内插梯形扰流片矩形通道内涡流和传热特性

针对光滑窄矩形通道内简谐脉动流层流-紊流(re范围为750~4450)过渡特性进行实验研究。研究发现,脉动流加速阶段,摩阻系数大于稳态摩阻系数,而在减速阶段摩阻系数小于稳态摩阻系数。womersley数对层流-紊流临界re有显著影响,在脉动流加速阶段,临界re随womersley数的增大而减小,而在脉动减速部分则相反。通过实验拟合出一适用于预测临界转捩点的经验公式,且与稳态有着良好的衔接。

针对简谐脉动层流条件下矩形通道内的阻力特性进行理论和实验研究。基于脉动条件下矩形通道内层流流动的数学模型,分析了脉动周期、脉动振幅等因素对摩阻常数的影响,并进行实验验证。结果表明:脉动层流摩阻常数与脉动周期、脉动振幅、通道高宽比和流体性质有关;层流摩阻常数理论值与实验值相吻合,脉动周期越小或相对振幅越大,层流摩阻常数的峰值越大、谷值越小,层流摩阻常数脉动的幅度越大。

对水平放置矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性进行了实验研究。通过实验获得了不同周角下的气弹演变过程和局部流动特征,结果表明,其流动特性会随着螺旋周角位置的变化而变化。根据实验数据分析发现,同一工况下,不同转角气弹的运动速度、频率和长度分布不尽相同。重力和离心力的相对大小决定着内外壁面液膜的厚度,给出了同一条件下,不同时刻的液膜厚度的演变过程。最后对下降液膜的运动速度展开了分析研究,在螺旋上升过程中,液膜下降速度逐渐减小,在螺旋下降段,液膜速度明显增大。

以垂直向上窄缝矩形通道内去离子水为流动介质,对单相等温流动及恒热流密度条件下的单相传热进行了实验研究。结果表明,窄缝矩形通道内的单相等温流动特性及单相传热特性并未偏离常规尺度通道内的相关规律,采用经典理论解或关系式能获得较好的预测结果。

对耦合了热辐射的垂直矩形通道内的混合对流情况进行了实验研究和数值模拟分析。研究表明:空气在通道内向上流动时,随着浮升力作用的增大,对流换热能力表现出先减小后增强的趋势;热辐射在换热过程中起着重要的作用,并随着对流换热能力的减弱而增强。数值模拟在浮升力影响较小时可以给出较好的结果,当浮升力影响比较大时,数值模拟计算的结果与实验有较大的偏差。

采用声学多普勒流速仪adv,对矩形水槽中梯形边墩周围水流紊动特性进行系统的试验研究,并对紊动强度3个方向分量进行了较深入的分析。根据试验数据,通过对柱体周围不同垂直面上紊动强度的分析对比,得出行进水流受到边墩的影响程度,在柱体上游,受到柱体挤压,紊动强烈;在柱体下游,水流从柱体分离,形成逆向回流,紊动强度增大,垂向紊动强度很小,可以忽略。实验可为研究水流紊动结构及桥梁梯形边墩的紊动特性提供验证资料。

文章采用激光影像放大系统,对垂直放置的100μm×800μm矩形微通道内气液二相流流型进行了实验观测和研究,实验物系为乙醇-空气体系。根据实验结果绘制出流型转换图,并进行了分析和讨论。实验观测到弹状流、液环-弹状流、液环流、液环-分层流、分层流和波状流,而未观察到气泡直径小于微通道内径的气泡流,其中稳定的分层流文献中尚未见报道。

采用在管道增加梯形开口节流片的方式,使高压水流形成螺旋流,达到消能减压的目的。研究了梯形开口节流片消能装置沿程水头变化、节流片在不同转角和雷诺数下的消能效率,结果表明:梯形开口节流片消能装置后压力明显降低,该部位为消能的主力区且有较好的消能效果;梯形开口节流片在相同开口情况下,消能装置的消能效率随节流片之间扭转角度的增大而增大,随主管道水流雷诺数的增大而增大;利用梯形开口节流片消能装置能有效消除管道中的多余能量,通过调节节流片之间的扭转角度来控制消能装置的消能效率是可行的。

采用ansyscfx商用软件对带肋矩形直通道内的冷却空气换热特性进行了数值计算,并与文献[4]的实验数据进行了对比,分析了雷诺数re和肋片角度对努塞尔特数nu的影响。结果表明:nu数计算平均值与实验值的变化趋势一致,但计算结果大于实验值;由于肋片的扰流作用,在两个肋片之间的壁面区域产生了两个旋涡,强化了冷却空气与固体壁面的换热;随着re数的增大,nu数增大,平均摩擦阻力系数也增大;当肋片角度在45°～60°之间时,冷却通道的强化对流换热效果最好。

以氮气和水为实验介质,利用高速摄像机对水力直径为1.15mm的矩形小通道内的气液两相垂直向上流动特性进行可视化研究,依次得到泡状流、弹状流、搅拌流和环状流4种典型的流型图像。针对小通道内气泡之间相互无遮掩性的优势,运用图像处理技术对流型图像分形增强,检测气泡边缘并填充后根据提出的气相体积模型,得到两相流动的含气率。结合实验数据,根据分液相reynolds数把流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对chisholm关系式进行修正,结果表明:修正后的压降模型能较好地预测本文实验结果。

通过建立数学模型,对大宽高比矩形通道单相低频脉动层流流动特性进行了分析。研究结果表明:低频率流量脉动未引起流体的速度分布变化,压降与流量间存在相位差,相位差仅与通道窄边尺寸、流体粘性及脉动周期相关。脉动周期及流体粘性越大,相位差越小;窄边尺寸越大,相位差越大。通过建立模型对上述现象进行了分析。

对水力直径90.6μm、宽深比9.668的矩形硅微通道中的流动冷凝过程进行了可视化研究。研究发现,宽矩形硅微通道中的冷凝,沿程主要有珠状-环状复合流、喷射流和弹状-泡状流等流型。在珠状-环状复合流区,冷凝液膜可覆盖通道竖直侧壁,而在通道长边上,仍然为珠状凝结。喷射流位置随着入口蒸气reynolds数的增大而延后,通道截面形状对流动冷凝不稳定性也存在很大影响。喷射流之后为弹状-泡状流,弹状气泡沿程逐渐缩短,并在表面张力的作用下收缩成圆球形气泡。冷凝通道的平均传热系数将随着入口蒸气reynolds数的增大而增大。

本文以去离子水为工质进行实验,研究垂直矩形窄通道换热特性。采用单侧壁面加热,改变工质流动参数,分析沿流动方向的壁面温度分布特性和测温点处的局部换热系数。实验表明:以对流沸腾为主的阶段,换热系数随着质量流速的增加而增加,入口温度对于换热系数基本没有影响;当干度χ0.1时,换热系数随着干度的增加而基本保持不变。以核态沸腾为主的阶段,换热系数随干度的增加而略微上升,随入口温度的升高而增加。

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态n-s方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式adams-bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.

运用数值计算的方法将流动方向扰流圆柱排列密度对涡轮叶片尾缘冷却通道中流动传热的影响进行了三维数值研究。研究了流动雷诺数、流动方向圆柱排列密度对肋柱扰流矩形通道表面传热影响的规律。计算结果表明:在研究范围内,肋柱表面的平均nu均随着re的增大而增大。在re相同的情况下,随x/d取值的增大,肋柱表面平均nu有所减小。nu在通道进口附近逐渐增加,然后达到充分发展值。传热在迎向流动方向的圆柱侧较强,在流动向背侧表面传热较弱。沿圆柱高度方向在中部传热较强。

常压下,以空气和水为工质,对宽高比不同的两个矩形通道内两相流动摩擦阻力特性进行了研究,并对常规通道和微小通道内两相压降的计算模型进行了验证和评价。结果表明:传统的常规通道经验关系式并不适用于窄矩形通道中的压降计算;基于微小通道的计算方法中,lee-lee模型与实验值符合程度较好,但在一定的参数范围内仍存在较大误差。提出基于chen模型的chisholmc系数方法的修正关系式,式中综合考虑了矩形通道宽高比、全液相雷诺数和l-m参数对chisholmc系数的影响,修正关系式与实验值符合较好。

通过实验与三维数值模拟相结合的方法,对内置螺旋线圈平行平板通道的流动及传热特性进行了研究,发现相对于无扰流填充物的平板通道,螺旋线圈的应用能够显著地强化传热,相同re数下nu数增幅为29%~141%,相应地阻力系数增幅为26%~175%。数值模拟的结果显示,流体受螺旋线圈的诱导可产生多纵向涡流动,增强了速度在垂直于壁面方向的分量,同时导致温度场发生明显改变,使得速度场与温度梯度场的协同性能得到提升,从而强化了传热。在700<re<7500的范围内,通过对流动换热综合性能参数的比较发现,在re数较小时,强化传热后换热效果的提升要大于流动阻力的增加,而在re数较高时则相反。

对微矩形沟槽热管的传热极限进行数学建模,并通过实验讨论分析热管工质物性群数nl、几何结构群数ge和重力比数hg三者对其传热极限的影响作用。研究表明,qc与ge和hg呈近似指数增长变化,而与nl成线性增长关系。热管运行于较高温度、合理的几何结构和有效利用重力的辅助作用,可明显提高热管的传热能力,同时也证明了该传热极限模型的正确性。

对宽度为1和0.1mm竖直矩形细通道内的沸腾换热展开研究,通过数值模拟的方法探索汽泡生成、长大和脱离的过程;用几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响,计算中考虑了重力、表面张力和壁面黏性的作用。发现:通道宽度的不同对汽泡生长方式和汽泡形态产生很大影响,并由此导致临界热流密度的变化;表面张力在细通道沸腾换热过程中所起的作用要远远大于重力;随着通道尺寸的减小,沸腾换热系数明显增大,证明了细通道有强化换热的作用;由于数值计算中进行的理想化假设,导致数值模拟的沸腾换热系数比现有细通道沸腾换热实验数据普遍偏高。

可视化研究窄缝通道内汽泡生长和脱离对于揭示窄缝通道内的沸腾传热机理具有重要意义。本文采用高速摄影仪从宽面和窄面可视化观察了常压条件下矩形窄缝通道内汽泡核化生长和脱离规律。研究结果表明,汽泡在核化点生长时,汽泡底部与加热面存在一小的接触面,总体而言,汽泡在生长过程中基本呈球状。在相同热工参数下,不同核化点处汽泡生长规律基本相同,但汽泡脱离直径相差较大。窄缝通道内汽泡生长速率小,脱离时间较长,可采用修正的zuber公式预测窄缝通道内汽泡生长直径。在同一拍摄窗口内,统计分析了热工参数对汽泡平均脱离直径的影响规律。随热流密度的增加,汽泡平均脱离直径减小;随入口欠热度的增加,汽泡平均脱离直径减小;随主流速度的增加,汽泡平均脱离直径减小。

在建设工程领域，矩形柱和矩形梁都是常见的结构元素。本文将对矩形柱和矩形梁进行对比，从材料、设计、施工等方面进行详细说明，以帮助读者更好地理解和应用这两种结构元素。

根据试验测得的矩形渠道在不同流量、不同闸门开度情况下的闸前流速、水深、流量数据和计算的闸前各断面的动能修正系数,对闸前流速分布规律进行了研究,结果表明:在同一闸门开度、同一流量下,随着距闸前距离的增大,动能修正系数减小,即流速分布越来越均匀;在同一闸门开度、同一断面下,随着流量的增大,动能修正系数增大,即流速分布越来越不均匀;在同一断面、同一流量下,随着闸门开度的变大,动能修正系数变小,即流速分布越来越均匀。