定热流状态下圆管内层流冰浆流体传热特性的数值模拟

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管壳式换热器管内流动的数值模拟及试验研究

和ｓ湍流模型进行模拟计算，得到了有代表性的管内流速分布及其相关结果。通过添加均流板以及开孔布置和尺寸的优化，使管内流速分布的均匀性得到改善。
关键词：管壳式换热器数值模拟试验研究
随着国内房地产业的迅速发展，全国上市的商品房数量不断增加，民用供热的市场化及人们对优质舒适生活的追求，都为冷凝式燃气壁挂炉提供了巨大的市场发展空间。从业界发展趋势来看，开发利用冷凝式燃气壁
管壳式潜热换热器的管内水流均匀性问题，是
管壳式换热器运用于燃气热水器的关键问题之一，因为水流不均匀将导致局部空烧而烧坏换热器。本文采用在换热器的进出口分别布置均流板的方法以达到水流均衡，并通过数值模拟和实际试验来解决均流板的开孔布置问题。应用Ｆｕｎ软件，建立ｌｅｔ管壳式换热器通道的三维四面体网格模型和ｋ￡湍－流模型，获得了有代表性的管内流速分布和相关计
文采用ＣＤ的商用软件Ｆｕｎ对管壳式换热器进Ｆｌｅｔ
补充形式。但是烟气中的水蒸气冷凝成水时，与烟
行数值模拟。建立流体的质量方程和动量方程，引入适合处理低雷诺数和近壁流动的Ｒ－模型方ＮＧｋ￡
气中的酸性气体反应，从而腐蚀尾部受热面，这是
（）３设置边界条件
进出口接管直径／ｍｍ
３０
进出口接管长度／ｍｍ

三维圆管流动状况的数值模拟分析

三维圆管流动状况的数值模拟分析毕业论⽂学⽣姓名：袁洪武学号：20082396学院：⼟⽊⼯程与⼒学学院专业年级：2008⼯程⼒学题⽬：三维圆管流动状况的数值模拟分析指导教师：蒋光彪副教授评阅教师：余敏讲师2012年 5 ⽉摘要在⼯程和⽣活中，圆管内的流动是最常见也是最简单的⼀种流动，圆管流动有层流和紊流两种流动状况。

雷诺数是判别流体流动状态的准则数。

本⽂⽤Fluent软件来模拟研究三维圆管的层流和紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。

⾸先在Gambit⾥建⽴物理模型，分别建⽴直圆管与90度弯圆管的物理模型，并划-⽅程[]1，分⽹格。

选⽤液体流动的质量守恒⽅程、动量守恒⽅程、能量守恒⽅程以及kε分别对层流和紊流采⽤不同的3种⼊⼝流速来对三维圆管内部流体进⾏模拟分析，并在FLUENT软件中以直观的⽅式表⽰出了层流和紊流各种不同速度在圆管中的流动状况，分析讨论其不同流速下的规律、特点。

并通过⼏种理论⽅式计算验证所得到的数值模拟结果的准确性。

结果证明所得到的数值模拟结果与圆管层流、紊流的理论数据相符合。

关键词FLUENT；光滑圆管；湍流；层流；雷诺数；数值模拟Title The numerical simulation and analysis of the flow in the 3D round tubeAbstract:In engineering and life, circular pipe flow is the most common and the simplest flow, and it contains two flow conditions-aminar and turbulent. Reynolds number is used to distinguish the fluid state criterion. This paper is to simulate study of three-dimensional pipe laminar and turbulent flow by Fluent software, which mainly makes analysis on the velocity distribution and the pressure distribution .First, establish physical model in the Gambit, respectively, set straight circular pipe and 90 degree bend pipe physical model, and then, mesh. Selecting liquid flow equation of mass conservation, momentum conservation equation and energy conservation equation of laminar flow and turbulent flow, we can, respectively, use 3 different entrance velocity to make simulation analysis of 3D pipe internal fluid. In Fluent software , this paper expresses the different velocity of laminar and turbulent flow in pipe flow condition in an intuitive way, discussing pattern and characteristics under different flow, and verifies the accuracy of the numerical results through several theoretical method.Results show that the numerical results are Conformed to the theory datas of Laminar and turbulent flow .Keywords:Fluent; Smooth pipe; Turbulent flow; Laminar flow; Reynolds number；Numerical simulation⽬录1 绪论 (1)1.1课题提出的意义 (1)1.2直接数值模拟⽅法简介 (1)1.3主要研究内容 (2)2直接数值模拟⽅法 (3)2.1FLUENT简介 (3)2.2FLUENT的计算过程 (5)2.3控制⽅程 (6)3 在GAMBIT建⽴中模型 (9)3.1直圆管 (9)3.290度弯管 (10)4 在FLUENT中求解计算层流流动 (11)4.1FLUENT的参数设置 (11)4.2直圆管层流计算结果及分析 (12)4.390度弯管层流计算结果及分析 (18)4.4圆管层流数值模拟结果的验证 (22)5 在FLUENT中求解计算紊流流动 (26)5.1FLUENT参数设置 (26)5.2直圆管紊流计算结果及分析 (26)5.390度弯管紊流计算结果及分析 (33)5.4圆管湍流数值模拟结果验证 (35)6 总结与展望 (38)6.1总结 (38)6.2展望 (38)参考⽂献 (39)致谢 (41)1 绪论1.1 课题提出的意义对实际⼯程中⼤量存在的边界形状复杂的区段内的流动，鉴于其复杂性和测量的困难性，实验往往只能给出总流的参数，却⽆法给粗区段内详细的流场信息，⽽数值模拟能够给出相关流场的具体信息[]2。

T型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟

T型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟摘要：T型圆管结构有着广泛的应用，但在实际使用中往往出现热疲劳现象。

现对T型圆管中冷热流体的混合过程进行CFD数值模拟，以得到流体混合后的温度场分布，为解决管壁热疲劳失效提供理论数据。

关键词：T型圆管；冷热流体混合；CFD数值模拟；温度场1前言当T型管主管和支管内流体的温度不相同并且当温度相差又很大，那么两种流体在主管支管交汇处就会发生强烈的相互掺混过程，这种掺混必然会产生热分层，而热分层现象是在浮升力以及自然对流的作用下在流体内部出现的一种现象，并且这种热分层现象的分界面并不是稳定不变的而是时刻处于一种波动的状态，在热传导和热对流的共同作用下流体和管壁要发生热交换，这种热交换也必定不是一种稳定的热量传导，势必会在T型管下游的壁面上产生相应的温度波动。

本章对T型圆管中冷热流体的混合过程进行数值模拟，以得到冷热流体混合后的温度场变化，为解决管壁热疲劳失效提供理论数据。

2 模型建立和边界条件的确定2.1 数学模型本文所涉及的算例雷诺数较大，是湍流流态，那么在进行数值模拟的时候就需要采用湍流模型。

其基本控制方程组包括连续性方程、动量方程以及能量方程，可表述成如下通用形式：（2-1）时间导数项对流项扩散项源项式中，为待求通用物理量，、为对应变量的输运系数及源项。

上述控制方程组进行雷诺时均处理将得到未知的二阶雷诺相关项，造成方程组不再封闭。

2.2 物理模型模型以主管和支管交汇中心为坐标原点建立坐标系，主管流体方向为x方向，支管流体方向为y负方向，重力方向为y负方向。

主管内径为20.96mm外径为26.7mm，长度取1m,支管内径为12.48mm外径为17.10mm,长度取0.5m;主管入口速度um为 1.45m/s，支管入口速度ub为2.6 m/s。

主管入口速度是支管入口速度的两倍;主管流体入口温度为70℃，支管流体入口温度为24℃。

其中，蓝色区域为圆管固体区域，红色区域为管内流体区域。

管内层流强化传热的数值模拟

ｓａｅｗｓｅａｅｅｎｎｅｔｄｗｓｉｖｓｇｔｄｂｕｒａｉｌｔｎ，ａｄｔｅｒｓｌｒｏａｅｔｈｐｃｄｔｉｔｄｔｐｓｂｉｇｉｓｒｅａｎｅｔａｅｙｎｍｅｃｌｓｉｉｍｕａｉｏｎｈｅｕｔｗｅｅｃｍｐｒｄｗｉｔｅｓｈ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｈｅｔｔａｓｅｈｒｃｅｓｉｓａｏｒｓｓａｃｆ８ｔａｔｅｈａｒｎｆｒｃａａｔｒｔｃｎｄｆｗｅｉｔｎｅｏ５％ｇｙｅｎｉｏｅｇｎｉｌｌｃｒｎｃｎｖｒｉｇ—ｄｖｒｉｇｔｅｔｉｉｅｇｎｕｂｓｗｉｈ
ｓｏｈｔｂｎｔｏｔｔｅｔｓｅａｅｈｅｓｍｕｌｔｎｒｓｌｓｉｄｃｔｄｔａｈｅｈｅｔｔａｓｅａｕａｉｎｆｃｏｆｃｎｅ－ｍｏｔｕｅａｄｗｉｕｈｗｉｔｄｔｐ．Ｔｉａｉｅｕｔｎｉａｅｈｔｔａｒｎｆｒｖｌｔｏａｔｒｏｏｖｒｈｏｇｎｉｇ—ｄｉｅｇｎｕｅｗｉｈｉｓｒｉｇｔｓｅａｅｗａｒａｅｎｃｎｅｇｎｖｒｉｇｔｂｔｎｅｎｗｉｔｄｔｐｓｇｅｔｒｔｏｖｒｉｇ—ｄｖｒｉｇｔｂｅｉａｎｒｎｏｖｒｉｇ— ｔｈａｉｅｇｎｕｎｌｍｉａ，ａｄｃｎｅｇｎ
关键词：强化传热；缩放管；旋流片；有效传热温差
中图分类号：Ｋ２Ｔ１４
文献标识码：Ａ

环管反应器内传热过程的数值模拟

（ｅａｍｅｔｆｈｍｉｌｎｉｏｉｎｉｅｉｇＺｅｉｇｎｖｒｉ，ｎｇｈｕ０７ＣｉａＤｐｒｎｅｃｄＢｏｇｃＥｇｅｒ，ｈｊｌａｌｎｎＵｅｔｎａ３０
Ａｂｓｒｃ：Ｂａｅｎｔｅｍａｈｍａｉｄｌｃｎｉｅｉｇｔｅｔ．ｕｉｍｅｔｍｒｎｆｒｔａｔｓｄｏｈｔｅｔｃｍｏｅｏｓｄｒｎｈｗｏｆｄｍｏｎｕｔａｓｅ ’ｍａｓｔａｓｅ．ｈａｌｓｒｎｆｒｅｔｔａｓｅｄｒａｔｉｅｉｓｏｒｐｅｅｐｙｒｚｔｏｒｆｒａｅｃｉｋｎｔｃｆｐｏｙｌｎｏｌｍｅｉａｉｎ，ｔｅｈａｒｓｅｈｒｃｅｉｔｃｎｔｅｐｏｙｅｅｎｎｏｎｈｅｔｔａｆｒｃａａｔｒｓｉｓｉｈｒｐｌｎｎｐｙｒｚｔｏｕｕｌｒｌｏｅｃｏｒｔｄｅｏｌｍｅｉａｉｎｔｂａｏｐｒａｔｒｗｅｅｓｕｉｄ．Ｔｈｉｌｔｄｆｕｄｔｍｐｒｔｒｓａｏｎｈｏｅｒａｔｒｅｓｍｕａｅｉｅｅａｕｅｌｇｔｅｗｈｌｅｃｏｌａｅｌｗｉｍａａｕｅ仃ｏｔｅｉｄｔｉｌｌｏｅｃｏ．ｗｈｉｈｉｄｉａｅｈａｈｒｓｎｅｔｅｔｃｇｒｅｗｅｌｍｔｍｅｒｄｓｍｈｎｕｓｒａｏｐｒａｔｒｃｎｃｔｓｔｔｔｅｐｅｅｔｄｍａｈｍａｉｍｏｅｓａａｌｂｅｔｅｃｉｅｔｅｈａａｓｅｎｔｅｔｂｌｒｌｏｅｃｏｒＴｈｅｕｔｈｗａｈｅｄｌｉｖｉｌｏｄｓｒｂｅｔｎｆｒｉｈｕｕａｐｒａｔ．ｅｒｓｌｓｓｏｔｔｔｅｔｍｐｅａｕｅｄｈｔｒｏｈｒｔｒｄｓｉｕｉｎｅｄｉｅｅｔｉｈｐｓｅｍ—ｅｔｏ．ｃｒｅｓｃｉｎａｄｄｗｎ仃ｅ－ｅｔｏｆｔｅｔｂｌｏｏｉｔｂｔｏｓａｆｒｎｎｔｅｕｔａｓｃｉｎｕｖ－ｅｔｎｏｓａｓｃｉｎｏｈｕｕａｌｐｒｒｉｒｏｍｒｒａｔｒｎｕｓｒａ・ｅｔｏ，ｔｅｔｍｐｒｔｒｉｔｉｕｉｎｉｅｔｏ－ｙｅｃｏ．Ｉｐｔｅｍｓｃｉｎｈｅｅａｕｅｄｓｒｂｔｏｓｃｎｒｓｍｍｅｉａ，ｂｔｉｈｕｖ —ｅｔｎａｄｒｔｃｌｕｎｔｅｃｒｅｓｃｉｎｏ

三维圆管流动状况的数值模拟分析(DOC)

三维圆管流动状况的数值模拟分析在工程和生活中，圆管内的流动是最常见也是最简单的一种流动，圆管流动有层流和紊流两种流动状况。

层流，即液体质点作有序的线状运动，彼此互不混掺的流动；紊流，即液体质点流动的轨迹极为紊乱，质点相互掺混、碰撞的流动。

雷诺数是判别流体流动状态的准则数。

本研究用CFD 软件来模拟研究三维圆管的层流和紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。

1 物理模型三维圆管长2000mm l =，直径100mm d =。

流体介质：水，其运动粘度系数62110m /s ν-=⨯。

Inlet ：流速入口，10.005m /s υ=，20.1m /s υ= Outlet ：压强出口Wall ：光滑壁面，无滑移2 在ICEM CFD 中建立模型2.1 首先建立三维圆管的几何模型Geometry2.2 做Blocking因为截面为圆形，故需做“O ”型网格。

2.3 划分网格mesh注意检查网格质量。

在未加密的情况下，网格质量不是很好，如下图因管流存在边界层，故需对边界进行加密，网格质量有所提升，如下图2.4 生成非结构化网格，输出fluent.msh等相关文件3 数值模拟原理3.1 层流流动当水流以流速10.005m /s υ=，从Inlet 方向流入圆管，可计算出雷诺数500υdRe ν==，故圆管内流动为层流。

假设水的粘性为常数（运动粘度系数62110m /s ν-=⨯）、不可压流体，圆管光滑，则流动的控制方程如下：①质量守恒方程：()()()0u v w t x y zρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ (1-1)②动量守恒方程：()()()()()()()u uu uv uw u u u pt x y z x x y y z z x ρρρρμμμ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++-∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ (1-2)()()()()()()()v vu vv vw v v v pt x y z x x y y z z y ρρρρμμμ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++-∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ (1-3)()()()()()()()w wu wv ww w w w p t x y z x x y y z z zρρρρμμμ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++-∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ (1-4)式中，ρ为密度，u 、ν、w 是流速矢量在x 、y 和z 方向的分量，p 为流体微元体上的压强。

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨
毛宇飞;上官燕琴;肖洪
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。

本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。

基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。

本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。

【总页数】7页(P194-200)
【作者】毛宇飞;上官燕琴;肖洪
【作者单位】河海大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O357;TK124
【相关文献】
1.内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟
2.二元熔盐在螺旋槽管内流动和传热特性数值模拟
3.半壁受热管内插扭带的过冷流动沸腾传热特性数值模拟
4.螺旋弯管内流动与传热特性的数值模拟
5.螺旋管内单相流动周向非均匀传热现象的数值模拟
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圆弧切线波纹换热管内流动与传热性能的数值模拟

１ —— 大圆弧；２ — 切线；３ — —— 小圆弧
２有限元数值模拟
提出了一种新型波纹管 —— 圆弧切线波纹换热管，它在圆弧形波纹管的波峰下游圆弧处增加了部分直线段，即延长了下游的长度。该波纹管已
改变流体流动方向进行模拟发现，雷诺数在５００＜Ｒ３００ｅ＜０００范围内圆弧切线波纹管内正
向流动的平均对流传热系数比反向流动时平均高出１．％，且雷诺数较低时更为明显；位管０１并单长的压力降在正反流动时差别不明显，差最大相
壁厚ｔ２ｍｒａ
在雷诺数Ｒ＝５００时，他参数相同的情ｅ０其况下，分别对大圆弧半径Ｒ和小圆弧半径Ｒ的。：
ｂ流动介质（）．水为不可压缩流体；Ｃ．假设管内流动为二维轴对称流动；ｄ．忽略管内流体质量力；
￥杨秀杰，，９２年１生，士研究生。北京市，００９男１８月硕１０２。
维普资讯
均发现波纹形通道的换热能力比直通道强。我国科研人员据此原理研制开发了一种新型传热设
备—— 波纹管换热器
，经对该换热器的研后
究发现，用波纹管作为换热表面的换热器其综采合性能有显著提高。因而，纹管换热器现已在波热电、工及石油等行业成功应用，得以进化并

管罩式热交换器中流体流动特性的数值模拟分析

管罩式热交换器中流体流动特性的数值模拟分析管罩式热交换器是一种常见的热传递设备，广泛应用于化工、制药、食品加工等工业领域。

研究管罩式热交换器中流体流动特性的数值模拟分析，对于优化热交换器的设计和提高热传递效率具有重要意义。

本文将从流体流动的模拟方法、管罩式热交换器的流动特性，以及相关实验研究等方面进行分析和探讨。

首先，数值模拟是研究管罩式热交换器中流体流动特性的重要方法之一。

通过建立数学模型和对流动方程进行离散化，可以使用计算流体力学（CFD）软件对热交换器内的流体流动进行数值模拟。

在进行数值模拟时，需要考虑流体的物理特性、边界条件以及网格划分等因素，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

其次，管罩式热交换器的流动特性是热传递效率的重要影响因素之一。

在热交换器内部，流体通过管道流动，并与外部传热介质进行热量交换。

流体的流动方式和速度分布对于热传递效率具有重要影响。

常见的流动方式包括层流和湍流，而流体的速度分布通常为非均匀的。

此外，流体的温度分布也会随着流动而发生变化，这对于传热过程的效果产生重要影响。

为了更好地理解管罩式热交换器中的流体流动特性，研究者进行了大量的实验研究。

这些实验通常包括流速的测量、压降的测量以及温度场的测量等。

通过实验数据的采集和分析，可以获得流体在热交换器内的流动特性，并为数值模拟提供参考。

此外，还可以通过实验来验证数值模拟的结果，并对模型的准确性进行评估。

在进行数值模拟分析时，需要选择合适的数值模型和求解方法。

对于管罩式热交换器中的流体流动来说，最常用的数值模型是雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型。

该模型假设流体是连续均匀的，并通过求解雷诺平均流动方程来描述平均值。

在求解过程中，常用的求解方法包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。

在数值模拟的过程中，还需要进行网格划分和边界条件设置。

网格划分对模拟结果的准确性和计算效率起着重要作用。

一般而言，采用结构化网格或非结构化网格都可以进行数值模拟，但需要根据具体情况选择合适的方法。

流体流动与传热的数值模拟研究

流体流动与传热的数值模拟研究在工程领域中，流体流动和传热是两个重要的研究方向。

传统的实验方法需要耗费大量的时间和资源，而且往往无法获取全面的数据。

因此，数值模拟成为了研究流体流动和传热的重要手段之一。

数值模拟是通过计算机模拟流体流动和传热过程，利用数学方法和计算方法求解流体动力学和传热学的基本方程。

它可以提供详细的流场和温度场的分布情况，从而为工程设计和优化提供依据。

在进行数值模拟研究时，首先需要建立数学模型。

流体流动和传热的数学模型一般基于质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，通过对流体的运动和传热机制进行描述。

常见的数学模型包括Navier-Stokes方程和能量方程等。

建立数学模型后，需要选择适当的数值方法进行求解。

常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。

这些方法能够将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程，并通过迭代求解得到数值解。

在进行数值模拟时，还需要确定边界条件和初始条件。

边界条件是指流体流动和传热过程中与外界相互作用的边界情况，如壁面温度和速度等。

初始条件则是指流体流动和传热过程开始时的初始状态。

数值模拟研究的结果可以通过可视化的方式展示出来，如流线图、温度云图等。

这些图像能够直观地展示出流体流动和传热的特性，有助于研究人员深入理解流体流动和传热的规律。

数值模拟在流体流动和传热研究中有着广泛的应用。

例如，在航空航天领域中，数值模拟可以用于研究飞机的气动性能和热传导特性，从而提高飞行效率和安全性。

在能源领域中，数值模拟可以用于优化燃烧过程，提高能源利用效率。

在环境保护领域中，数值模拟可以用于模拟大气污染物的扩散和传输过程，为环境管理提供科学依据。

然而，数值模拟也存在一些局限性。

首先，数值模拟需要依赖计算机的计算能力，对计算机的要求较高。

其次，数值模拟的结果受到模型假设和参数选择的影响，需要进行合理的验证和验证。

最后，数值模拟只能模拟流体流动和传热的宏观行为，对微观尺度的细节无法提供准确的描述。

t型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟

t型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟随着现代科学技术的发展，冷热流体混合过程应用在实际中越来越广泛，尤其是在工业上，管道混合一直以来都是常见的应用方式。

一般而言，圆管混合的研究是相对比较成熟的，很多人已经做出了大量的研究。

但是，圆管混合技术尚未完全得到充分利用，短处突出，表现出较为复杂的传质结构，并横跨多个尺度，因此，关于圆管混合过程的理论研究至今尚未取得决定性的进展。

冷热混合过程的数值模拟技术的发展，为解决圆管混合传质机理而提供了强有力的手段，特别是冷热混合下的传质特性研究。

冷热混合管中的传质机理，主要由强的温差和流量差引起的三个主要因素决定：传热机理、流体动力学和化学反应机理。

传热机理又分为温度传输和传热机制，温度传输涉及温度在热传导中的传输，描述其传输特性，而传热机制针对混合物中不同温度由梯度传输造成的混合程度，详细描述流体温度分布。

流体动力学研究了流体运动机理，具体分析了流体动态方程，包括流体压力在整个混合器中的演化及其边界条件以及空气动力学的影响。

最后，特别是冷热混合过程中，描述各种反应机理，为分析化学反应过程提供依据。

冷热混合的研究，利用数值模拟技术，可以更好地体现混合流动的复杂性，模拟过程更加精准。

首先，混合器结构，掺杂流体性质及其动力学和核热物理参数在数值模拟中都可以得到恰当考虑，而在经典实验方法中，这些参数可能会忽略。

第二，冷热混合传质的空间分布和时间变化，通过对混合器传质方程的实际求解，可以得到更加精确的模拟结果，而传统实验方法只能给出实验点近似的数据。

最后，数值模拟可以更好地深入研究混合流系统物理天然环境，推动更多跨学科的研究。

总之，冷热混合过程的数值模拟技术，对混合流系统物理性能研究具有重要意义，可以准确模拟各种复杂的传质过程。

因此，该技术在工程设计中应得到越来越多的重视及应用，提升冷热混合过程的各项性能。

内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟

设计计算文章编号:1000 7466(2011)03 0019 06内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟霍喜军,刘巨保,张强(东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆 163318)摘要:以强化换热管为研究对象,建立了以水为介质的轴对称数值模型。

应用计算流体软件CFX对光管及2种强化换热管(缩放管、波纹管)的传热特性及流动规律进行数值研究。

结果表明,数值计算得到的光管总传热系数数值与经验公式计算结果吻合很好。

与光管相比,强化换热管壁面结构改变了流体的流动状况,对流道的流场产生重要影响。

在相同流动条件下,缩放管与波纹管的总传热系数数值均有较大程度的提高,强化作用明显。

为此类产品的进一步理论研究和分析方法推广提供了依据。

关键词:强化换热管;传热系数;流动规律;数值模拟中图分类号:TE 965.03 文献标志码:AC oupling Heat Transfer Numerical S imulation of Enhanced Tube withInside and Outside Flow MediaHUO Xi jun,LIU Ju bao,ZHANG Qiang(Colleg e of M echanical Science and Eng ineer ing,No rtheast Petro leum University,Daqing 163318,China)Abstract :Enhanced heat ex chang e tubes w ere focused on and an ax isy mmetric numerical mo delw ith w ater w as set up.T he heat transfer characteristics and the flow law s of sm ooth tubes,con v erg ent divergent tubes and co rrugated tubes w ere studied both by using CFD softw are CFX.The results show that the to tal heat transfer co efficient of smoo th tubes co nsistent w ell w ith the re sults calculated w ith the empirical form par ed w ith the smoo th tubes,the w all structure of heat transfer enhancing tubes chang ed the fluid flow conditions,and gener ated gr eat affect on flow field of fluid channel.In the same flo w conditions,the total heat transfer coefficient o f both convergent div erg ent tubes and corr ug ated tubes has increased greatly,also and the enhancing functions w ere obvious.Therefor e,the basis for further theoretical research and analy sis method of such pro ducts w as prov ided.Key words :heat transfer enhancing tube;heat transfer coefficient;flow law ;num er icalsimulation强化换热管是热交换器结构中重要的传热元件之一,对能量交换、节能具有重要作用。

定热流状态下湍流冰浆传热特性的数值模拟

Ｖｌ２Ｎｏ３０２＿－．Ｊｎ０８３～３ｕｅ２０．１５
定热流状态下湍流冰浆传热特性的数值模拟
简夕忠宋保银
（南京航空航天大学人机与环境工程系南京
【摘
２１）１０６０
要】冰浆是一种有效的空调蓄冷和输送冷量的介质，有着广阔的应用前景，而冰浆的流动特性和传热
ｐｒｉｌｓＴｈｑａｉｎＷａｏｖｄｕｉｇｆｉｉｅｅｃｔｏ．ｅｈａａｓｅｈａｔｒｓｉｆｔｒｕｅｔｏｎｇｉｅｓｒｙｉａｔｃｅ．ｅｅｕｔｏｓｓｌｅｓｎｅｄｆｒｎｅｍｅｄＴｅｔｔｎｆｒｃａｃｅｉｔｏｂｌｎｗｉｃｌｒｎｉｔｈｈｒｒｃｕｌｆｕｎｃｒｕａｉｅｅｅｔｏｓａｔｅｔｕｓｂａｎｄＴｅｒｓｌｓｏａｅｃｎｅｔｅｈａａｓｅｏｆｃｅｔｗｈｃｉｃｌｐｐｓａｄａｎｔｎａｘＷａｏｔｉｅ．ｒｈｔｃｈｌｆｈｅｕｔｈｗｓｔｔｏｖｃｉｅｔｔｈｔｈｖｒｎｆｒｃｅｆｉｎ，ｉｈｉｌｓｉｍｐｉｅ
ＦｌｗｉｇＩｅＳｕｒｅｔｄａｎｔｎａｕｏｎｃｌｒｙＨａｅｔＣｏｓａｔＨｅｔＦｌｘ
ＪａｚｏｇＳｎｏｉｉｎＸｉｈｎｏｇＢａｙｎ
（ｅａｔｎｆｎ－ｃｉｅＥｖｏｍｅｎｉｅｒｇｎｊｇＵｎｖｒｉｆｅｏａｔｓｄｓｒｎｕｃ，ＤｐｒｍｅｔＭａＭａｈｎ－ｎｉｎｎＥｇｎｅｉ．ＮａｉｉｅｓｙｏＡｒｎｕｉｔａｔｓｏｒｔｎｎｔｃａＡｏｉｎＮａｊｇ２０１，ｈｎ）ｎｉ，１０６Ｃｉａｎ

圆管层流流动的模拟实验研究报告

圆管层流流动的模拟实验研究报告摘要：圆管层流流动的方式受到流体的质量流量影响，以及圆管内部阻力的影响。

在本研究中，对圆管层流流动的影响因素进行分析和模拟实验。

该实验利用定常水流模拟仪，测试圆管内安装不同型号、结构和大小的层流设备，并观察层流流动情况。

实验结果表明，通过实验法确定的层流流量的量化值与定常流模拟仪的指示值相较接近，结论认为层流流量的大小和流体的质量流量以及管内的阻力有关。

关键词：圆管层流流动；流体质量流量；模拟实验；阻力1.言随着圆管层流流动技术的发展，以及其在不同领域应用的广泛推广，对圆管层流流动的深入研究及其影响因素分析也受到国内外研究人员的长期关注。

圆管层流是一种较新型的水流控制技术，其影响流量的因素主要有：流体质量流量和管内阻力；它们影响管道层流流量和圆管层流流动质量流速的变化规律。

本研究利用定常水流模拟仪模拟不同型号、结构和大小的层流设备，观察层流流动的情况，并对层流流量的影响因素进行实验分析。

2.验设计实验以定常水流模拟仪为主要仪器，测试圆管内安装的不同型号、结构和大小的层流设备。

仪器的工作原理是：模拟水流通过圆管内不同结构的层流设备时，圆管内液力聚焦设备会产生液力聚焦，也就是水流经过不同层流设备时，其速度会变化，然后根据变化的流速来测量层流流量；仪器设置有安全阀，当压力超标时，安全阀会起到保护功能，以防止压力过高造成实验室设备的损坏，使实验结果准确可靠。

3.验结果3.1础数据分析表1为实验所用管道层流设备的参数及参数组合，包括管径、残余膨胀比、层流残余膨胀比、平均流速和层流流量。

表1验参数及参数组合|径 (mm) |余膨胀比 |流残余膨胀比 |均流速 (m/s) |流流量(L/m) || -------------- | ------------ | -------------------- | ------------------------- | ------------------------- || 113 | 0.9 | 5.6 | 0.09 | 3.2 || 115 | 0.8 | 4.5 | 0.14 | 4.5 || 117 | 0.7 | 3.7 | 0.19 | 6.2 |3.2验结果分析在表2中，给出了实验结果的数据，展示了实验法测量的层流流量与定常水流模拟仪的指示值间的差异情况，可见实验法确定的层流流量的量化值与定常水流模拟仪的指示值相比，波动范围很小，平均值可以接近指示值，表明实验结果准确可靠。

金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析

金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析近年来，金属泡沫圆管换热器一直是能源利用技术领域的研究热点，因具有高热传导性、耐腐蚀、高强度和体积轻等优点，可大大提高热换的效率。

目前，关于金属泡沫换热器的研究主要集中在实验室实验和理论分析上，但是，在非稳态下，实验数据是有偏差的，而且这种试验会耗费大量的时间和金钱，而真正的换热器在实际应用中更加复杂。

因此，数值模拟和分析对于研究金属泡沫换热器性能十分重要。

在数值模拟中，建立一个计算模型，用以分析金属泡沫圆管换热器的性能，是本文的主要任务。

根据实验，换热器的性能主要涉及四个方面：热传导、流体流动、温度场和换热效率。

在模拟建模方面，采用基于Comsol Multiphysics的结构模型，对金属泡沫圆管换热器的热传导和流动特性进行模拟和分析，以获得金属泡沫圆管换热器的性能指标。

首先，在Comso Multiphysics中，根据实际情况建立金属泡沫圆管换热器的模型，并按照实际情况绘制结构图；其次，使用有限元方法，对换热器的热学性能进行模拟和分析，以获得一系列的性能参数，包括换热器的整体热传导系数、传热向量和换热效率等；最后，根据获得的模拟结果，建立温度场模型，并根据模拟结果分析金属泡沫圆管换热器的性能。

实验表明，随着金属泡沫圆管换热器的尺寸和结构参数的变化，换热器的性能也会发生变化，特别是换热效率会非常显著地变化。

从实验结果来看，在金属泡沫换热器的结构参数设计中，需要考虑孔隙尺寸、热流凝结比率和管径等参数，以获得最佳的换热效率。

综上所述，数值模拟和分析对研究金属泡沫圆管换热器的性能发挥着重要的作用，可以从多方面分析换热器结构和热特性。

另外，实验结果还表明，正确掌握金属泡沫换热器参数设计，可以提高换热效率。

本文的研究结果可以为类似研究领域提供参考，也为相关热换技术的改进提供理论依据。

总之，本文通过数值模拟和分析，分析了金属泡沫圆管换热器的性能，结果表明金属泡沫换热参数设计的合理性及其对换热效率的影响，为金属泡沫换热技术的进一步开发提供了理论依据。

圆管在定热流,管内冷却的数值模拟

圆管在定热流,管内冷却的数值模拟
热管是当今最理想的传热元件之一，由于其设计、制造和应用简单，广泛应用于航空航天、能源、电子、核能和太阳能等工程领域。

自从1964年Grover明热管以来，国内外对其进行了大量的试验研究、理论分析和数值模拟，以便进一步提高其工作性能和扩大其应用领域。

由于热管内部流动与传热机理十分复杂，包含有复杂的汽液耦合流动问题和复杂的汽液相变传热问题，对其内在机理认识尚待深入研究，因而导致其内部流动与传热的模化及其数值模拟十分困难.然而国外
已先行一步，在这方面开展了大量的研究工作，其中包括Tien[11、aghri[24]、Ismail[5]和文献[6]等的出色的研究工作，而国内在此
领域研究甚少.为此，本文针对当前最常用的均匀毛细芯圆管热管的
工作原理和特性，对其内部相互耦合的汽液流动问题汽液相变问题和汽液固耦合传热问题进行模化，建立了它们的二维耦合流动与传热模型，并进行了数值分析与前人的一些实验结果比较表明，理论计算结果与实验结果基本相符。

定热流密度条件下的包络化合物浆管内湍流融化过程模拟

（11）
(
)
其中，keff 为层流时的有效导热系数，包含了颗粒与周围流体之间存在相对运动而引起的微对流强化导热作用，按文献[9-10]给出的公式计算： 2 + k s kl + 2α ( k s kl − 1) 2 + k s kl − α ( k s kl − 1)
（5）
� ⎛µ ⎞ ∇ ρ m v mε = ∇ ⎜ t ,m ∇ε ⎟ ⎝ σε ⎠ （6） ε + ( C1ε Gk ,m + C1ε C3ε Gb − C2ε ρm ε ) − Rε + Sε k
（9）
(
)
� � � �T ∇i ρ m v m v m = −∇p + ∇ ⎡ µ m ∇v m + ∇v m ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ （2） � � � � � � + ρ m g + ∇ αρ s v dr , s v dr , s + (1 − α ) ρl v dr ,l v dr ,l
(
)
(
[1] Inaba, H., New challenge in advanced thermal energy transportation using functionally thermal fluids.
International Journal of Thermal Science, 2000. 39: p. 991-1003. [2] Niezgoda-Zelasko, B., Heat transfer of ice slurry flows in tubes. International Journal of Refrigeration, 2006. 29: p. 437-450. 图 3 定热流密度边界下湍流换热截面温度分布（u=2.98m/s） [3] Voller, V. R. and Prakash, C., A fixed-grid numerical modeling methodology for convection-diffusion mushy region phase-change problems. Int. J. of Heat Mass Transfer, 1987. 30: p. 1709-1720. [4] Zhao, Z. N., R.Hao, and Shi, Y. Q., Parametric analysis of enhanced heat transfer for laminar flow of

水平圆管内浆氢的流动与传热特性数值模拟

水平圆管内浆氢的流动与传热特性数值模拟雷刚;马非;张鹏【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)0z2【摘要】浆氢是固氢和液氢的混合物，相比于液氢由于浆氢具有更高的密度和热容，更适合用于火箭和航天推进器的推进剂。

基于欧拉-欧拉两相流模型，在考虑颗粒动力学的基础上对浆氢在水平圆管中的流动与传热特性进行了数值模拟研究。

通过对浆氢在不同热通量、流速和颗粒直径等情况下的研究发现，浆氢相比于液氢可以有效减少液氢气化。

流速的提升能够有效提高固相颗粒分布的均匀性，且使得浆氢沿程平均传热系数增大。

小直径的固相颗粒相比于大直径颗粒能够增强固液两相间的换热，加快浆氢的融化。

%Slush hydrogen is a mixture of solid hydrogen and liquid hydrogen.It can be used as the fuel of rocket and space booster compared with the liquid hydrogen due to the higher density and heat capacity.In the present study,a numerical model was built based on the Eulerian-Eulerian model and kinetic theory of granular flow to investigate the flow and heat transfer characteristics of slush hydrogen in a horizontal pipe.For different heat fluxes,flow velocities and particle diameters of the slush hydrogen,it was found that the temperature of fluid can be decreased while using slush hydrogen instead of liquid hydrogen so that the vaporization of liquid hydrogen can be suppressed.The increase of flow velocity can make the distribution of particle more uniform and enhance the average heat transfer coefficient of slush hydrogen along thetube.Small diameter particle can improve the heat transfer between the solid phase and liquid phase and the melting of slush hydrogen can be accelerated.【总页数】6页(P64-69)【作者】雷刚;马非;张鹏【作者单位】航天低温推进剂技术国家重点实验室，北京 100028;上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240;上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TQ022.4【相关文献】1.管内插入螺旋翅片流动与传热特性的数值模拟 [J], 睢辉;屈晓航;董勇2.基于群体平衡理论的管内水合物浆流动特性数值模拟 [J], 宋光春;李玉星;王武昌;姜凯;施政灼;姚淑鹏3.浆氢在水平圆管内流动的数值模拟 [J], 张鹏;石新杰4.螺旋弯管内流动与传热特性的数值模拟 [J], 冯璐璐;徐让书;冯建宇5.不同管径水平管外LiBr溶液降膜流动与传热特性的数值模拟 [J], 王天因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

圆管中气液两相分层流动的直接数值模拟的开题报告

圆管中气液两相分层流动的直接数值模拟的开题报告一、选题背景传统的输送液体的管道系统中，液态物质的流动总是处于自由表面区域，而气体总是在液体之上，不会进入管道的底部。

然而，某些工业应用需要将气体和液体同时传输到目标位置，如石油勘探、化工等领域，因此需要对圆管中气液两相分层流动进行研究。

气液两相分层流动的研究对象是气液两个相互接触，且按密度分层排列的流体在管道中的流动和分布过程：液体处于管道底部，气体在液体的上部。

这种流动方式称为气液两相分层流动。

气液两相分层流动的传热、传质、传动特性与单相流体是截然不同的。

然而，由于气液两相分层流动的特殊性，在实验研究中存在不少问题，如难以测量相应的物理量、难以对流场进行真实的还原等。

因此，针对气液两相分层流动的直接数值模拟显得尤为重要。

二、研究目的和意义气液两相分层流动直接数值模拟是通过计算机模拟方法，对液体和气体按照密度分层分布进行模拟分析。

该研究可在模拟分析过程中了解、分析气液分层在管道中的流动特征，并对气液两相分层流动的传热、传质、传动作用进行分析。

此外，通过数值模拟提出操作措施以及流体混合方案，有助于提高工业应用的效率和减少环境污染。

三、研究方法1. 根据流体力学理论，建立气液两相分层流动的数学模型，包括连续性方程、动量方程、能量方程等。

2. 基于MATLAB、Fluent等数值计算软件进行数值模拟，利用计算流体力学（CFD）方法，对气液两相分层流动的流场特性进行模拟。

3. 结合实验和数值模拟结果，分析和比较两者的差异和不足。

四、预期成果通过数值模拟得到圆管中气液两相分层流动的流场分布、速度场分布、压力分布、温度分布等参数，进一步分析气液两相分层流动的传热、传质、传动作用，并提出管道内混合方法和优化建议。

五、研究难点1. 对气液两相分层流动的物理特性研究不充分，难以确定模型的精度和适用性，导致模型建立的不确定性。

2. 数值模拟方法受模型、网格精度、计算时间等因素的影响，难以得到准确的结果，难以达到真实环境的还原。

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冰浆流体的传热特性进行了研究。笔者运用数值
分析手段，在一定的简化假设基础上，运用等效比热容模型描述冰晶粒子融化吸收潜热，定热流对
几毫米之间，因此这种冰浆混合溶液具有较好的
ｔａｓｅｎｈｎｅｅｔｗｉｈｉｃｅｓｎｃａｓｆａｔｏｎａｃｅｓｎｇＳｔ．ｒｎｆｒｅａｃｍｎ，ｔｎｒａｉｇｉｅｍｓｒｃｉｎｄｄｅｒａｉｅ
ＫＥＹＯＲＤＳｈａｒｎｆｒｅＷｅｔｔａｓｅｎｈａｃｍｅｔｃｌｒｎｅｎ；ｉｅｓｕｒｙ；ｃｓａａｌｘｏｎｔｎｔｈｅｔｆｕ
简夕忠宋保银
（南京航空航天大学）
摘要在对冰浆流体的换热情况提出一系列假设前提下，立等效比热容模型，于描述冰晶粒子融化建用
吸收潜热。运用有限差分的方法，所得的差分方程组进行求解，而得到定热流状态下圆管内层流冰浆对从流体的传热特性。计算结果表明，随着含冰率的增大和Ｓｅ减小，均Ｎｕ增大，热性能得到加强。ｔ的平换
冰浆是一种由冰晶粒子、以及用于降低冰水点的添加剂构成，泥浆状的悬浮液的混合物。呈
由于冰浆中冰晶粒子的直径一般在一百微米到十
忠衡等［从数值计算角度对定壁温条件下圆管内５
关键词强化传热冰浆等热流
Ｎｕｅｉａｉｕａｉｎｏａｒｎｆｒｃｒｃｅｉｔｃｏａｉｒｍｒｃｌｓｍｌｔｏｆｈｅｔｔａｓｅｈａａｔｒｓｉｆｌｍｎａ
ｆｏｄｉｅｓｕｒｎｃｒｕａｐｓｗｉｈｃｎｔｎａｌｘｌｗｅｃｌｒｙｉｉｃｌｒｐｉｅｔｏｓａｔｈｅｔｆｕ
地减小输送管直径、降低泵的功耗和减小热交换器的结构尺寸，同时对环境无污染性，得其应用使
前景更加广阔。但是，于冰浆中的冰晶粒子尺由寸很小，管内流动发生相变，时由于液相在固在同体悬浮粒子表面的微对流效应，研究其传热性给
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第８卷
第２期
制冷与ＮＤＩ —ＣＯＮＤＩ０ＮＩＧＡＲＴ１Ｎ
２００８年４月
定热流状态下圆管内层流冰浆流体传热特性的数值模拟
流动性，同时具有很好的热物性能和传输性能，能
条件下的冰浆流体作为供冷介质的传热特性进行
研究。１数学模型及其求解
够像普通流体一样在管道内运输或者在冰槽中贮
存。冰浆溶液具有较大的融解潜热，以大幅度可
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（ｎｉｇＵｎｖｒｉｙｏｒｎｕｉｓ＆ＡｓｒｎｕｉｓＮａｊｎｉｅｓｔｆＡｅｏａｔｃｔｏａｔ）ｃ
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