流量波动条件下圆管内流动换热特性数值研究

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知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点PPT汇总

热进口段
热充分发展段
αx αx 0 x
图1 层流进口段与充分发展段
知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点
段。流入管内的流体，由于与管壁摩擦的结果，靠近管壁的流体速度逐渐减小，但因流体的流量一定，所以通过各截面中心的流体流速逐渐增加，直至流体流动达到稳定流速分布也就不再改变了，称为发展段。入口段长度仅为10d～45d，一般取50d。计算中把长度小于50d的管道称短管，长度大于等于50d的管道称长管。在流体趋向稳定的一段，即入口段内，由于流体流动状况在不断的变化，所以换热情况也要随着发生变化。在紊流状态下，在入口段中，层流边界层的厚度从零开始不断增加，直到进入发展段为止。边界层的厚度随Re的增加而减小。流体温度沿截面的分布和速度的分布一样，在入口段也
知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点
数曲线。 1.入口段的影响上述层流和紊流的流速分布规律只对流动达到稳定状态才正确。流体在刚进入管内时的流速分布是不断变化着的，流动状态是不稳定的。只有在流过一段距离以后才能达到稳定，通常称这段距离为入口
δ w
流动进口段 δt
流动充分发展段
知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点
此外，在管内层流对流换热问题中，由于截面上各点温度不一致，在流体中形成了浮升力，并出现了自然对流，最后也影响了截面上的流速分布。通过以上分析可见，图2中曲线2的流动边界层厚于曲线 3 的流动边界层。因此，相同条件下液体被加热时对流换热系数要大于液体被冷却时对流换热系数，气体则相反。 3.管道弯曲的影响当流体在弯管中流动时，由于离心力的作用，流体的流动将向弯管外侧挤压，并在截面上引起附加的二次环流 (见图3)。曲率半径愈大，离心作用的影响就愈小；流体的断面平均流速越大产生的二次环流流速就越大。由于弯管中附加环流的出现，加剧了流体的扰动，结果使弯管的换热系数增

层流脉动流动对流换热数值分析

ＷＡＮＧａｇ，ＧＡＯｕｈｎ，ＸＵａＣｈｎＰｚｅＣｈｏ
（ｅｉｉｉｅＬｂｒｔｙｏｕｌｒａｅｎｉｌｉｅｈｏｇ，ａｂｎＥｇｅｒｇＵｉｒｔ，ａｂｎ１００，ｈｎ）ＫｙＤｓｐｎａｏｏｆｃａｆｙａｄＳａｏＴｃｎｌｙＨｉｎｉｅｉｎｅｓｙＨｉ５０１ＣｉａｃｌａｒＮｅＳｔｍｕｔｎｏｒｎｎｖｉｒ
Ｎｕｅｉａｎｌｓｓｏｏｖｃｉｅｈａｒｎｆｒｃａａｔｒｓｉｓｍｒｃｌａａｙｉｎｃｎｅｔｖｅｔｔａｓｅｈｒｃｅｉｔｃ
ｉｕｓｔｎａｉａｏｎａｐｌａｉｇｌｍｎｒｆｗｌ
ｉ．ｔｙ
一
Ｋｅｗｏｒｙｄｓ：ｕｓｔｎｏ；ｌｍｉａｏｐｌａｉｇｆｗｌａｎｒｆｗ；ｖｌｃｔａｉｌｄｓｒｂｔｏｌｅｏｉｙｒｄａｉｔｉｕｉｎ；ｔｍｐｒｔｒａｉｌｄｓｒｂｕｉｎｅｅａｕｅｒｄａｉｔｉｔｏ
频率越大速度脉动幅值越小，但环状效应越明显；温度脉动幅度随脉动频率、普朗特数增加而减小键词：脉动流；层流；径向速度分布；向温度分布径
中图分类号：Ｌ３文献标识码：文章编号：０－０３２１）７０９－５Ｔ３Ａ１６７４（００－８００１０
第３第７期２卷
２１年７月０１
哈
尔
滨
工
程
大

纳米流体在圆管中的流动与换热实验研究

纳米流体在圆管中的流动与换热实验研究一、引言纳米流体是一种由纳米颗粒悬浮在基础流体中形成的复合流体。

由于其具有优异的热传导性能和流变特性，纳米流体在热管理、能源转换和微尺度器件中有着广泛的应用前景。

圆管是常见的传热设备，研究纳米流体在圆管中的流动与换热行为对于深入理解纳米流体的传输机制和优化圆管传热效果具有重要意义。

二、实验目的本实验旨在通过实验方法研究纳米流体在圆管中的流动与换热行为，并探讨不同参数对其影响。

三、实验原理1. 纳米颗粒悬浮液制备：选择适当的基础流体（如水或油）作为载体，将纳米颗粒加入到基础流体中，并通过超声处理使其均匀分散。

2. 流动实验：将制备好的纳米悬浮液注入到圆管中，控制不同的进口速度和温度条件，观察纳米颗粒在圆管内的运动情况。

3. 换热实验：通过加热或冷却外部介质，控制圆管的温度差，测量纳米流体在圆管内的传热性能。

四、实验步骤1. 制备纳米颗粒悬浮液：按照一定比例将纳米颗粒加入到基础流体中，并通过超声处理使其均匀分散。

2. 准备圆管实验装置：选择合适的圆管尺寸和长度，安装进口和出口温度传感器以及流速计。

3. 流动实验：将制备好的纳米悬浮液注入到圆管中，调节进口速度和温度条件，并记录纳米颗粒在不同位置处的运动情况。

4. 换热实验：通过加热或冷却外部介质，控制圆管的温度差，测量进口和出口处的温度变化，并计算纳米流体在圆管内的传热系数。

五、实验结果与讨论1. 流动行为：根据观察到的纳米颗粒运动情况，可以分析纳米流体在圆管中的流动模式和速度分布。

在高速进口条件下，可能观察到纳米颗粒的聚集现象。

2. 换热性能：通过测量进口和出口处的温度变化，可以计算纳米流体在圆管内的传热系数。

实验结果可能显示出纳米流体具有较高的传热性能，比传统流体更适用于提高圆管换热效果。

六、实验结论通过对纳米流体在圆管中的流动与换热行为进行实验研究，可以得出以下结论：1. 纳米颗粒的添加对流动行为和换热性能有显著影响。

小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究

第１期１２１００年１１月
文章编号：０１３９（００１一１５０１０ — ９７２１）１Ｏ１－３
机械设计与制造
ＭａｈｎｅｙＤｅｉｎｃｉｒｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ１５１
小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究
形细通道的应用提供参考。关键词：细通道；对流换热，动特性；ｉ流换热特性【ｓａｔｈｆｃｓｓｏｎｅｔａｉＡｂｔｃ】ｏｕｅｎｉｖｓｇｔｇｒｉｎｄｖｌｅｉｏｅｏｈｏｇｉｕｒｎｈｎｅｆｅｅｏｄｎｔｇｎｆｗｔｒｕｈｃｒｌｆｅｃａｎｌｏｐｒｌｃａｉ
ｈａｔｎｅａａｔｒｔｓｎｃｒｕａｎｈｎｅｓｒｇｔｅｘｅｉｎｓｔｅＲｙｏｄｕｂｒｗｒｖｒｅｔｒｓｒｈｒｃｅｉｉｉｌｒｅａｎｌＤｕｉｐｒａｆｃｓｃｉｃｉｆｃ．ｎｈｅｍｅｔ．ｅｎｌｓｍｅｓｅｅａ— ｈｎ
ｉｄｒｍ５０ｔ５０．ｈｗｏｈｏｆｉｎｅｔｒｎｅｎｅｏｆｃｅｔｆｒｓｔｃｉｏｅ－ｅｆｏ０００ｅｌｅｅｃｅｔｆｈａｔｓｒａｄｔｅｉｎｏｅｉａｅｔｎｒｎｏＴａｆｔｃｆｉｏａｆｈｈｃｆｉｓｎｏｔｇｌｗｅｅｂａｅ．ｅｕｔｗｒｉｔｈｉｍｔｒｄｔｅｔｒｌｆｏｆｗｒｏｔｎｄＲｓｌｅｅｇｖｎｔａｔｅｄａｅｅｎｅｌｇｈｏｉｕａｎｈｎｅｓｒｉｐｒｉｓｅｈａｈｎｆｃｃｒｅｃａｎｌａｅｍｏ－ｔｎｆｔｓｎｆｒｉｃｅｅｉｅｄａｅｅｅｒａｉｇＡｎｆｉｉｃｅｓｄｗｅｅｌｇｈｉｄｃｅｅ．ａｔａｏ．ａｄａｅｎｒａｄｗｔｔｉｍｔｄｃｅｎ．ｄｓｎｒａｅｈｎｈｎｅｒａｄｃｒｈｓｈｈｒｓｔｅｔｓｓ

圆管内对流换热过程中潜热型功能流体流动阻力特性的实验研究

第5卷第4期2006年12月热科学与技术Journa l of Therma l Sc ience and TechnologyV o l .5N o.4D ec .2006文章编号:167128097(2006)0420283205收稿日期:2006201202;　修回日期:2006209219.基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(6803001005);东南大学科学基金资助项目(9203007013,9203001337).作者简介:郝英立(19632),男,辽宁沈阳人,教授,博士,博士生导师,主要从事多相流理论与应用、微流动与传热等方面研究.圆管内对流换热过程中潜热型功能流体流动阻力特性的实验研究郝英立1,　KHAN A 2,　TAO Yong 2X 2(1.东南大学动力工程系,江苏南京　210096;2.佛罗里达国际大学机械与材料工程系,美国迈阿密　33199)摘要:实验研究了由正十四烷和尿素甲醛树脂制成的相变微胶囊和水混合制成的潜热型功能流体在流过恒热流圆管进行对流换热时的流动阻力特性,获得了压降随流速的变化关系、摩擦阻力系数和表观黏度随R e 的变化关系。

并在同样条件下用单相水进行了对比实验。

相变微胶囊的加入导致流体流动阻力较单相流体有显著增大。

管路中扰动件导致单相流体的流动阻力特性在低R e 条件下呈湍流特征;功能流体则呈不同规律,扰动仅导致流动阻力进一步增大,而流动阻力特性仍呈层流特征。

关键词:压降;摩擦阻力系数;黏度;潜热型功能流体;相变微胶囊中图分类号:O 359文献标识码:A0　引　言内部封有相变材料(m icroencap su lated p hase 2change m aterial:M CPC M )的微胶囊微粒与液体混合制成潜热型功能液固两相流体,由于相变材料在融化凝固相变过程中吸收释放潜热,而在其相变温度段具有很大的表观比热,且由于相变微胶囊对流体流动和传热的影响和与壁面的相互作用,可明显增强与流道壁面间的传热能力,是一种集储热与强化传热功能于一身的新颖材料,为换热设备的小型化开辟了新途径,在太阳能利用、航天器的热控制、电子设备冷却、换热器、采暖和空调等领域有着广阔的应用前景。

热物理实验

1
（40）
其中 Nu 即为充分发展段的 Nu 数， Nu 4.364 ， Nu x 4.364 ，如图 2 所示。热入口段长度的计算有：
( x / D) fully 0.05Re Pr
（41）
图 2 圆管流动热入口段中局部 Nu 数变化
2.2 实验系统
实验系统如图 3 所示，实验管采用一根薄壁铜管，直接通电加热，由管两端电压降 V 和通过的电流 I，得到管壁的平均热流密度。沿管道均匀敷设 5 个热电偶测量管外壁温度。为了保证管外表面为绝热条件，用绝热材料包扎实验主体段。本实验使用了 WG13-PLD-1205 型微型水泵，水流流量通过 FPR1501 系列 PTFE 液体流量传感器测量并计算，测量精度为 0.3% ，测量重复性误差在 0.2% 以内，实验中还使用了 LZJ-10F 型玻璃转子流量计作粗调，获得较为直观地流量大小。进出口压力使用了 PX409-005G5V 型号压力计测量，标准精度为 0.08% 。水流的入口温度和出口温度分别由热电偶测量，温度信号和供电加热信号用 Agilent 30970A 数据采集仪进行数据采集和处理。
（10）
对于充分发展段管长 L，管直径 d 2rs 的圆管流动，其充分发展段动量通量无净变化：

将（10）式代入，得
L
L
0
d s dx Ap
d2
4
p
（11）
L d2 8V d d x d d x 8 VL p 0 s 0 d 4
2l (two twi ) 可求出内壁温，其中铜管的热导率 398W / (m K ) ， r1 为内圆半 ln(r2 r1 )
径， r2 为外圆半径。由各点内壁面温度 twi 和对应截面的水流平均温度 tmi 根据换热公式

圆管内流体对流换热系数

圆管内流体对流换热系数
哎呀，各位看官，今儿咱来摆摆这个圆管内流体对流换热系数的事情。

说起这事儿，咱得先来点儿地方话，让这话题儿更有味儿。

咱先从四川话开始。

说起圆管内的流体对流，那就像咱们四川的火锅一样，热气腾腾，火候得刚刚好。

流体在圆管里头，就像火锅里的肉片儿，翻江倒海地翻滚着，那对流换热系数嘛，就跟火锅的辣度一样，得看个人口味儿。

再说说贵州话。

贵州的山多水多，那流体在圆管里流动，就像山里的溪水在石头缝儿里穿梭，换来换去，那对流换热系数，也得看流体的“脾气”，有时候它温温柔柔，有时候又急躁得很。

陕西方言也得来两句。

咱陕西人说话直来直去，就像那圆管里的流体，对流换热系数也是明明白白，一清二楚。

你得看准它的“性格”，才能知道它咋个换热。

最后咱们来点儿北京话儿。

北京话儿讲究个儿化音，咱就说这圆管里的流体对流换热系数，它就像北京的四合院儿，虽然外表看起来差不多，但里头儿的布局可是千差万别。

你得细细琢磨，才能摸透它的门道儿。

总之啊，这圆管内流体对流换热系数，就像咱们各地的方言一样，各有各的特点，各有各的讲究。

你得用心去听，用心去学，才能真正弄懂它。

圆管流道内可压缩交变流动传热特性分析的开题报告

圆管流道内可压缩交变流动传热特性分析的开题报告一、选题背景圆管是工程应用中最为常见的管道形式之一，广泛应用于石油、化工、电力、航空航天等领域。

以火力发电行业为例，圆管内流体的传热特性对于高效、安全地发电至关重要。

因此，研究圆管内可压缩交变流动传热特性，对于提高火力发电设备的效率和可靠性具有重要意义。

二、研究目的和意义传统的圆管内流体传热特性研究主要针对不可压缩流动情况，而在实际应用中，流体密度随温度变化而发生变化，导致圆管内流动具有可压缩性。

因此，需要深入研究圆管内可压缩交变流动传热特性。

本研究旨在分析圆管内可压缩交变流动的传热特性，研究流体密度变化对传热性能的影响，提高火力发电设备的效率和可靠性。

同时，本研究对于加深热传导、流体力学等相关领域的理论研究具有重要意义。

三、研究内容和技术路线本研究拟采用数值模拟方法，建立圆管内可压缩交变流动的数学模型，通过求解控制方程和状态方程，分析流体密度随温度变化对流动行为的影响。

具体研究内容包括：1. 建立圆管内可压缩交变流动数学模型，包括动量守恒方程、能量守恒方程和状态方程；2. 采用数值模拟方法，求解控制方程和状态方程，得到圆管内流场和温度场；3. 分析流体密度随温度变化对圆管内交变流动传热特性的影响，包括热传导、对流传热和边界层传热等方面；4. 对比分析不同工况下的传热性能，提出优化措施，以提高火力发电设备的效率和可靠性；5. 验证数值模拟结果的准确性和可靠性。

四、预期成果通过本研究，预期达到以下成果：1. 建立圆管内可压缩交变流动的数学模型，为圆管内流体传热特性研究提供基础理论和数值模拟的方法；2. 掌握圆管内可压缩交变流动传热特性的基本规律，分析流体密度随温度变化对传热性能的影响；3. 提出优化措施，以提高火力发电设备的效率和可靠性；4. 发表学术论文，向学术界和工程领域推广本研究成果。

五、研究进度安排本研究计划共分为七个阶段：1. 研究背景与综述，明确研究目的和意义，完成开题报告，时间为1个月；2. 建立圆管内可压缩交变流动数学模型，时间为2个月；3. 进行数值模拟，求解控制方程和状态方程，得到圆管内流场和温度场，时间为2个月；4. 分析流体密度随温度变化对圆管内交变流动传热特性的影响，时间为2个月；5. 对比分析不同工况下的传热性能，提出优化措施，时间为1个月；6. 验证数值模拟结果的准确性和可靠性，时间为1个月；7. 给出结论并撰写论文，时间为1个月。

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

圆形螺旋管流动和传热特性研究

圆形螺旋管流动和传热特性研究圆形螺旋管流动和传热特性研究毕业设计论文姓名：111111 学号：000000000 学院：能源与动力工程学院专业：热能与动力工程题目：圆形螺旋管流动和传热特性研究指导教师：2012 年6 月摘要摘要螺旋管在热力、化工、石油及核工业等领域得到了广泛应用，螺旋管换热器也具有结构简单、传热系数高等优点。

它的传热系数比直管高，在相同空间里可得到更大的传热面积，布置更长的管道，减少了焊缝，提高了安全性。

尽管螺旋管的流体阻力增大，压降增大，但是其传热效率的提高导致能量的节约要高于因阻力增大而消耗的能量。

因此，螺旋管在许多行业得到普遍应用而倍受青睐。

在工程应用中，由于工艺要求，往往需将流体加热至规定的温度范围，传热是其中的基本单元操作，所以有必要对螺旋管的传热与流动特性进行研究。

从理论知识我们知道由于向心力的作用，流体从管中心部分由螺旋管内侧流向外侧壁面，因而造成了螺旋管内侧的低压区。

在压差作用下，流体从外侧沿着圆管的上部和下部壁面流回内侧。

这种流动是与管的轴向垂直的，也就是与流体的主体流动相垂直，称为二次流。

流体的这种二次流与轴向主流复合成螺旋式的前进运动。

这样，对于流体的传热传质，不仅可依靠流体的径向扩散，还有径向二次流的作用，相当于边界层进行了破坏，增强了流体传质。

本文采用数值模拟的方法对圆形螺旋管的截面管进行分析，在应用FLUENT软件，对圆形螺旋管道内流体紊流流动状态下的流场进行数值模拟，分析圆形螺旋管内流场及影响因素，包括速度的分布、温度以及二次流对流场的影响。

本文首先概述了圆形螺旋管的应用背景及分析意义，对GAMBIT及FLUENT进行了简单的介绍，而后进行了分析。

通过在GAMBIT中建模以及划分网格定义边界条件，在FLUENT中设定初始条件进行数值模拟，进一步分析在紊流条件下流体在圆形螺旋管中换热的影响因素。

通过数值模拟得出了结论，入口雷诺数对圆形螺旋管的整个流场影响较大，管道内流体压降与流体流速大小成正比。

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。

液态金属钠在圆管中湍流传热特性研究

液态金属钠在圆管中湍流传热特性研究王美;巫英伟;田文喜;苏光辉;秋穗正【摘要】The high Reynolds number k-εmodel and wall function method were applied to compute numerically the turbulent heat transfer characteristics of liquid sodium flow in a cylinder tube .The numerical results are in good agreement with some experimental results in open literatures .M eanw hile ,the effects of turbulence and heating conditions on the heat transfer characteristics of liquid sodium were studied by applying this method .The analysis results indicate that the influence of the turbulence is mainly reflected in the forepart of the tube . As the molecule diffusion effect plays a more important role in the middle and posterior part , the heat transfer difference between different turbulence flows reduces gradually .The initial temperature and heat flux have little effects on heat transfer characteristics .%采用高Re k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在圆管中湍流传热特性进行数值计算，并与文献实验结果进行了比较，计算值与实验结果符合较好。

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。

百叶窗翅片圆管换热器肋侧传热和流动特性数值研究

百叶窗翅片圆管换热器肋侧传热和流动特性数值研究百叶窗翅片圆管换热器肋侧传热和流动特性数值研究摘要：百叶窗翅片圆管换热器被广泛应用于许多工业领域，对其传热和流动特性的研究具有重要意义。

本文通过数值模拟的方法，对百叶窗翅片圆管换热器的肋侧传热和流动特性进行了研究。

通过计算流体力学（CFD）模拟，针对不同的流体和几何参数，分析了肋片高度、肋片间距、肋片角度和入口速度等因素对换热性能和压降特性的影响。

研究结果表明，肋片高度和肋片间距对换热性能具有显著影响，随着肋片高度和肋片间距的增加，换热能力提高；肋片角度对换热性能和压降特性也有一定的影响，适当的肋片角度可以提高换热效果并降低压降；而入口速度对换热性能和压降特性的影响较小。

本研究结果为百叶窗翅片圆管换热器的设计和优化提供了一定的理论依据。

关键词：百叶窗翅片圆管换热器；肋侧传热；流动特性；数值模拟1. 引言百叶窗翅片圆管换热器是一种传热效率较高的换热设备，广泛应用于空调系统、工业生产过程中的热交换和回收等领域。

其性能的优劣直接影响着系统的能效和运行效果。

因此，对百叶窗翅片圆管换热器的性能进行深入研究具有重要意义。

2. 数值模拟方法本研究采用计算流体力学（CFD）方法对百叶窗翅片圆管换热器进行数值模拟。

首先，采用CAD软件建立三维模型，然后利用网格生成工具对模型进行网格划分，得到计算域。

接下来，根据换热器的几何和工况参数，设置边界条件和模拟参数，并进行求解计算。

最后，通过后处理得到换热器内的流动和传热特性。

3. 结果与分析3.1 肋片高度和肋片间距对换热性能的影响通过数值模拟计算，得到了不同肋片高度和肋片间距条件下的换热性能。

结果显示，随着肋片高度的增加，换热性能也相应提高；当肋片间距适当增加时，换热性能也有所改善。

这是因为较高的肋片可以增加管壁与流体之间的接触面积，从而提高热交换效率。

而较大的肋片间距可以减小换热器内的压降，改善流动性能。

3.2 肋片角度对换热性能和压降特性的影响数值模拟结果显示，肋片角度对换热性能和压降特性也有一定的影响。

水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析

水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析李庆领;杨广志;李涛【摘要】By means of combining experiment with numerical computation, the heat exchange process with natural convection over horizontal circular pipe in large space was investigated It was found by the experiment that the heat exchange coefficient would increase with the temperature rising on the outersur-face of the pipe. Experimental correlation of natural convection heat exchange was fitted by using experimental data. The natural convection heat transfer of horizontal circular pipe was numerically analyzed on the platform of Fluent The result showed that the intensity of the natural convection heat exchange would be decided by the temperature difference between pipe wall and ambient air; the bigger the temperature difference was the faster the natural convection flow is and the bigger the maximum flowing velocity would be. The continual rising airflow would be formed around the pipe, which was drived by the uplift due to the temperature differences.%通过实验与数值计算相结合的方法,对大空间水平圆管的自然对流换热过程进行研究.实验得出圆管自然对流换热系数随管壁温度的升高而增大,并拟合了实验条件下的自然对流换热实验关联武.以Fluent为平台,对水平圆管在大空间内的自然对流换热进行数值分析.结果表明,自然对流换热强弱取决于圆管壁面与周围流体温差的大小,温差越大,自然对流流动发展越快,最大流速越大,圆管周围空气在温差产生的浮升力驱动下形成不断上升的气流.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2013(039)002【总页数】4页(P43-46)【关键词】水平圆管;自然对流换热;Fluent;数值模拟【作者】李庆领;杨广志;李涛【作者单位】青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061【正文语种】中文【中图分类】TK124大空间内水平圆管外表面的自然对流换热是日常生活与工业生产中普遍存在的现象，国内外学者针对这一问题进行了大量的研究，李远涛［1］对水平圆管自然对流换热进行了实验和数值模拟研究，对比并得出了最佳的经验公式，分析了自然对流换热流场与温度场的影响因素；王晓云［2］通过实验分析了辐射传热在水平圆管自然对流换热中的比重以及圆管周围的温度分布情况；朱进容［3］基于激光横向剪切干涉测试装置研究了大空间水平恒温圆管的自然对流换热，拟合出新的平均努赛尔数准则关系式，并通过Fluent对二维和三维水平圆管自然对流换热进行了数值模拟分析.对于水平圆管自然对流换热的研究，主要以实验分析与解析计算为研究手段，随着计算机技术的发展，仿真模拟逐渐成为了研究自然对流换热的主要手段，但模拟分析往往只是给出模拟结果，缺少对整个对流换热过程的直观表达，因此本文运用实验与模拟相结合的分析方法，借助模拟软件，通过模拟结果云图直观的分析了大空间水平圆管自然对流换热气流流场发展过程.1 自然对流换热实验1.1 实验设备与方法外径50 mm，厚度10 mm，长1 400 mm的钢管；DALLAS 18B20型温度传感器；实验装置简图如图1所示.图1 水平圆管自然对流实验装置简图Fig.1 Schematic diagram of experimental facility for natural convection heat exchange over horizontal circular pipe 实验在封闭大空间室内进行，实验圆管上共设置6个温度传感器焊点，考虑到电加热管可能存在加热不均匀或偏心等情况，焊点分别在轴向等距分布，同时在圆周方向等角度分布，分布情况见图1.实验在8个不同的加热功率下进行，每个加热功率下持续加热6 h，当水平圆管上6个测温点测得的温度稳定不再变化时记录温度值.1.2 实验数据计算1.2.1 自然对流换热系数的计算实验时室内温度为290.5 K，实验所测的圆管管壁温度见表1.表1 不同加热功率下的管壁温度Tab.1 Temperatures of pipe wall heated with different heating powers加热电压／V加热功率／W实验测量温度／K T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6平均测量温度／K 30 10.5 295.1 296.1 295.9 295.6 295.8 295.6 295.7 50 30.0 303.1 304.2 303.6 303.4 303.7 303.3 303.6 80 74.4 315.7 316.3 316.0 315.9 316.1 315.7 316.0 100 121.0 326.2 327.1 326.6 326.3 326.5 326.6 326.6 125 190.0 341.7 342.2 342.0 342.1 342.3 341.9 342.0 150 256.5 355.8 356.7 356.2 356.2 356.6 356.4 356.3 170 334.6 371.2 371.9 372.5 373.7 374.3 373.9 372.9 190 439.7 392.2 393.3 394.2 393.8 394.0 393.9 393.6根据大空间水平圆管自然对流换热的计算公式得到了实验条件下空气的自然对流换热系数随温度的变化规律，如图2所示.图2中空气的自然对流换热系数随着圆管壁面温度的升高而逐渐增大，但前段的自然对流换热系数的增长幅度要远大于后段.因为在管壁温度较低时，固体管壁与周围空气之间温差较小，自然对流换热较弱.又由于圆管表面氧化严重，黑度较大，在小温差条件下辐射换热所占比重较大，但随着管壁温度的升高，管壁与周围空气之间的温差不断变大，自然对流换热也逐渐成为主要的换热方式.图2 空气的自然对流换热系数随管壁温度变化曲线Fig.2 Variation of natural convection heat exchange coefficients vs pipe wall temperature1.2.2 实验关联式的拟合根据相似原理，对流换热的实验数据应表示成相似准则数之间的函数关系.根据实验数据计算得到的瑞利数Ra的数值范围摘选了2个已有研究得到的实验关联式［4-5］进行对比分析：公式中的格拉晓夫数Gr与普朗特数Pr均根据本实验获得数据计算，以不同管壁温度下的瑞利数Ra为横坐标绘制了不同实验关联式下努塞尔特数随瑞利数变化的曲线，如图3所示.图3 不同实验关联式时努塞尔特数随瑞利数的变化曲线Fig.3 Variation of Nusselt number with Rayliegh number in case of different experimental correlativity计算对比发现，不同实验关联式计算结果之间存在不同程度的偏差.分析认为是由于实验条件的限制、计算的误差以及对定性参数的选择不同，使得所得到的实验关联式针对性较强，很难获得统一的实验关联式.由于上述公式不能准确地表征本实验的自然对流换热特性，因此根据实验数据拟合得到了适合本实验瑞利数范围的大空间水平圆管自然对流换热的实验关联式：2 大空间水平圆管自然对流换热的数值分析2.1 自然对流换热问题的数学描述自然对流换热是较复杂的过程，为了简化分析，首先对模型进行了假设：1）流动为二维流动；2）流体为不可压流体；3）流体为常物性，并且无内热源；4）忽略黏性耗散产生的耗散热.因此得到的自然对流控制方程式为［4，6］：质量守恒方程：动量守恒方程：能量守恒方程：2.2 几何模型的建立与数值模拟过程通过ICEM CFD建立了数值模拟的二维几何模型.模型为宽200 mm，高1 000 mm的矩形，圆管直径为50 mm，位于中心位置，网格划分结果如图4所示.图4 几何模型的网格划分Fig.4 Meshing of geometric model实际情况下，自然对流是由于温度差引起密度差从而产生浮升力推动空气运动的现象，实质属于可压缩流动.但在Fluent中对于温差较小的流动分析，气体模型采用Boussinesq近似便可得到较好的模拟结果.Boussinesq近似是将动量方程中浮力项中的密度定义为时间的函数ρ＝ρ0［ 1-β（t- t 0）］，而能量与质量方程中的密度则视为常量［7］.圆管管壁为恒壁温边界条件，由于瑞利数范围在105左右，因此时间步长取0.000 1即可.2.3 数值模拟结果与分析2.3.1 温差对自然对流换热的影响分析通过Fluent模拟了不同实验壁温下的自然对流换热，在模拟结果中计算了努赛尔特数，如图5所示.与实验计算得到的努赛尔数相比，在温差较小时实验结果与模拟结果相差较小，但温差大于40 K时，模拟结果较实验结果有所偏差，说明Boussinesq近似在小温差下能够得到较为准确的结果，在大温差下模拟结果与实际结果稍有差异，但所建立的模型能够准确表征水平圆管的自然对流换热.图5 实验与模拟得到的努赛尔数Fig.5 Nusselt number obtained from experiment and numerical simulation模拟结果选择了管壁温度不同但自然对流流动发展时间相同的两个壁温条件下，圆管上方空气在y方向上的速度分布云图作为对比对象，如图6所示.其中T TW表示管壁温度，ΔT 表示管壁与周围空气之间的温差.两者温差差距较大，能够用以分析温差对自然对流换热的影响.通过模拟结果的对比可以充分证明温差是决定自然对流换热强弱的重要因素.管壁与周围空气之间温差越大，圆管上方空气运动越剧烈，流动发展越快，这与实验部分自然对流换热系数的变化规律相一致.图6 不同温差相同时间间隔下圆管上方空气流动云图Fig.6 Nepho-gram of air flow above horizontal circular pipe for different temperature differenceand same time interval2.3.2 圆管自然对流换热气流流动的发展分析如图7a所示，圆管自然对流气流流动的发展首先从近壁处开始，近壁处的空气受管壁加热温度上升，密度减小，从而产生浮升力推动空气运动，黏性力作用使得近壁处空气附着于管壁并沿管壁向上流动，圆管近壁处的空气受热后不断上升向圆管上方汇集流动，在黏性力作用下对空气上升的速度影响最小的圆管侧面空气流速处于最大，在继续上升过程中因黏性力作用而下降.管壁周围空气沿管壁向上流动并在圆管上方汇集，推动圆管上方空气向上流动，圆管上方空气受热产生密度差引起浮升力，伴随着两端气流的推动而向上运动，这导致管壁周围会出现极小的负压区，如图7b所示.压差的存在使周围未受热空气不断涌向圆管，管壁加热吸入的空气使其上升，如此往复便形成了自然对流，如图6所示，气流不断向上流动形成气流柱.上升气流通过摩擦带动两侧停滞的空气向上运动，但气流上方空气密度大，且远离圆管不会被加热，因此上升气流会将上方密度较大空气推向两侧，同时气流的上升使得气流下方压强降低，压差又会迫使两侧空气向气流中心汇聚，被推动的密度较大的空气在压差和自身重力的影响下会出现向下的回流，因此在上升气流两侧会出现回流漩涡，如图7c所示.图7 自然对流气流流动的发展过程Fig.7 Development of air flow due to natural convection3 结论1）自然对流换热系数随管壁温度的升高而增大，根据本实验条件拟合出了该实验条件下的实验关联式.2）自然对流换热强弱取决于高温固体壁面与周围流体温差的大小，温差越大，自然对流流动发展越迅速，流动越剧烈，最大流速越大，在温差驱动下形成上升气流，并由于压差的作用在上升气流两侧形成漩涡.参考文献：［1］李远涛.横管表面自然对流传热特性的实验分析与数值模拟［J］.长春工程学院学报，2010，11（1）：64-67.［2］王晓云.自然对流状态下横圆管管壁温度圆周方向分布［J］.哈尔滨工业大学学报，2004，39（6）：1282-1284.［3］朱进容.水平圆管自然对流换热的剪切干涉测温数值和实验研究［D］.武汉：华中科技大学，2011.［4］杨世铭，陶文铨.传热学［M］.4版.北京：高等教育出版社，2006：263-269.［5］ CHURCHILL S W，CHU H H S.Correlating equations for laminar andturbulent free convection from a vertical plate［J］.Int J Heat Mass Transfer，1975，18：1049-1053.［6］ KAYS W M，CRAWFORD M E.Convective heat and mass transfer ［M］.Second Edition.New York：McGraw-Hill Book Company，1980：387-389.［7］宋姗姗，郭雪岩.Boussinesq近似于封闭腔体内自然对流的数值模拟［J］.力学，2012，33（1）：60-67.。

周向非均匀受热圆管内充分发展段的对流换热研究

周向非均匀受热圆管内充分发展段的对流换热研究近年来，随着工业制造技术的不断进步以及能源利用的日益重视，对流换热作为一种重要的传热方式受到了广泛关注。

在工程实际中，很多设备或系统都涉及到对流换热现象，其中就包括圆管内的对流换热。

圆管内的对流换热在工业生产中具有重要的意义，例如在核电站中，圆管内的对流换热是核反应堆中燃料棒的重要散热方式；在石油化工行业中，圆管内的对流换热是化工反应器中的重要散热方式。

因此，对于圆管内的不均匀受热条件下的对流换热特性进行全面深入的研究具有非常重要的意义。

首先需要了解的是圆管内不均匀受热的原因。

圆管内不均匀受热可能源自于外部热源的不均匀散热，也可能源自于管壁本身的材料或结构不均匀。

在实际工程中，不均匀受热是不可避免的，因此对于圆管内不均匀受热条件下的对流换热特性进行研究具有重要的实用价值。

圆管内的对流换热是一个复杂的传热过程，受到多种因素的影响。

在不均匀受热的情况下，对流换热过程将变得更加复杂。

不均匀受热会导致流体温度、速度和压力等参数的非均匀分布，从而影响对流换热的传热特性。

因此，对于圆管内不均匀受热条件下的对流换热特性进行深入研究，有助于揭示对流换热机理，提高传热效率，优化工程设计。

对于圆管内不均匀受热条件下的对流换热研究，可以从数值模拟和实验研究两个方面进行。

数值模拟方法可以利用计算流体力学（CFD）软件对流场和温度场进行仿真，揭示不均匀受热条件下流体的流动和传热特性。

而实验研究可以通过搭建实验平台，利用热像仪、热电偶等仪器对圆管内的温度场进行实时监测，获得对流换热的实验数据。

通过数值模拟和实验研究两种方法，可以深入了解圆管内不均匀受热条件下的对流换热特性。

研究结果可以为相关工程提供理论依据和技术支持，为优化工程设计、提高传热效率提供重要参考。

综上所述，对于圆管内不均匀受热条件下的对流换热研究是具有重要意义的。

通过深入研究圆管内的不均匀受热条件下对流换热特性，可以为工程实践提供重要的理论支持和技术指导。

水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析

第３９卷第２期
２０１３年４月
兰
州
理
工
大
学
学
报
ＶｏＬ３９Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＬＩＱｉｎｇ－ｌｉｎｇ，ＹＡＮＧＧｕａｎｇ－ｚｈｉ，ＬＩＴａｏ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０６１，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＦｌｕｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｎａｔｕｒａｌｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｗｏｕｌｄ
圆警在大空间内的自然对流换热进行数值分析．结果表明，自然对流换热强弱取决于圆管壁面与周围流体温差的大小。温差越大，自然对漉流动发展越快，最大流速越大，圆管周围空气在温差产生的浮升力驱动下形成不断上升
的气流．
关键词：水平圆管；自然对流换热；Ｆｌｕｅｎｔ；数值模拟

传热换热器内部流动特性与传热性能研究

传热换热器内部流动特性与传热性能研究随着工业技术的快速发展，传热换热器作为热工设备中的重要组成部分，广泛应用于各个领域。

传热换热器的内部流动特性和传热性能的研究对于提高设备的效率、节能减排以及工业生产的可持续发展具有重要意义。

本文将就传热换热器内部流动特性和传热性能的研究进行探讨。

传热换热器的内部流动特性是指传热介质在换热器内部的流动状态和规律。

内部流动特性的研究包括流态分布、速度场、压力降和流动稳定性等方面。

在传热换热器的设计和优化中，准确地了解流动特性对于提高设备的效率和性能至关重要。

流态分布是传热换热器内部流动特性的重要方面。

在不同的传热器中，传热介质可能处于液态、气态或两相流动状态。

流态分布的研究可以帮助我们了解传热介质在不同条件下的分布规律，进而优化传热器的结构和参数。

例如，在蒸发器中，流态分布的研究可以帮助我们设计合理的螺旋翅片管布置方式，以提高传热效率和均匀性。

速度场是传热换热器内部流动特性的另一个重要方面。

传热介质的速度场分布直接影响传热性能和传热器的效果。

通过对速度场的研究，可以控制和改善流体的流动状态，从而优化传热器的传热性能。

例如，在一些多通道式传热器中，通过优化管道间的速度分布，可以增加传热面积和传热效率。

此外，压力降和流动稳定性也是传热换热器内部流动特性的重要内容。

压力降是流体在传热器内部流动时受到的阻力损失，它直接影响着设备的能耗和运行成本。

流动稳定性则是指传热介质在换热器内部的流动是否稳定和可控，稳定的流动状态有助于提高传热器的效率和寿命。

因此，在传热换热器的设计和运行过程中，需要充分考虑压力降和流动稳定性的影响。

除了内部流动特性，传热性能的研究也是传热换热器研究的重点。

传热性能通常由传热系数和传热效率来描述。

传热系数是指传热介质在单位时间内传递的热量与单位面积的温度差之比，它直接反映了传热介质的传热能力和传热器的效果。

传热效率则是指传热器传递的热量与传入传出介质的热量之比，它是评估传热器能量利用率的指标。

011-水平圆管内浆氢的流动与传热特性数值模拟研究

0 引言
液氢是一种高能低温液体燃料，由于其具有高比冲，无污染的优点，目前已广泛用于发射通讯卫星、宇宙飞船和航天飞机等运载火箭中，可以获得比常温推进剂高30%~40%的比冲[1]。但是液氢作为高能燃料也有明显的缺点，一方面是液氢的密度很低，需要较大的储存体积从而导致火箭重量的增加；另一方面是液氢单位体积的显热较小，在航天器长期运行过程中，漏热会使储箱中的液氢气化导致内部压力升高，需要将产生的气氢进行排除，增大了装置设计的难度并会对燃料造成浪费。为了改善液氢的缺点，提高其利
应力张量，对于液相有：
l

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(3)
而固相符合拟流体假设，其应力张量 s 由颗粒碰撞产生的随机粒子运动引起：
2016 年第九届全国制冷空调新技术研讨会论文集
s
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vs T

2 vs I
的体积分数、密度及速度矢量。
1.2 动量守恒方程

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iP i i i g FD,i FL,i Ftd,i m qivq m iqvi
(2)
其中 FD,i 为曳力，FL,i 为升力，Ftd,i 为湍流扩散力，右侧最后一项代表相间质量传递引起的动量传递，为
浆氢作为一种过冷低温推进剂，在输送管道内流动时外部漏热对其有较大影响。因此，对浆氢在管内流动与传热特性的研究是十分必要的，但是由于氢的可燃性，使得浆氢实验的研究成本高，难度大，且存在极高的安全风险。而通过数值模拟进行研究则可以有效避免这些问题，且可以得到浆氢在管内流动与传热的详细信息，从而为浆氢的实验及应用提供指导。Ohira[7]等人以欧拉-欧拉两相流模型为基础对浆氢和浆氮在水平圆管内的流动与传热过程进行了数值模拟，研究了流速、固相浓度的影响，认为浆体的流型对其温度分布有一定影响，并比较了浆氢与液氢的平均换热系数，发现浆氢在低流速的情况下换热增强更加明显，但在其模型中仅考虑了固液相之间的作用力，而忽略了固相颗粒间的碰撞以及固相与壁面间的碰撞作用力。张和石[8]则是在欧拉-欧拉模型的基础上加入颗粒动力学模型，考虑颗粒间以及颗粒与壁面间的碰撞，从流速、管径和浓度方面对浆氢在水平圆管内的流动特性进行了研究。本文在张和石[8]的基础上更进一步结合两相间的传热传质，考虑固氢在加热情况下的融化，对浆氢在水平管内的流动与传热特性进行数值模拟研究，从流速、壁面热流密度和颗粒直径方面对浆氢在管内的换热特性进行研究，以期能为氢浆的研究利用提供有用信息。