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Experiment Study on the Exhaust-Gas Heat Exchanger for Small and Medium-Sized Marine Diesel Engine

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Energy Engineering 2023年第1期120卷 125-145页

作者： Li Luo Yuhang Fan Yu Wang Peiyong Ni Xuewen Zhang guannan xi School of Mechanical Engineering Nantong UniversityNantong226019China School of Mechanical Engineering Nantong Institute of TechnologyNantong226019China

This paper aims to design a special exchanger to recover the exhaust gas heat of marine diesel engines used in small and medium-sized fishing vessels,which can then be used to heat water up to 55°C–85°C for membrane desalination devices to produce fresh water.A new exhaust-gas heat exchanger of fins and tube,with a reinforced heat transfer tube section,unequal spacing fins,a mixing zone between the fin groups and four routes tube bundle,was *** simulations were also used to provide reference information for structural *** were carried out for exhaust gas waste heat recovery from a marine diesel engine in an engine test bench utilizing the heat *** experimental results show that the difference between heat absorption by water and heat reduction of exhaust gas is less than 6.5%.After the water flow rate was adjusted,the exhaust gas waste heat recovery efficiency was higher than 70%,and the exhaust-gas heat exchanger’s outlet water temperature was 55°C–85°C at different engine *** means that the heat recovery from the exhaust gas of a marine diesel engine meets the requirement to drive a membrane desalination device to produce fresh water for fishers working in small and medium-sized fishing vessels.

关键词： Marine diesel engine exhaust gas waste heat recovery heat exchanger flow field simulation experimental analysis

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过渡流下钝体绕流特性的可视化实验对比

化工学报 2016年第S1期67卷 210-216页

作者：邹帅徐加辉周杰喜冠南南通大学机械工程学院江苏南通226019

为解明钝体绕流机理,设计了开式低速循环水槽,建立了钝体绕流实验平台。采用粒子图像测速法(PIV)和染色法,对钝体绕流特性进行实验研究。采用INSIGHT 4G进行全面调控。通过检测水槽不同高度激光面上的流动状态验证实验台稳定性。将PIV... 详细信息

为解明钝体绕流机理,设计了开式低速循环水槽,建立了钝体绕流实验平台。采用粒子图像测速法(PIV)和染色法,对钝体绕流特性进行实验研究。采用INSIGHT 4G进行全面调控。通过检测水槽不同高度激光面上的流动状态验证实验台稳定性。将PIV及染色法所得数据与已有模拟及实验结果进行对比,验证了实验方法正确性。选取过渡流下特定钝体(圆柱)进行周期研究,探寻钝体绕流周期性。并分析圆柱、方柱绕流在不同Reynolds数下的流动特性异同。实验表明:Re=200时,在一个周期内,圆柱周围正涡、负涡周期性脱落,正涡逐渐形成、增强、消散,负涡也在对应的位置循环发展。通过圆、方柱流动实验对比可知,圆柱绕流分离点不固定而方柱绕流分离点固定,位于其前后锐边上。

关键词：粒子图像测速过渡流动圆柱方柱

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近壁圆柱绕流中直径对壁面强化传热的影响

江苏大学学报（自然科学版） 2021年第2期42卷 158-165页

作者：许慧周磊蔡忆昔喜冠南江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 南通大学机械工程学院江苏南通226019

为了研究过渡流下在壁面附近插入不同直径圆柱对壁面强化传热的影响,采用基于复合网格系统的数值计算方法,在雷诺数Re=200时,对圆柱直径D为5~14 mm的近壁圆柱绕流进行了数值计算.利用低速循环水槽试验台进行可视化流动试验,以验证数值... 详细信息

为了研究过渡流下在壁面附近插入不同直径圆柱对壁面强化传热的影响,采用基于复合网格系统的数值计算方法,在雷诺数Re=200时,对圆柱直径D为5~14 mm的近壁圆柱绕流进行了数值计算.利用低速循环水槽试验台进行可视化流动试验,以验证数值计算方法的可靠性.结果表明:近壁插入圆柱可以使流动提前进入利于传热的过渡流状态;当间隙比C/D(C为圆柱与下壁面之间的距离)相同时,改变D仅影响Nu/Nu0曲线第2个波峰的大小和发生位置;D越大,圆柱尾流中周期性脱落的涡以及壁面旋涡的大小和强度越大,且发生位置逐渐向下游移动;过渡流范围内D越大,圆柱下游壁面强化传热越大、作用区域亦越大;不同D下,Nu/Nu0曲线第2个波峰达到最大的最佳插入位置C基本保持不变,D越大,最佳间隙比C/D越小.

关键词：圆柱绕流过渡流强化传热数值模拟粒子图像测速

过渡流状态下5列叉排圆柱列流动传热特性研究

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中国科技论文 2016年第11期11卷 1291-1294,1320页

作者：张园园喜冠南南通大学机械学院江苏南通226019

为了研究小型化换热器叉排管束群在过渡流状态下的传热强化机理,对5列叉排圆柱列的流动传热特性进行了数值分析。使用Fortran自编程序,通过基于复合网格的计算方法,研究了5列叉排圆柱列在不同横向间距（Ps/D）下的流动与传热特性。结果... 详细信息

为了研究小型化换热器叉排管束群在过渡流状态下的传热强化机理,对5列叉排圆柱列的流动传热特性进行了数值分析。使用Fortran自编程序,通过基于复合网格的计算方法,研究了5列叉排圆柱列在不同横向间距（Ps/D）下的流动与传热特性。结果表明：当Ps/D=3时,5列叉排圆柱列的传热强化效果最好;Ps/D=4~6时,其传热强化效果降低。在不同横向间距下,第2列圆柱列的传热强化效果最为明显,后排圆柱列的传热强化效果逐渐降低。

关键词：过渡流叉排圆柱列数值计算复合网格传热强化机理

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过渡流下后向台阶壁面传热的时均特性研究

机械工程学报 2014年第10期50卷 149-154页

作者：仲敏波包雅媛袁银男喜冠南江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 南通大学机械工程学院南通226019

为研究过渡流范围(550?Re?1 500)后向台阶底面的传热特性,建立二维非稳态后向台阶流动的数值模型,数值模拟台阶下游底面的时均努塞尔(Num)数随Re数增大的发展变化情况,并结合流场中流动结构的发展变化规律对Num数分布特性进行分析。结... 详细信息

为研究过渡流范围(550?Re?1 500)后向台阶底面的传热特性,建立二维非稳态后向台阶流动的数值模型,数值模拟台阶下游底面的时均努塞尔(Num)数随Re数增大的发展变化情况,并结合流场中流动结构的发展变化规律对Num数分布特性进行分析。结果表明,随Re数增大,台阶下游流场中间区域产生旋转方向相反的旋涡对,主回流区下游底面和内部底面先后出现附壁旋涡;Num数沿着流动方向出现主峰和次峰,主回流区下游底面的附壁旋涡促进主峰下游的Num数快速增大,而主回流区内产生的附壁旋涡促进了主峰上游的Num数快速增大;主峰值、次峰值随着Re数增大而增大;两峰位置随着Re数增大先相向移动,然后同向移动。总之,在过渡流区域,提高Re数能够提高底面的Num数,增强底面换热效果,当Re数大于900时,主回流区内换热效果明显增强。

关键词：过渡流后向台阶数值模拟换热特性

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过渡流下近壁双圆柱倾角对绕流结构影响

排灌机械工程学报 2021年第11期39卷 1118-1124页

作者：尹广洲邓勇周磊谢纬安喜冠南南通大学机械工程学院江苏南通226019 南通职业大学汽车与交通工程学院江苏南通226007

为了研究过渡流下近壁双圆柱倾角对绕流结构的影响,在雷诺数为300(基于圆柱直径D=15 mm)时,采用开式循环水槽试验台,结合粒子图像测速系统PIV对不同倾角的近壁双圆柱模型进行了试验研究.结果表明:当Re为300时,倾角γ改变对圆柱绕流结构... 详细信息

为了研究过渡流下近壁双圆柱倾角对绕流结构的影响,在雷诺数为300(基于圆柱直径D=15 mm)时,采用开式循环水槽试验台,结合粒子图像测速系统PIV对不同倾角的近壁双圆柱模型进行了试验研究.结果表明:当Re为300时,倾角γ改变对圆柱绕流结构影响显著.随着倾角γ增大,上游圆柱尾流由下侧剪切层发展被抑制逐渐演变为上侧剪切层发展被抑制,上游近壁区域加速效果先增强后减弱;下游圆柱尾流由上侧剪切层主导逐渐演变为下侧剪切层主导,下游近壁区域的加速效果和范围不断增大至稳定.当γ7.6°时,倾角γ对绕流结构影响逐渐减弱,近壁区域扰动趋于稳定.详细分析了γ=-7.6°工况下的瞬时流动特性,发现近壁双圆柱尾流形成周期性的旋涡交替脱落现象,增强了壁面附近流动不稳定性.

关键词：过渡流近壁流动结构双圆柱倾角粒子图像测速

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间隙比对近壁不同钝体涡激振动特性的影响

排灌机械工程学报 2021年第11期39卷 1132-1138页

作者：翟少华谢福兴尹广洲喜冠南南通大学机械工程学院江苏南通226019

为研究不同间隙比L/D对近壁单圆柱与单方柱的涡激振动特性的影响,了解尾流对壁面不稳定性的作用机理,搭建了开式循环水槽试验台,利用粒子图像测速(PIV)系统,对过渡流下2种近壁模型进行了试验研究.结果表明:两者具有相似的涡激振动特性,... 详细信息

为研究不同间隙比L/D对近壁单圆柱与单方柱的涡激振动特性的影响,了解尾流对壁面不稳定性的作用机理,搭建了开式循环水槽试验台,利用粒子图像测速(PIV)系统,对过渡流下2种近壁模型进行了试验研究.结果表明:两者具有相似的涡激振动特性,当L/D很小时,钝体下侧剪切层发展受到抑制;随着L/D增大,壁面的抑制作用减弱,尾流处有形成旋涡对的趋势,旋涡逐渐靠近钝体并趋于对称,涡的尺度先增大后减小,近壁面附近流体的加速效应先增强后减弱,且主振频率逐渐减小;两者都呈现出周期性的涡脱运动,但也存在差异,方柱尾流分离点固定,而圆柱不固定;同一Re下,相同L/D下方柱涡的尺度比圆柱更大,近壁面附近的流速也更快;随着L/D增大,圆柱尾流处振幅先增强后减弱,而方柱一直增强且主振频率略小,表明近壁方柱涡脱落周期比圆柱更长.对实际工程领域应用具有一定的参考价值.

关键词：钝体间隙比近壁过渡流涡激振动

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二维后向台阶层流传热特性的数值模拟

江苏大学学报（自然科学版） 2014年第4期35卷 397-402页

作者：仲敏波谢纬安袁银男喜冠南江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 南通大学机械工程学院江苏南通226019

建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值模型，在Re=100—400内研究了雷诺数、台阶高度（S）、平板间高度（H）变化对台阶下游底面努塞尔数Nu分布的影响．结果表明：台阶扩张比ER一定，台阶下游上壁面出现次回流区后，舭分布曲线下降段... 详细信息

建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值模型，在Re=100—400内研究了雷诺数、台阶高度（S）、平板间高度（H）变化对台阶下游底面努塞尔数Nu分布的影响．结果表明：台阶扩张比ER一定，台阶下游上壁面出现次回流区后，舭分布曲线下降段的曲折点位置固定，增大Re能提高曲折点上游的№，但对曲折点下游Nu影响不大；保持S不变，减小H，ER由1．33增加到3．00，Nu的变化范围增大，峰值向上游移动；保持日不变，增大S，NuH变化分成2部分，ER由1．33增加到2．00，NuH峰值基本不变，位置向下游移动，ER由2．00增加到3．00，NuH峰值快速增加，位置基本不变．

关键词：后向台阶层流传热特性数值模拟台阶高度平板间高度

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绕流波动特性对不同区域流动传热影响

排灌机械工程学报 2022年第8期40卷 826-833页

作者：彭婧华沈洁惠谢纬安翟少华喜冠南南通大学机械工程学院江苏南通226019 江苏航运职业技术学院交通工程学院江苏南通226010 南通职业大学汽车与交通工程学院江苏南通226007

为研究换热设备后向台阶内置圆柱模型的强化传热机理,采用Fluent进行数值模拟,并通过PIV粒子图像测速方法验证模拟结果的可靠性.研究雷诺数为700后向台阶内置圆柱(X_(c)/S=0.6,Y_(c)/S=1.0,d=6 mm)时,后向台阶流道不稳定流动的周期性,... 详细信息

为研究换热设备后向台阶内置圆柱模型的强化传热机理,采用Fluent进行数值模拟,并通过PIV粒子图像测速方法验证模拟结果的可靠性.研究雷诺数为700后向台阶内置圆柱(X_(c)/S=0.6,Y_(c)/S=1.0,d=6 mm)时,后向台阶流道不稳定流动的周期性,以及周期波动对流道不同区域传热的影响.研究结果表明:在过渡流状态下,流道周期速度波动受两基波频率影响,即台阶影响的频率f_(s)=7.25 Hz和受圆柱影响的频率f_(c)=14.10 Hz;f_(c)主要作用在流道上游局部区域,上游回流运动被破坏,努赛尔数瞬时峰值提高2.52倍;f_(c)促进台阶振动频率f_(s)提前产生,下游温度梯度减小,瞬时努赛尔数逐渐减小;台阶分离流体与圆柱尾流共同作用使得流道换热效果整体提升,同时壁面摩擦系数也增大.

关键词：后向台阶内置柱体过渡流周期性粒子图像测速