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定热流下振荡流动对对流换热的影响

西北工业大学学报 1997年第4期15卷 505-510页

作者：严红陈福连西北工业大学浙江工业大学

对定热流下平行板间振荡层流的对流换热过程进行了解析分析。流动的振荡过程是通过压力梯度上的振荡分量来完成的。对流动过程作了一些简化假设，并着重讨论振荡频率、雷诺数、振幅等参数对对流换热的影响。结果表明，振荡使对流换热系... 详细信息

对定热流下平行板间振荡层流的对流换热过程进行了解析分析。流动的振荡过程是通过压力梯度上的振荡分量来完成的。对流动过程作了一些简化假设，并着重讨论振荡频率、雷诺数、振幅等参数对对流换热的影响。结果表明，振荡使对流换热系数增加。

关键词：振荡流动对流换热非线性耦合定热流传热系数

改进的VOF方法对气液两相流振荡流动和传热计算的影响

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航空动力学报 2015年第5期30卷 1040-1046页

作者：朱海荣张卫正原彦鹏北京理工大学机械与车辆学院北京100081 河北科技大学机械工程学院石家庄050018

在VOF(volume of fluid)模型的基础上,引入level set函数,形成CLSVOF(coupled level set volume of fluid)模型对气液两相流的振荡流动和传热过程进行数值模拟,与只采用VOF模型模拟的结果进行对比分析,并与实验结果相比较.结果表明:无... 详细信息

在VOF(volume of fluid)模型的基础上,引入level set函数,形成CLSVOF(coupled level set volume of fluid)模型对气液两相流的振荡流动和传热过程进行数值模拟,与只采用VOF模型模拟的结果进行对比分析,并与实验结果相比较.结果表明:无论是针对矩形空腔中两相流的振荡流动和传热,还是活塞冷却油腔中机油的振荡冷却过程,采用CLSVOF模型都可以更为准确地模拟气液两相流的振荡流动规律,传热系数计算值也与实验结果保持了更高的一致性.对于活塞冷却油腔中机油的振荡冷却计算,随着转速即雷诺数的增大,传热系数计算值的误差开始增大.在极限转速3 000r/min时,CLSVOF模型的误差为3.8%,VOF模型的误差为7.5%,CLSVOF模型的误差增幅稳定在0.6%左右.CLSVOF模型的误差较小且误差增幅稳定,说明其计算准确性更高.

关键词：两相流振荡流动界面追踪 CLSVOF模型传热

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平板通道振荡流动强化轴向导热的数值研究

工程热物理学报 2005年第1期26卷 131-133页

作者：俞接成李志信清华大学工程力学系

本文对平板通道振荡流动强化轴向导热现象进行了数值模拟。计算结果显示,在所计算的振荡频率范围内振荡频率越小,平均虚拟内热源越大,速度场和温度场之间的相位差也越小,表明速度场和温度场的协同程度也越好,因此轴向导热的强化非常显著。

关键词：振荡流动轴向导热强化场协同

振荡流动条件下组织再生过程的数值模拟及流场参数对组织增长影响的研究

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振荡流动条件下组织再生过程的数值模拟及流场参数对组织增长影响...

作者：徐锐武汉纺织大学

学位级别：硕士

经过各个学科的发展融在合与交叉,人们逐渐认识到环境友好的生物技术是21世纪科技的主要发展方向。本文研究重点为组织工程,也称为“再生医学”,是利用生物活性物质(活性细胞等),通过体外培养或构建的方法,再造或者修复器官及组织的技... 详细信息

经过各个学科的发展融在合与交叉,人们逐渐认识到环境友好的生物技术是21世纪科技的主要发展方向。本文研究重点为组织工程,也称为“再生医学”,是利用生物活性物质(活性细胞等),通过体外培养或构建的方法,再造或者修复器官及组织的技术。组织工程涉及到生物学、材料学和工程学等多门学科。其中生物反应器是人们进行生物目标产品培养开发和生产的关键设备,该设备为生物活性物质营造增殖、分化所必要的生理微环境,并且能使细胞培养工程化。医疗机构对于安全有效的骨再生技术的需求已经迫在眉睫,广大科研工作者也将注意力放到骨再生研究上,工程化骨组织培养已成为研究的热点之一。灌注式生物反应器(Perfusion Bioreactor)能提供适合的营养传输与剪切刺激,是近年来逐渐发展起来的一种较为理想的组织工程动态培养系统。本研究基于传输现象的基本原理,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)与流动传质理论,对灌注式生物反应器内组织增长过程建立数学模型,并利用流体仿真工具Fluent对生物反应器内的流体流动、剪切力分布等进行数值仿真。模拟结果显示单向灌注流条件下,多孔支架材料内速度呈明显层流现象,离生物反应器对称中心距离越远支架内速度和达西剪切力逐渐降低,且不同半径处存在较大差异。振荡流作用时,多孔支架材料内速度和达西剪切力呈现一致的变化规律,不同半径处流速和达西剪切力差异减小,有利于在骨组织工程中对种子细胞进行均匀三维培养。增加入口振荡流动振荡频率可降低支架内流速最大峰值,显著减小不同半径处流速的差异。振荡流动作用下,仅增加多孔支架孔径或孔隙率对支架内流速峰值影响不大,但会显著降低平均达西剪切力。在研究了反应器内多孔支架流场与剪切力的基础上,采用多物理耦合方式对生物反应器内流场、浓度场和细胞增长方程进行数值计算。研究流场参数对细胞分布与增殖的影响。通过建立数学模型模拟计算生物反应器内生理微环境的变化,进一步了解孔隙率随着细胞生长而降低的细胞组织动态培养过程。模拟结果显示流动剪切力对细胞作用不能忽视,振荡流动培养方式对比单向流动更能促进细胞分布均匀性,但必须加入微小正向流速保证营养代谢与废物排出。流速、振荡振幅增加能促进营养物质传输和提高剪切力,有利于细胞增殖,但对细胞分布均匀性有一定影响。初始支架孔隙率大,有利于细胞分布的均匀性。正向流速与振荡频率对细胞生长的影响有限。总之,本研究探讨了在骨组织工程中灌注式生物反应器的流场参数与初始支架材料参数和对组织增长的影响,并根据模拟结果总结出参数改变后对细胞增长总量与分布的影响规律。本研究可对优化骨组织工程化过程中的流场参数进行优化计算,在达到骨组织生理要求的基础上缩短培养周期,提高效率,以应对日益增长的医疗修复骨组织缺损的需求。

关键词：生物反应器组织工程计算流体力学剪切力振荡流动

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二维振荡流动中污染云团的收缩

应用数学和力学 1993年第11期14卷 949-959页

作者：刘宇陆蔡树棠上海工业大学上海市应用数学和力学研究所

当垂向扩散时间尺度与流动的周期相当时,在转流过程中,污染云团将会出现收缩.这时水平剪切分散导数将会出现负值奇性.本文根据作者两维延迟扩散方程:其中(?)(t),(?)(t)为深度平均水平速度.导出X(t,τ),Y(t,τ)坐标位移,D_(ij)(t,τ)为... 详细信息

当垂向扩散时间尺度与流动的周期相当时,在转流过程中,污染云团将会出现收缩.这时水平剪切分散导数将会出现负值奇性.本文根据作者两维延迟扩散方程:其中(?)(t),(?)(t)为深度平均水平速度.导出X(t,τ),Y(t,τ)坐标位移,D_(ij)(t,τ)为剪切扩散导数的方程.一般情况下,是正的.不存在奇异性.但在转流的初期.记忆函数D_(ij)(t,τ)就有可能是负的.本文给出了D_(ij)和X、Y的解析表示式.

关键词：剪切分散振荡流动污染云团收缩

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圆管等壁温振荡流动对流换热理论研究

低温与超导 2019年第6期47卷 62-66页

作者：王宇迪刘益才莫双林龙杰中南大学能源科学与工程学院

对等壁温边界条件下圆管内层流振荡流动对流换热问题进行理论推导。在随时间做正弦变化的速度入口条件下,经求解圆管内流体振荡时的能量方程,得到振荡流动圆管内温度场分布的解析解表达式,并利用Matlab对表达式进行直观表示。计算结果表... 详细信息

对等壁温边界条件下圆管内层流振荡流动对流换热问题进行理论推导。在随时间做正弦变化的速度入口条件下,经求解圆管内流体振荡时的能量方程,得到振荡流动圆管内温度场分布的解析解表达式,并利用Matlab对表达式进行直观表示。计算结果表明:等壁温边界条件下速度入口脉冲流动可引起温度随时间波动,波动随无量纲振荡频率和速度振荡幅度增加,换热效果加强,且速度振荡幅度和无量纲振荡频率存在协同作用。

关键词：振荡流动温度解析解强化传热

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两相流振荡流动特性的可视化实验研究

河北科技大学学报 2024年第1期45卷 35-43页

作者：朱海荣肖旭张凯伦李林王钊河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018 河北拓普电气有限公司河北石家庄050000

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流... 详细信息

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动形态。结果表明:在起振阶段,气液两相的分界面明显,没有强烈的湍流混合运动,在充分振荡阶段,液体的运动规律及流动形态呈周期性变化;转速主要影响气液两相流的湍流强度,填充率主要影响气液两相流的流动形态。研究结果揭示了内冷油腔中气液两相流的振荡流动规律,可为高强化活塞的结构优化设计提供参考。

关键词：内燃机工程内冷油腔气液两相流振荡流动可视化

非清洁水冷热源换热管内振荡流动与换热的数值模拟与实验研究

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非清洁水冷热源换热管内振荡流动与换热的数值模拟与实验研究

作者：李康青岛大学

学位级别：硕士

开发利用低品位可再生性清洁能源前景广阔,是当今能源、建筑和环境可持续发展的必然趋势。其中,污水源热泵系统可以利用污水中的低品位热能为建筑物供暖空调并提供生活热水,具有高效节能和环保效益显著的特点。但是,污水中含有各种杂物... 详细信息

开发利用低品位可再生性清洁能源前景广阔,是当今能源、建筑和环境可持续发展的必然趋势。其中,污水源热泵系统可以利用污水中的低品位热能为建筑物供暖空调并提供生活热水,具有高效节能和环保效益显著的特点。但是,污水中含有各种杂物,在换热过程中会形成污垢热阻,使系统换热效率大幅下降。本文通过对热泵换热器振荡流动与换热进行数值模拟与实验研究,提出一种新的热泵换热器在线防除垢技术,以改善系统的换热性能。首先建立了圆管内湍流振荡流动与换热的物理数学模型,对圆管内湍流振荡流动与换热进行了数值模拟,采用CFD软件对管内流速呈正弦规律变化的流体流动与换热过程进行了数值模拟,对湍流流动状况、壁面平均对流换热系数和壁面剪切力进行了分析,研究了流体入口速度、振幅、频率对壁面平均对流换热系数和壁面剪切力的影响。研究结果表明:当流体为牛顿流体时,振荡流对圆管湍流换热无影响;当流体为非牛顿流体时流体振荡可以强化换热,并且可以大幅提高最大壁面平均剪切力的数值,起到一定的防除垢效果。然后开发了一种非清洁水热泵换热器在线防除垢装置,该装置利用电动回转换向阀内阀板的周期性转动实现进入两个换热器内流体流量的周期性变化,产生振荡流体。并且以青岛某实际工程为基础搭建了热泵换热器振荡流动与换热实验平台,实验研究了振荡流动对系统换热效果的影响。在实验工况条件下,振荡流动对管内对流换热系数影响很小,但是振荡流动可以造成部分污垢沉积物的脱落,起到了一定的除垢作用,使换热器传热系数增加了22.2%。流体振荡不仅可以抑制换热器内污垢的形成,而且可以清除换热器内已形成的污垢,使换热器一直保持在高效换热状态。

关键词：污水源热泵振荡流动在线防除垢换热剪切力

冷却油腔内绕流结构对振荡流动及换热特性的影响研究

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冷却油腔内绕流结构对振荡流动及换热特性的影响研究

作者：王金昆昆明理工大学

学位级别：硕士

工业领域中换热管热传递效率的提升在“双碳”目标大背景下承担着节能减排的重要任务。换热管是热交换设施中一种完成物料之间热量传递的能源通道,它的热传递效率越高越有益于设备对能源的利用。为了提升换热管的热交换能力,所采用的技... 详细信息

工业领域中换热管热传递效率的提升在“双碳”目标大背景下承担着节能减排的重要任务。换热管是热交换设施中一种完成物料之间热量传递的能源通道,它的热传递效率越高越有益于设备对能源的利用。为了提升换热管的热交换能力,所采用的技术包括改变换热通道的截面形状、异形换热管、对管壁进行粗糙处理、施加外力使管道运动等。其中人工管壁粗糙技术对于提升热交换效率简单有效,而使管道运动的方法也能显著提升换热管壁热交换能力(如内燃机活塞冷却油腔)。为将粗糙管壁技术与传统冷却油腔振荡传热两种强化换热手段有机结合,为换热冷却油腔的设计与研究提供新的参考,本文采用试验与数值模拟相结合的方法研究了冷却油腔中绕流结构对振荡流动及换热特性的影响。主要研究内容如下:(1)设计并搭建了往复运动模拟试验台,开展了可视化试验和振荡传热试验:在振荡状态下,无论粘度大小,液面的波动总是左右交替进行,液体粘度越大,波动越弱。随着振频的增加,液面的起伏增强,爬上试件顶面的液体随着运动能量的减弱呈弧射流态向下翻坠;光滑方盒的最大温升速率在静止状态下比绕流方盒高21.8%,在振荡状态下高27.9%,结果表明绕流结构能显著提升冷却介质与受热板的热交换能力,对壁面换热性能的增强具有积极作用。(2)采用数值模拟方法针对带有不同绕流结构的二维方腔进行了数值模拟。与光滑方腔相比,绕流方腔近绕流结构区液体会发生回流现象,并在绕流结构下壁面附近堆积,液体覆盖率为79%左右。沿流域方向的液体覆盖率普遍低于光滑壁面,都处在66%以下。顶面区域对通道的换热贡献最大,为40%左右,左壁面与右壁面对通道的换热贡献分别为21%和27%。并且换热贡献不会随着振频的增加而发生明显变化。(3)对二维方腔数值模拟发现振荡环境下绕流结构通过结构的突变来中断壁面热边界层并同时承受两相流对壁面的周期性冲击来实现换热性能的提升。此外,因为绕流结构对流体的引流作用,它能够实现对绕流区域和其他壁面传热分布进行调控作用。(4)采用数值模拟方法研究了绕流结构对冷却油腔内振荡流动及换热性能的影响。结果表明,在相同条件下,绕流型油腔的介质填充率较光滑油腔大,填充率最大差距为4.79%。在振荡运动过程中,绕流结构的位置应尽量远离液体起振区域,当液体运动加速距离不够时,绕流尾应是受流体重力方向冲刷的面。绕流结构增加了壁面的换热面积,缩小了液体在油腔处于悬空状态的空间,因此其换热性能的最大提升率为2.42%,小尺寸绕流结构的冷却油腔换热效果优于较大绕流结构的油腔。此外,绕流结构的存在分散了液流而更益于提高冷却油腔的纵向换热均匀性,最大提升率为24.25%。

关键词：冷却油腔绕流结构两相流振荡流动换热性能