近壁串列双圆柱绕流是研究强化传热的典型模型之一,在动力工程领域有着广泛的应用。针对该模型中特有的流动传热特性进行了研究,重点分析了局部区域的强化传热机理。结果表明壁面传热在两圆柱附近的区域出现不同程度的增强,在Re=400时第二个圆柱影响区域3≤x/D≤5的强化效果最好。进一步分析强化传热的形成原因,-1≤x/D≤1区域的强化传热主要由流动加速效应引起;3≤x/D≤5区域的强化传热主要由第一个圆柱尾流的低频自激振荡效应与流动加速效应的共同作用引起。深入研究这一共同作用,得出第二个圆柱附近的流动不稳定性与传热不稳定性的相互影响是局部强化传热的根本原因。

研究了复合台阶绕流中典型旋涡和壁面传热之间的关联性机理。通过PIV实验对所用的数值模拟方法进行了验证。从瞬态和时均两方面分析了早期过渡流区域复合台阶绕流的传热特性。结果表明从层流到早期过渡流壁面的时均传热随雷诺数呈现出非线性的增长趋势,同时台阶底面局部区域的流动传热出现了非相似性。为了理清上述传热特征的形成原因,对一个振动周期里典型旋涡的形态特征和演变规律进行了分析,发现旋涡再附着冲击角γ,近壁冲击流速Ω和旋涡流向长度Lv是影响传热的三个关键因素。一般情况下,壁面传热随着γ和Ω的增大而增大。

为研究过渡流下(Re=700)内插圆柱对后向台阶流动及传热特性的影响,并尝试找出强化台阶底面换热的最佳圆柱位置,建立二维数值计算模型。采用Fluent设定控制方程和边界条件进行数值模拟,并搭建后向台阶闭式循环水槽试验台,在相同工况下通过PIV进行可视化流动实验,验证数值计算的可靠性。结果表明Re=700时,圆柱的位置会影响回流区进而影响台阶底面的传热能力;当内插圆柱的横向位置Xc/S=0.6、纵向位置为Yc/S=1.0时,底面传热效果最好,与无内插圆柱工况相比,传热效果提高约112%,而压降只增加45%。

后向台阶绕流是包含丰富流动现象的典型分离再附流动,在工程中应用广泛。这里针对过渡流下后向台阶绕流低频脉动特性对传热的影响展开研究,重点分析了主回流区再附着点下游传热得到强化的原因。结果表明过渡流下的低频脉动特性诱导流动在壁面附近形成旋涡,这些旋涡的运动破坏了速度边界层的均匀发展,同时加强了冷热流体的混合,从而强化了底面传热,再附着点下游局部区域的传热比层流时提升了3倍以上。随着雷诺数的继续增大,近壁旋涡的形态发生变化,促使流体冲击壁面的角度增大,低速回流范围减小,从而进一步强化了底面传热。

对半导体制冷片进行了稳态传热分析,对半导体制冷风冷式散热片的底座厚度、翅片长度、翅片厚度、翅片数目、翅片顶端厚度等结构进行ANSYS模拟分析优化,并通过实验对比得出风冷式、水冷式散热的半导体制冷效率与传统压缩机制冷效率的区别;同时,通过改变风冷式散热半导体制冷的风扇功率、散热片结构等分析优化了半导体制冷的散热模式。

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性能又是将冰浆介质应用于实际工程的最为重要的基础资料。在对冰浆流体的换热情况做出一些假设的前提下，利用等效比热描述冰晶粒子融化吸收潜热，建立了管内湍流冰浆的传热模型。运用有限差分的方法，对所得的离散方程进行了求解，从而得到了定热流状态下圆管内湍流冰浆流体的传热特性。计算数据表明，随着含冰率和流速的增大，对流换热系数增大，换热性能得到加强。

介绍了一种强制变相强化传热系统。在恰当工况下，将泵、压缩机、膨胀装置引入传热系统，使冷热流体在换热器内强制变相，充分利用冷热流体相变潜热，达到强化传热的目的。对该系统进行了[火用]分析，并列举实例进行定性分析。

提出了一种D形杆式支撑换热器，采用CFD方法对其进行模拟研究，并比较分析了D形杆和普通圆杆对换热器流动与传热性能的影响，同时还考察了D形杆排布方式对换热器性能的影响。结果表明：D形杆支撑结构能够有效改善换热器壳程内速度场与温度场的协同性，其换热器性能明显优于普通圆杆支撑换热器；D形杆排布方式不同时，D形杆-2排布方式下换热器壳程性能明显优于D形杆-1；D形杆-2排布方式下，较圆杆支撑换热器壳程传热系数、压降、综合性能均有较大提升。计算结果为杆式支撑换热器强化传热性能的研究提供了理论依据。

针对两种不同剪裁方式（60°、90°）布置的六分螺旋折流板,建立无密封条和存在密封条的换热器壳程侧模型;采用CFD分析软件借助数值模拟的方法,研究密封条及密封条结构改变对换热器壳程侧流动和传热的影响。结果表明：密封条的存在能够有效的提高壳程侧的换热系数,对90°扇形剪裁方式布置的六分螺旋折流板换热器壳程的影响较60°明显;在壳程侧换热系数增加的同时,壳程压降也随之增大。密封条宽度与间隙比值越大,壳程侧的换热系数越高;当比值为94.1%时,壳程单位压降换热系数较无密封条时增加（8.05～17.8）%。

实验研究了管壳式热交换器壳侧流动和多孔介质强化传热技术,实验证实,壳侧采用螺旋板和多孔介质具有很好的强化传热效果,螺旋板的最佳角度为40°,多孔介质的最佳孔隙率为0.985.同时研究了高梯度磁净化技术,探讨了冷却净化一体化的兼容性和互惠性.研制了一种管壳式冷却净化器,测试表明,管壳式冷却净化器对10μm以上的颗粒的过滤效率为84%,比一般磁过滤器效率高2.1倍;壳侧对流换热系数比现有冷却器高19.7%.