1 380左右即发生提前转捩现象,提前转捩和可压缩性都将使沿程阻力增加。微通道受进口段影响,压强降较大,但微通道层流进口段长度和湍流进口段长度均小于常规通道。     

LNG在微小通道中沸腾流动与换热特性的数值研究

针对LNG在亚临界状态下的工作要求,利用VOF多相流模型对LNG在1 mm、1.5 mm、2 mm和2.5 mm共4种直径微小通道内的沸腾流动与换热特性进行研究,操作压力为0.1 MPa,热通量为40.9～385.4 kW/m²,质量通量为110～600 kg/m²·s。研究结果表明：在直径为1.5 mm、2 mm和2.5 mm的微小通道中,观察到了泡状流、弹状流、波状-环状流、过渡流和雾状流5种流型,而对于直径为1 mm的通道,没有观察到弹状流和过渡流,却出现了受限泡状流和柱塞流,且发现流型随通道直径的减小而转变加快,不同管径中的流型种类以及所占通道比例不同。当通道直径由2.5 mm减小到1 mm时,在波状-环状流区域对流换热系数提高了24.6%,但压降增加了50.1%。当质量通量增加到600 kg/m²·s,对流换热系数提高了22.6%,压降增加了55.8%。     

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.     

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。     

滑油压力控制阀流动特性分析

本文采用理论计算与数值仿真方法对滑油压力控制阀进行细致的流动特性分析。在给定流量或给定进出口压差条件下,通过对不同开度下阀内流场的分析得出:进出口压差确定时,流量与开度基本呈线性关系;流量确定时,进出口压差与开度呈四次曲线关系。二级节流降压有效地减小阀内滑油的压降与湍流度,防止滑油发生空化、乳化现象并减小滑油对滑阀的冲蚀。     

采用IPSA法对水平管内流动沸腾传热特性的分析

采用英国D.B.Spalding教授提出的一种两相流计算方法－－IPSA方法，对水平管内R12的流动沸腾进行了数值模拟，并且与实验数据进行了比较。结果证明这种方法能够较好对管内两相流动沸腾的传热特性进行分析。     

基于数值模拟的复杂船舶围壁传热计算

采用数值模拟软件ANSYS和FLUENT对船舶复杂围壁分别进行稳态和动态的模拟计算,并将计算结果与相关手册提供的简化算法的计算结果进行对比。结果表明,采用简化计算方法得到的船舶典型围壁传热系数与采用数值方法计算得到的传热系数差异较大,计算误差约达10％。同时,采用稳态传热（即采用传热系数）计算的围壁传热量与采用动态方法计算的围壁传热量的差异也较大。因此,在计算围壁传热量时,应采用动态计算方法。     

高速高温射流冲击传热特性的数值模拟

射流冲击传热作为一种有效的强化传热方法,射流冲击参数直接影响其传热效果.本文采用数值模拟方法对高速高温射流冲击的传热特性进行了研究,特别研究了喷嘴与冲击面间距离及喷嘴轴线和冲击面间的夹角对其传热特性的影响规律.研究结果对高速高温射流冲击传热特性的理论研究及工程应用都有非常重要的指导意义.     

船用换热器三维流场数值模拟

采用Pro/E软件对闭式机舱淡水海水换热器的三维建模,利用FLUENT软件对该换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,分别以壳程总压降、总传热率、速度这三个方面作为综合衡量标准,分析具有不同折流板弦高、折流板数目的几种淡水海水换热器模型的速度场、温度场和压力场。结果表明：随着折流板数目的增加,壳程流体的压降逐渐升高,出口温度逐渐减小;随着缺口高度的增加,壳程流体的压降明显下降,出口温度也明显增加。     

海水-冰晶两相流非等温流动及传热研究

船舶在冰区航行时,存在冰晶颗粒混合海水流入船舶冷却系统现象。基于颗粒动力学理论,建立适用于海水-冰晶两相流的欧拉-欧拉双流体模型,耦合相间传热传质模型对海水-冰晶两相流在水平直管内流动及传热特性数值模拟。研究表明,冰晶颗粒流动过程中,在管道上部位置R=8~10mm处冰晶体积分数达到最大值,且随着速度增加而增大;当入口含冰率(IPF)为4%时,冰晶速度的最大值出现在管道中心轴线上方。当入口速度为1.0~3.0 m·s-1,含冰率4%~30%时,局部传热系数随入口速度及含冰率增大而增加。     

复杂船舶围壁传热系数取值探讨

采用数值模拟软件对几种复杂船舶围壁进行稳态传热计算,并将计算所得围壁传热系数与相关标准提供的计算值进行对比.结果表明,采用数值方法计算得到的复杂船舶围壁传热系数与相关标准提供的参考值相比差异很大.计算结果也表明：空气层厚度对船舶甲板围壁的传热系数影响较大,而对垂直围壁的传热系数影响较小;隔热材料的导热系数对垂直围壁的传热系数影响较大,而对甲板围壁传热系数的影响较小.相关标准直接笼统地给出了各种类型船舶围壁的传热系数,而对围壁空气层厚度及隔热材料导热系数等未作详细说明,在对围壁传热量进行计算时采用标准推荐的传热系数会出现较大偏差,建议针对具体的船舶围壁,通过数值模拟或实验来获取围壁传热系数.     

潜艇艏舵绕流场的数值模拟

为了研究艏水平舵位置对于艉部流场的影响,将艏水平舵布置在指挥室或主艇体上(分别称为围壳舵和艏舵)。通过对SUBOFF进行数值模拟计算,验证网格划分方式和数值计算方法的正确性,并将该方法应用于围壳舵和艏舵模型。计算结果表明,在采用较好的流线型指挥室的情况下,采用艏舵形式有利于艉部伴流场的均匀性。     

汽车空调箱内空气流动的数值模拟研究

建立了汽车空调箱的数学模型,与换热器的单体吹风实验结合,采用多孔介质模型计算了空气在蒸发器与暖风芯体间的压力降。通过分析换热器内部速度场、压力场,揭示了空气在空调箱内的流动特性。结果表明：由于蒸发器迎风面积较大,蒸发器侧的压力损失不高,而在暖风芯体处,由于通道扩张不充分,芯体处的速度场不均匀,流体在箱体边缘发生了回流,降低了芯体的换热效能。在出口处,存在较强涡流,是空调箱阻力的主要来源。     

环形翅片管自然对流传热特性的数值模拟研究

利用FLUENT数值模拟方法,研究了自然对流条件下环形翅片管几何参数对其对流换热性能的影响。结果表明:随翅片间距的增大,单位长度散热量先增大后减小,表面平均自然对流换热系数及单位面积散热量先增大后基本稳定不变;翅片厚度对换热性能的影响随间距变化而变化。通过模拟计算,为自然对流条件下翅片管的优化设计提供了参考。