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加装螺旋导流板的双层铜管换热器传热性能分析

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西安交通大学学报 2023年

作者：孙亚茹李德权季家东华子森安徽理工大学人工智能学院安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学数学与大数据学院

为提高螺旋铜管(SCT)换热器的综合传热性能，通过在换热器内加装螺旋形导流板，采用双向流固耦合计算方法，分析了不同入口流速和导流板安装位置下换热器内部双层SCT的振动和传热性能。数值结果表明：双层SCT换热器外层SCT的振动强度明... 详细信息

为提高螺旋铜管(SCT)换热器的综合传热性能，通过在换热器内加装螺旋形导流板，采用双向流固耦合计算方法，分析了不同入口流速和导流板安装位置下换热器内部双层SCT的振动和传热性能。数值结果表明：双层SCT换热器外层SCT的振动强度明显高于内层；无振动时内层SCT的传热系数高于外层，有振动时外层SCT的传热系数高于内层；随着入口流速增加，内外层SCT的振幅均增大，传热系数提高；导流板的安装位置会直接影响SCT的振动和传热特性，且在SCT呈现最大振动强度和最佳传热性能时，导流板的安装位置并不相同；对比振动强化传热参数(QPEC)和综合传热性能因子(RJF)发现，双层SCT换热器的QPEC和RJF均高于单层，两螺旋导流板安装在换热器的左、下位置时，QPEC最大，安装在换热器的左、上位置时，RJF最大且比安装在左、下位置时最高增加了7.99%。该研究可为高性能SCT换热器的设计提供理论和数据支撑。

关键词：螺旋铜管换热器螺旋导流板综合传热性能振动强化传热

高热流密度燃烧室壁面阵列空气射流-燃油组合冷却结构研究

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推进技术 2021年第4期42卷 941-949页

作者：吴青谭晓茗田佳张靖周南京航空航天大学能源与动力学院航空飞行器热管理与能量利用工信部重点实验室江苏南京210016

针对高热流密度燃烧室壁面热防护需求,提出了一种空气阵列射流冲击和燃油冷却肋板的集成冷却方式,在射流平均雷诺数Rej为1×10^(4)~3×10^(4),燃油进口流速vf为2.33~5.23m/s内,采用数值模拟方法对其传热特性进行了研究,并基于壁面加热... 详细信息

针对高热流密度燃烧室壁面热防护需求,提出了一种空气阵列射流冲击和燃油冷却肋板的集成冷却方式,在射流平均雷诺数Rej为1×10^(4)~3×10^(4),燃油进口流速vf为2.33~5.23m/s内,采用数值模拟方法对其传热特性进行了研究,并基于壁面加热侧当量对流换热系数的概念,分析了基准肋板以及燃油冷却肋板的传热增强作用。与无肋板靶面的阵列射流冲击相比,带肋板阵列射流冲击的面积平均当量对流换热系数是前者的1.6倍,压力损失系数相对提高了约25%;采用燃油冷却肋板,加热壁面综合传热能力进一步增强,在Rej=1×10^(4)时,采用燃油冷却肋板的面积平均当量对流换热系数是基准肋板的1.5倍以上,即使在Rej=3×10^(4)时,燃油冷却肋板的传热增强比也可以达到1.2;燃油冷却肋板的出口温度相对进口温度的提升在20~50K内,其提升幅度随着射流雷诺数或燃油进口流速的增大而减小。

关键词：空气阵列射流燃油冷却肋板集成冷却结构综合传热性能数值模拟

小管径开缝翅片管式换热器空气侧传热综合性能研究

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流体机械 2022年第5期50卷 68-75页

作者：朱珊云戴源德曹杰陈满南昌大学先进制造学院南昌330031

为了探究翅片间距P_(f)和相对开缝高度S_(h)/P_(f)对翅片管换热器空气侧传热与阻力特性的影响,以5 mm小管径百叶窗式开缝翅片管换热器为研究对象,利用CFD耦合传热数值模拟并结合对流传热综合性能评价准则进行分析。研究结果表明:在P_(f)... 详细信息

为了探究翅片间距P_(f)和相对开缝高度S_(h)/P_(f)对翅片管换热器空气侧传热与阻力特性的影响,以5 mm小管径百叶窗式开缝翅片管换热器为研究对象,利用CFD耦合传热数值模拟并结合对流传热综合性能评价准则进行分析。研究结果表明:在P_(f)=1.30~1.50 mm范围内,空气侧Nu和阻力系数f均随P_(f)的增加而减小;在Re=457~2907范围内,S_(h)/P_(f)对开缝翅片管换热器传热性能的影响与Re有关,减小S_(h)/P_(f)可以改善空气侧阻力性能和对流传热综合性能;当Re传热综合性能先增加后减小,P_(f)=1.40 mm,S_(h)/P_(f)=0.40时,对流传热综合性能可达到最佳;当Re>1300时,增加P_(f)有利于提高综合传热性能。

关键词：小管径开缝翅片换热器综合传热性能数值模拟

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非对称波节管换热和阻力性能的实验研究

工程热物理学报 2020年第7期41卷 1797-1807页

作者：陈鑫王维李炳熙张亚宁哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

通过实验的方法,分别分析了采用大导角半径(Large corrugation fillet radii,rl)的非对称波节管、对称波节管和光管管壳双侧的传热性能和阻力性能的影响规律,研究非对称波节管流向对换热器总换热性能和总阻力性能的影响。研究结果表明,... 详细信息

通过实验的方法,分别分析了采用大导角半径(Large corrugation fillet radii,rl)的非对称波节管、对称波节管和光管管壳双侧的传热性能和阻力性能的影响规律,研究非对称波节管流向对换热器总换热性能和总阻力性能的影响。研究结果表明,非对称波节管和对称波节管的综合换热性能均优于光管,且壳侧的综合换热性能提升优于管侧。非对称波节管的换热性能与对称波节管差别较小,但阻力性能更低,rl位于管侧波节前流段或壳侧波节后流段均可以明显降低阻力性能。非对称波节管换热器在逆流下,rl在管侧前流段时,换热器整体综合换热性能最优,平均是光管换热器的1.44倍;在并流下,rl在管侧后流段时,换热器整体综合换热性能相对更好,比光管换热器提升了39.07%。

关键词：波节管实验总换热系数总阻力系数综合传热性能

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过冷度对微通道蒸发器传热特性的影响

低温与超导 2022年第3期50卷 88-93页

作者：钱涛陈华赵松田天津商业大学天津市制冷技术重点实验室天津300134

基于微通道蒸发器的强化传热,通过实验控制蒸发器入口处制冷剂的温度,分析过冷度对微通道蒸发器的壁面温度、制冷量、传热系数及压降的影响。研究表明:随着过冷度的增大,微通道蒸发器的壁面温度分布的均匀性在过冷度4.5℃后明显变差;流... 详细信息

基于微通道蒸发器的强化传热,通过实验控制蒸发器入口处制冷剂的温度,分析过冷度对微通道蒸发器的壁面温度、制冷量、传热系数及压降的影响。研究表明:随着过冷度的增大,微通道蒸发器的壁面温度分布的均匀性在过冷度4.5℃后明显变差;流量分配均匀性提升;综合传热性能提高。

关键词：微通道蒸发器温度分布流量分配综合传热性能

内插松弛扭带波节管的流动与传热特性的数值模拟

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化工学报 2018年第4期69卷 1374-1384页

作者：韩怀志陈鑫胡怡然王坤芳崔运磊于瑞天哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管(CLT)的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管(SLT)的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的... 详细信息

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管(CLT)的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管(SLT)的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的影响规律。研究结果表明CLT相比于传统的SLT,传热性能最多提高1.17倍,综合传热性能的绝对数值最多增加0.15。CLT的综合传热性能随着扭率的增加而增加,而增加的幅度却逐渐减小,高Reynolds数时减小的程度更加显著。同时,综合传热性能随着余隙比的增大而降低并且降低的幅度也逐渐减小,在低Reynolds数时明显降低,而在高Reynolds数时略微降低。综合考虑,低Reynolds数时应该选择余隙比低的扭带,而高Reynolds数时则应选择余隙比高的扭带。

关键词：内插松弛扭带波节管 RNGk-ε模型数值模拟流动和传热特性综合传热性能

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结构形式对双层微通道热沉传热性能的影响

航空动力学报 2018年第3期33卷 565-571页

作者：翟玉玲钟桂健李舟航昆明理工大学冶金与能源工程学院省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室昆明650093

设计一种双层微通道热沉,即热沉上下层通道结构相异B(上层为矩形微通道,下层为复杂结构微通道),旨在降低压降的同时保持良好的换热性能,并与上下层通道均为复杂结构微通道的热沉A作对比。用数值方法研究了顺流和逆流时、不同通道结构(PA... 详细信息

设计一种双层微通道热沉,即热沉上下层通道结构相异B(上层为矩形微通道,下层为复杂结构微通道),旨在降低压降的同时保持良好的换热性能,并与上下层通道均为复杂结构微通道的热沉A作对比。用数值方法研究了顺流和逆流时、不同通道结构(PA、PB、CA、CB)对其传热性能的影响,并用场协同原理分析流场与温度场的协同关系对传热的影响。结果表明:当0综合传热性能看,结构PB的综合传热性能更佳,其传热协同角最小,说明该种布置方式改善了流场和温度场的协同关系。

关键词：双层微通道热沉结构强化传热场协同原理综合传热性能

纳米流体和脉动流场下波壁管换热器强化传热特性研究

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纳米流体和脉动流场下波壁管换热器强化传热特性研究

作者：曲平平燕山大学

学位级别：硕士

随着不可再生能源的快速消耗,提高管壳式换热器的传热效率,使用一定优化方法改善换热器性能,减少传热过程中的功耗成为了一个亟待解决的问题。本研究以提高管壳式换热器的效率为目标,采用复合强化传热技术,用波壁管代替传统换热器中的直... 详细信息

随着不可再生能源的快速消耗,提高管壳式换热器的传热效率,使用一定优化方法改善换热器性能,减少传热过程中的功耗成为了一个亟待解决的问题。本研究以提高管壳式换热器的效率为目标,采用复合强化传热技术,用波壁管代替传统换热器中的直管,同时在对换热器进行结构优化的基础上使用纳米流体作为冷却工质,并结合脉动流场的强化传热方法,来大幅地提升换热器的传热效率。本文主要采用数值模拟方法,对比了不同体积流量下波壁管换热器和传统直壁管换热器内流体的流动与传热特性;重点探讨了纳米流体的颗粒种类、体积分数、颗粒粒径以及基液种类对波壁管换热器流动和传热特性的影响;深入研究了脉动流场下波壁管换热器内流体的压降特性、传热特性和综合传热性能随脉动参数(振幅和频率)的变化规律;综合分析了纳米流体和脉动流场复合条件下波壁管换热器的传热特性。计算结果表明,波壁管换热器的综合传热效果较直壁管换热器有较大改善,在研究范围内,相较于直壁管换热器,波壁管换热器的壳程压降最大降幅为5.25%,对流传热系数最大增幅为9.67%;Cu纳米颗粒较Cu O、AlO和Si O颗粒传热优势更加突出;波壁管换热器的壳程压降、对流传热系数和性能评价系数均与换热器的体积流量和Cu-水纳米流体的体积分数成正比,与颗粒粒径成反比,Cu-水纳米流体下波壁管换热器的性能评价系数最大可达2.53。同时研究了三种醇基纳米流体在波壁管换热器中的冷却效果,并用分子动力学模拟计算了三种醇基纳米流体的热导率。结果表明,三种纳米流体的热导率随着体积分数的增大而增大,Cu-乙二醇-水纳米流体热导率增幅最大为30.6%。还发现,与基液相比,波壁管换热器内醇基纳米流体的壳程压降、对流传热系数均明显增大。在综合考虑波壁管换热器泵功消耗和传热性能增加的情况下,发现三种纳米流体的综合传热性能与基液相比更好。其中,Cu-丙二醇-水纳米流体的综合传热性能最强,Cu-乙醇-水和Cu-乙二醇-水纳米流体在所研究范围内出现了综合传热性能的峰值。以上结果说明波壁管和纳米流体协同应用使管壳式换热器具有更好的综合传热性能。对脉动流场下波壁管换热器的研究可知,脉动流场下换热器的流场发展更充分,换热器内的涡随着振幅的增大而增多,随着频率的增大而减少。在压降特性方面,换热器壳程流体的瞬时压降随脉动频率和振幅的增大而增大,但不严格按照正弦规律变化;脉动流场下换热器的平均压降与振幅正相关,相同振幅下,随着频率的增大,平均压降逐渐减小,但变化幅度较小。还发现脉动流场下波壁管换热器内传热强化系数均大于1(1.76～2.24),同时发现其与脉动振幅成正比,但随着频率和体积流量的增大先增加后减小;脉动流场下换热器的性能评价系数随着频率的增加逐渐增大后趋于平缓;随着振幅的增大,性能评价系数逐渐减小。同时通过场协同分析可知,波壁管换热器的场协同数均远小于1,这说明换热器壳程温度场与速度场之间的协同度较低。研究结果还表明,场协同数与体积流量成反比,与脉动振幅成正比;场协同数随着脉动频率的变化呈现出先增大后减小的趋势。不同体积流量下,纳米流体和脉动流场对波壁管换热器壳程压降的影响程度不同:低流量时,复合条件下换热器压降相比于单一条件反而减小,随着体积流量的增大,复合压降高于单一条件。同时发现,波壁管换热器壳程对流传热系数的增幅依次为复合条件>纳米流体>脉动流场。纳米流体和脉动流场复合强化传热的情况下,波壁管换热器的综合传热性能大于单一使用纳米流体或施加脉动流场。与直壁管、纯水、定常流场下换热器相比,波壁管、纳米流体和脉动流场三者复合强化传热条件下换热器的场协同数最大,综合传热性能最好。

关键词：复合强化传热波壁管换热器纳米流体脉动流场综合传热性能

脉动参数对波壁管内流体流动与传热特性的影响研究

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脉动参数对波壁管内流体流动与传热特性的影响研究

作者：张安龙燕山大学

学位级别：硕士

传统直壁圆管内流体的传热效率低,为强化换热管内流体的传热效率,本研究采用结构简单、容易产生流动分离、能独立支撑的波壁管代替直壁圆管,并重点探讨流体在波壁管内的流动及传热特性。为达到进一步提升传热效率的目的,在管型强化的基... 详细信息

传统直壁圆管内流体的传热效率低,为强化换热管内流体的传热效率,本研究采用结构简单、容易产生流动分离、能独立支撑的波壁管代替直壁圆管,并重点探讨流体在波壁管内的流动及传热特性。为达到进一步提升传热效率的目的,在管型强化的基础上施加脉动流场。采用脉动流场是因为该流场具有强化流动分离的特点,可以改变流体在管内的运动规律,进而减薄热边界层,最终达到进一步强化传热的目的。虽然脉动流场下波壁管内流体的质量传递特性已有一定研究,但脉动参数对波壁管内流体流动与传热特性方面的影响还未进行系统研究。故本文采用数值模拟的方法,重点研究了雷诺数Re、振动分率P以及斯德劳哈尔数St对波壁管内流体的流场、传热、阻力特性以及综合传热性能的影响。并尝试用波壁管替代管壳式换热器中的直壁圆管,将直壁管换热器与波壁管换热器的传热效果进行了对比分析,重点探究了波壁管半径比i和雷诺数Re对波壁管换热器内流体流动与传热特性的影响。首先,建立了波壁管的几何模型,并对其进行了合适的网格划分和无关性验证,同时选用了合适的湍流模型,并对此进行了正确性验证,设置了合理的边界条件,为后续的数值模拟做好了充足的准备。其次,对脉动流场下波壁管内流体流动与传热特性进行了数值模拟研究。结果表明,雷诺数Re、振动分率P以及斯德劳哈尔数St对管内流体的流动特性、传热特性、阻力特性以及综合传热性能均产生较大影响。流动特性方面:脉动流场下波壁管内流体的流动状态与定常流场相比有着明显不同,存在稳定与不稳定流动两种状态,且不稳定流动所持续的时间随着P与St的增大而变长。传热特性方面:随着Re的增加,传热强化效果先增加后降低,最佳传热强化出现在中等雷诺数Re下;当振动分率P小于1时,传热强化效果变化不明显,而当P大于1时,随着P的增加,传热强化效果逐渐增强;同时发现St与传热强化效果呈正相关。阻力特性方面:平均摩擦阻力系数随着雷诺数Re的增加逐渐降低,但降低的幅度逐渐减小;平均摩擦阻力系数随着振动分率P的增加逐渐增大;斯德劳哈尔数St对平均摩擦阻力系数的影响较小。综合传热性能方面:脉动流场下波壁管内流体的综合传热性能与St呈正相关,与P呈负相关,而随着Re的增加,综合传热性能先增加后降低,在中等雷诺数Re下,综合传热性能最强。最后,对定常流场下型波壁管换热器与直壁管换热器内流体的流动与传热特性进行了数值研究,重点分析了雷诺数Re与波壁管半径比i对换热器内流体的流场、壳程平均压降、对流传热系数以及综合传热性能的影响。发现与直壁管换热器相比,波壁管换热器内换热管能够改善换热器内流体的流动状态;在相同雷诺数Re下,波壁管换热器内壳程平均压降低于直壁管换热器,最大可降低11.01%,且随着i的增加,波壁管换热器的平均压降略有增加;与直壁管换热器相比,波壁管换热器的对流传热系数明显增大,管程对流传热系数最大可增加28.34%,壳程对流传热系数最大可增加14.17%;对波壁管换热器内流体的综合传热性能分析可知,波壁管换热器的综合传热性能与Re呈正相关,与i呈负相关;相同条件下,波壁管换热器的综合传热性能优于直壁管换热器。

关键词：波壁管脉动流场传热特性综合传热性能换热器