基于CFD的某汽油机排气歧管仿真分析

首先通过一维热力学软件BOOST计算排气歧管的边界条件,然后通过三维CFD软件FIRE计算排气歧管内部的气体流动情况。该计算为瞬态计算,选择了额定工况、倒拖工况以及怠速工况三个典型工况点。通过计算,得到了排气歧管的换热系数分布以及温度分布。     

夹套式径向热管的换热特性研究

根据夹套式径向热管的结构特点,建立夹套式径向热管的一维非稳态数学模型,分析热管输入功率和充液率对热管启动性能的影响,以及对蒸发侧换热系数、冷凝侧对流换热系数和热管总热阻的影响。计算结果显示,充液率的提高可降低热管的最高工作温度,但缩短了热管的启动时间。随着输入功率的增加,热管的工作温度升高,达到稳定状态的时间增加,随着热管输入功率的增加和充液率的增加热管的总热阻减小。另外,建立内管壁面凝结换热模型,并计算沿内管周向液膜厚度的分布以及沿内管周向的局部换热系数。     

管径对错列管束换热器对流冷凝换热特性影响研究

针对烟气横向冲刷错列管束换热方式进行了管径大小对于其纯对流换热以及对流冷凝换热影响规律研究。结果表明:当只有纯对流发生时,在保持换热面积以及入口工况不变情况下,随着管径的减小,出口烟温降低,传热量增加,换热得到明显增强,其强化传热的主要原因是管径减小强化了对流换热系数;当存在冷凝时,管径对总换热系数以及冷凝换热系数同样存在强化作用。     

排气管路一维稳态热传递计算

本文阐述排气管路的一维稳态热传递。在层流和紊流两种流动状态下,对废气和内管壁的对流换热、以及外管壁与环境的对流换热和辐射换热进行研究,从而获得一维稳态热传递的控制方程。最后讨论各种参数对排气温度和管壁温度的影响,例如,管路直径、长度,管壁周围环境温度等,从而掌握其影响规律。     

耦合法在柴油机传热研究中的应用

利用流固耦合的分析方法,将柴油机气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套等柴油机主要零部件以及缸内气体、冷却介质作为一个耦合体,进行燃烧室部件的传热数值模拟实验。其中,冷却水侧的对流换热系数和温度由CFD软件Star-CD对整个水路进行模拟计算获得;底板火力面侧燃气的对流换热系数和温度由GT-POWER软件对缸内工作过程进行模拟获得;缸套燃气侧温度由活塞组——气缸套耦合传热模拟获得。最终的计算结果与实验数据较吻合,可以为柴油机热负荷分析和柴油机设计提供理论依据。     

高原环境大功率柴油机性能综合改进技术研究

以某在用车辆动力舱空间为约束,提出增压中冷一体化技术,增加了高原(海拔大于3000m)柴油机进气密度:采用对流换热强化技术与先进制造技术,设计一种高效紧凑型环形中冷器,将其安装在改进后的压气机涡壳内部,从水散热器后取水冷却气体,实现增压系统上集成一体化中冷系统。对喷油器结构参数进行改进,从优化高原柴油机缸内喷雾与燃烧过程的角度改进性能。中冷器换热试验和高原环境发动机性能模拟台架试验表明:海拔3700m,标定工况点,一体化技术可以使发动机压气机后气体温度降低35.1℃;2000r/min、117.2kg/h工况时,单独应用一体化技术,柴油机功率恢复4.6%,燃油消耗率降低4.1%,涡前排气温度降低39℃,最大压升率降低4.7%;同时,应用优化的喷油器,功率比原机在高原提升11.1%,燃油消耗率下降7.2%,涡前排气温度降低49℃,最大压升率降低10.3%。     

片式散热器冲压型涡发生器工程应用研究

在片式散热器上冲压出涡流发生器,在自然对流下,强化散热器散热。采用数值模拟的方法分析涡发生器长度、宽度、摆放角度、散热片间距及摆放位置对散热片散热量及对流换热系数的影响。由于散热片厚1mm,考虑到实际加工工艺,最后选择涡发生器长13.5mm、宽5mm、高3mm,与空气来流方向夹角为30°,两散热片对应位置涡发生器夹角60°时,两散热片同侧涡发生器向空气入口方向移动50mm时,可使散热片散热量提高15.71%。     

基于CFD分析的散热器结构优化

利用STAR—CCM＋软件对某款设计中的散热器进行了流动与传热性能的分析,分析结果显示,按空气来流方向为散热器芯体前端,空气侧的对流换热系数远远高于其后端。这表明散热器芯体前端的利用率较高。将散热器芯体变薄之后,分别计算空气来流速度为5m／s、10m／s和15m／s三工况下其单芯体散热量。在来流速度为15m／s的工况下修改后散热器的散热量为原散热器的75％左右,并且随着来流速度的降低,该数值逐渐的增大。这样在相同的散热需求时,新的结构可以较大的节约材料。     

电场作用下电对流强化换热现象研究

为了揭示电场对自然对流换热的影响,采用高速摄影技术对R113工质在自然对流区的电对流强化换热现象进行了实验研究,高压电源1～5 kV、热流密度4.46～17.80 kW/m~2,分析了电对流层高度、加热面温度、对流换热系数以及电场的强化换热系数的动态变化规律。实验发现:施加电场后,在加热面上方形成了稳定的电对流层,电对流层高度随着施加电压的升高而逐渐减小,由于电场增强流体的扰动,使得壁面温度降低,进而强化了换热,实验中强化换热系数可达1.2倍。     

具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热特性分析

提出一种具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘,利用靠近盘腔出口处叉排扰流柱群的强化对流换热,进一步提高了双辐板涡轮盘的换热效果。对壁面层网格进行细化,采用SST k-ω湍流模型,分别建立具有光滑盘腔、盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热模型,分析了扰流柱群对盘腔对流换热的影响。对比分析表明:扰流柱群明显增加了盘腔的局部对流换热,辐板上的低温区域明显增加,涡轮盘的最高温度相应降低,最高温度降低4 K;随着雷诺数的增加,扰流柱群局部对流换热系数相应增加,盘腔内壁的面积平均换热系数提高了20%,增强了双辐板涡轮盘的降温效果。     

基于非接触测量的圆柱相界面对流传热系数计算方法研究

为发挥非接触测量实验方法在相变对流换热研究中的优点,充分考虑显热传热在整个相变传热中的作用,以长圆柱对流融化过程为研究对象,建立圆柱内部导热控制方程及定解条件,采用三次多项式热平衡积分方法进行近似求解,构建基于非接触测量的圆柱相界面对流换热系数计算方法。建立水流顺掠冰柱实验台,通过对实验例题的分析与讨论得到结论如下:圆柱相界面对流换热系数与相界面位置、圆柱半径融化速率、融化时间、圆柱初始温度及圆柱中心温度等参数有关,该计算方法能够较好的反映出显热变化对于对流换热系数的影响;相界面位置是影响对流换热系数计算准确性的主要因素,提高其测量准确性是减小计算误差的主要努力方向。     

内部通道肋片结构对Mark Ⅱ叶片冷却性能影响的降维模型研究

一维冷却通道气热耦合计算是分层涡轮叶片冷却结构设计的重要方法。发展了以管道网络算法为核心的内部冷却特性计算程序,并与三维传热计算进行了耦合。通过与MarkⅡ叶片特定实验工况下的结果进行对比,验证了方法的有效性。此外,进一步将带肋结构流道传热特性相关经验公式集总在一维气热耦合算法中,分析了带肋通道改型的MarkⅡ叶片冷却性能。结果显示,带肋结构相比光滑流道能显著提升换热性能,在中径截面处较原方案温度下降15～30 K。     

重力场对液池内热-溶质毛细对流影响的数值研究

数值研究了不同重力场下液池内耦合热-溶质毛细对流流动特性,模型中考虑了热毛细效应和溶质毛细效应相当这一特殊情况。计算结果显示,当重力加速度较大时液池内存在周期性迁移的对流涡,而当重力加速度较小时,液池内的对流涡迁移消失,因而重力加速度能够促使热-溶质毛细对流失稳。随着重力加速的减小,监测点的温度和浓度振荡幅度减小。常重力条件下自由表面速度分布受浮力对流控制;微重力条件下,自由表面的速度分布基本一致,随着重力加速度减小自由表面速度略微减小。     

内燃机排气歧管热应力分析

采用流固耦合方法计算了内燃机排气歧管的热应力。首先,计算了排气歧管的瞬态内流场和稳态外流场,得到了排气歧管内外壁面的对流换热系数和环境温度,再用有限元的方法计算了排气歧管的温度场和热应力。计算结果表明,排气歧管裂纹产生处就是热应力最大处,根据计算结果提出了改进建议,经试验验证改进措施是有效的。     

集流槽宽度对同侧出入流水冷式油冷器翅片流动换热性能的影响

本文采用基于Navier-Stokes方程组对同侧出入流水冷式油冷器翅片中冷内却剂的流动情况进行了模拟，研究了翅片两端集流槽宽度对翅片流动换热性能的影响。结果表明，随着集流槽宽度的增加，翅片内部流动死区的面积逐渐减小，冷却剂的对流换热逐渐增强，翅片内部高温区中冷却液的温度逐渐降低；在翅片性能方面，随着集流槽宽度的增加，冷却剂在出、入口间的压降逐渐降低，平均对流换热系数逐渐增加，传热因子j与摩擦系数f之比逐渐增加，翅片综合性能逐渐提高。     

高温温差发电装置集热器结构数值仿真研究

设计了一种针对高温烟气的圆筒式温差发电装置,在装置中设置分流桶增强烟气侧的换热效果。利用Ansys Fluent软件对装置的温度场、速度场及排气压降进行仿真模拟,分析了不同分流桶的桶直径、端盖孔直径和分流孔直径对热电模块冷热端温度分布的影响。仿真结果表明：温差发电系统集热器通道中设置分流桶可以实现高效温差发电,分流桶端盖未开孔时装置的换热效果优于端盖开孔结构;适当减小分流孔直径或增大分流桶直径会提升热电模块的冷热端温差,分流孔直径为2 mm时的换热效果最优,分流桶直径过大会使热电模块温度分布及温差的均匀性降低;系统烟气压降会随着分流孔直径的增大或分流桶直径的减小而降低。     

新型高效紧凑式换热器仿真及热力分析

为了提高新型高效紧凑式换热器设计的功能性,并使其满足热力学性能需求,对绕管的结构参数及桥接布管方式进行设计。采用一种新型的变径变线桥接方式,在体积有限的情况下实现密集的管束布置形式;对该新型换热器设计进行全尺寸流域建模及CFD数值模拟;并将三维建模结果与一维程序计算结果对比,进行可靠性验证。计算结果表明：三维计算的各项热力学性能结果与一维计算仅有较小偏差,总传热系数相对误差仅为3.74%,总传热量相对误差仅为1.04%,验证了该三维计算模型具有较好的准确性;结合温度云图证明了换热区域基本集中在绕管段,为简化复杂换热器的计算提供了思路;该新型高效紧凑式换热器设计实现了管侧双股流可独立运行且同层间不存在无效换热区,整体换热平顺进行,壳侧流阻较小,换热能力保持较好;在工况范围内整机换热体积功率达到4.67 MW。     

填充床内对流换热的数值研究

为研究空气流入高温填充床时小球直径和空气流速变化对填充床内对流换热和压力损失等的影响,利用孔隙尺度介观方法对顺序排列多孔介质小球的三维填充床进行数值计算,数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:填充床内固相和气相间存在热的非平衡性;当小球直径从2.8增大到5.6 mm时,在最高温度上游对流换热强度减小,在最高温度下游对流换热强度增大,同时,压力损失和最大无量纲速度减小;气体流速增大时,填充床内产生湍流运动。     

600MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度

超临界锅炉水冷壁尤其是燃烧器区水冷壁的温度场计算对水冷壁的安全运行有重要意义。本文采用分区段热力计算方法计算了向火侧的热流密度。依据水冷壁入口和出口工质的实际温度和压力确定了管内工质温度及管内的对流换热系数。基于有限元法对某电厂600MW发电机组锅炉在100％BMCR工况条件下螺旋管圈水冷壁温度场进行了分析计算。     

基于Flowmaster的相变空冷器元件开发及应用

基于湿空气热力学理论,以Flowmaster换热元件为基础,通过引入相变计算开发了考虑相变潜热的空冷器元件。经计算验证,所开发的元件计算结果与理论计算值吻合性较好,相同边界条件下,总换热量偏差和含湿量偏差均小于1%。分析表明:在高温、高湿环境条件下,湿空气会在空冷器中形成冷凝水,产生大量相变潜热,而Flowmaster换热元件模型由于未考虑相变因素,气侧出口温度计算结果偏低。采用所开发的相变空冷器元件模型可有效提高气侧出口温度计算的准确性,减小因相变带来的仿真误差。