双开口室内热压自然对流模拟及热源分析

以不同热源位置下的单侧双开口室内热压自然对流换热过程为研究对象,采用FVM方法对质量守恒方程、能量守恒方程进行离散求解,研究不同热瑞利数Ra(Ra=103~106)和不同热源位置的情况下,室内流体流线、等温线分布特征以及平均努赛尔数Nuav的变化。研究结果表明:随着Ra的增大,室内空气对流强度增大,对流热交换效果明显;在高Ra下,随着热源到左墙面距离与地面长度比D的增大,室内出现的漩涡增多;D=0.25时,Nuav在不同的Ra下均为最大值,热源的位置对换热量的影响较大;在同一Ra下,随着D的增大,室内对流换热效果越差;在不同D下,Nuav是以Ra为自变量的幂指数函数,拟合后其线性相关性可达96.2%。     

工业厂房不同高宽比对室内温度分布的影响研究

以工业厂房的高宽比对室内温度分布的影响作为研究对象,采用质量守恒方程、能量守恒方程进行数值计算,研究了Ra数在103～106之间时,不同高宽比的工业厂房内的等温线、流线的分布特征和Nu数的变化。分析结果表明:随着Ra的增大,房屋内的热传输形式由热传导逐渐向对流传热转换,等温线由竖直逐渐变得水平;室内的流线为环绕于模型边界的两个涡,并随Ra的增大逐渐被分裂,在B=0.5,B=1时,分裂为2个涡流,在B=3,B=2时,分裂为3个涡流,并伴有低湍动状态;Nu数随Ra数的增大而增大,二者的曲线呈幂指数关系,B=3时Nu数最大,表明此时由高温壁面向低温壁面传递的总热量最多。     

太阳能烟囱通风特性及其强化

数值研究了热压自然通风作用下太阳能烟囱的回流特性,采用流线和热线实现烟囱内空气流动和热量传递的可视化,并探讨了玻璃侧离散热源空间位置和热源尺寸等因素对回流过程的影响.当吸热壁面热源强度即热瑞利数Rayleigh(Ra)超过104,烟囱出口处开始出现回流;随着Ra数增大,烟囱回流穿透深度增加.分析表明,左侧热源个数及高度分别为N=1、D_0=1时,其与底部距离S_0以1的步长向上移动,均能有效地避免出口处的回流,其中S_0=0诱导的无因次体积流量最大.而在热源高度D_0=D_1=0.5、N=2、S_0=0时,在与D_0的距离S_1与N=1中S_0(S_00)的值相等时,N=2诱导的空气量均大于N=1时诱导的空气量.该研究将有利于提升未来低能耗建筑自然通风的利用效率.     

内置高温体倾斜多孔腔体中自然对流的LBM模拟

为了研究内置高温体倾斜多孔腔体中流体流动与传热机理,本文采用格子Boltzmann方法从介观尺度对其多孔腔体内自然对流现象进行了模拟研究,讨论了孔隙度ε(0.4,0.7,1.0)、Da数(10~(-4),10~(-2))、Ra数(10~5~10~7)及倾角θ(0°~90°)等参数对其对流传热的影响。模拟结果表明:等温线会随着腔体倾斜向底部偏移;Da=10~(-4)时,流线呈现对称分布特性,Da数增大时,多孔方腔右侧流线会绕过高温方块经过左边区域,流线分布发生偏移。热壁面上平均Nusselt数Nuave随倾角增大呈现特定变化规律,增大孔隙度ε、Da数、Ra数时,均可以增强流体与热壁面之间的自然对流传热能力。     

板式换热器触点分布对换热阻力性能的影响

为进一步提升人字形板式换热器的综合性能,对其触点分布进行研究,得到触点分布与下层波峰线到板换长度方向对称轴的距离L的关系式。通过数值模拟,分析人字形板式换热器单流道模型L改变时,换热和阻力的变化情况。随着L的变化,第一层触点位置周期性变化,压降与Nu数均呈现周期性变化,在半周期位置获得最小值;面积质量因子j／f的变化也呈现周期性,趋势和压降、Nu数变化相反,由于流场分布的均匀程度不同,j／f在半周期位置获得最大值。触点分布对换热阻力的影响,随着Re的增大而逐渐增大。结果表明:选择L为半周期时,可以在板式换热器的3个基本参数不变的情况下,进一步提高板换的综合性能。     

矩形平板涡街分布特性分析

基于有限体积法数值求解Navier-Stokes方程,分析了二维矩形平板的旋涡分布规律及斯特罗哈数特性与平板长宽比和雷诺数的关系,并探讨了平板升力系数变化规律。研究表明,层流状态下平板斯特罗哈数及平板附着涡分布与雷诺数和平板长宽比密切相关。当雷诺数为200时,斯特罗哈数随着平板长宽比的增加呈线性规律变化,平板两侧仅有两个附着涡;但当雷诺数为300时,平板附着涡数量取决于长宽比,而斯特罗哈数则呈跳跃性规律变化;结合Realiza-ble k-ε模型进行的湍流条件下的数值计算则表明高雷诺数下的平板两侧没有明显的附着涡产生,而斯特罗哈数则以长宽比8为分界点表现出不同的变化趋势。     

冷却管结构及风速对空冷中冷器性能的影响

本文在实验基础上,使用计算流体动力学方法研究了不同空冷中冷器冷却管前缘结构及风速对其冷侧热工水力性能的影响。研究发现,冷却管前缘半径R_1相同时,Fanning摩擦因子f随风速的增加而减小,而相同风速不同R_1时,f同样随R_1的增加而减小,在以R_1=0.9 mm为基准时,R_1=0 mm的f因子值最大增加12.42%,R_1=3.6 mm的f因子值最大减小5.41%;冷却管前缘半径R_1相同时,努赛尔数Nu随风速的增加而增大,相同风速不同R_1时,Nu同样随R_1的增大而减小,在以R_1=0.9 mm为基准时,R_1=0 mm的Nu最大增加2.22%,而R_1=3.6 mm的Nu最大减小1.49%;对于性能评价准则PEC,冷却管前缘半径R_1相同时,PEC随风速的增加而增大,而相同风速不同R_1时,PEC随R_1的增大而增大,在以R_1=0.9 mm为基准时,R_1=0mm的PEC值最大降低10.13%,R_1=3.6 mm的PEC最大增加3.40%。综上,在R_1=3.6 mm、冷侧风速为7.5 m/s时,空冷中冷器冷侧热工水力性能最佳,因此增大R_1及风速有助于空冷中冷器冷侧热工水力性能的改善。     

孔口面积及热源位置对热压通风影响的模拟研究

利用流体力学计算软件Airpak对单热源民用建筑房间的热压通风进行了模拟。给定热源体总热量,在改变上下部孔口面积比例的情况下,分析各模拟情况下室内热压通风的中和面高度、有效热量系数、通风量及排出余热量等特征参数的变化规律;在孔口大小固定的情况下,研究热源体水平位置同孔口间距改变时热压通风的室内温度场、流场、热源表面温度等参数的变化规律。研究结果表明:上下部孔口开口面积相差不大时,房间内的热压通风效率最佳;下部孔口面积略大于上部孔口面积时,有效热量系数m处于较低的范围内,且增大某一孔口面积,中和面会朝着该孔口方向移动;热源体越靠近下部孔口,越有利于热源散热。     

两种组合涡发生器强化螺旋通道换热性能的比较

采用CFD模拟方法比较两种组合涡发生器强化大高宽比矩形水平螺旋通道的换热特性,并进一步分析B形翼的无量纲间距δ'、无量纲长度l"对螺旋通道内流体流动和换热的影响,利用综合因子G表征了两组合涡发生器的综合强化效果.结果表明:A形翼与B形翼均能改善柱后流体的流动,可分别在柱后等距横截面上形成二次流的四涡结构和六涡结构,并可在定距柱后形成纵向涡,加速尾迹区与主流流体的混合,实现了强化传热; B形翼与A形翼组合涡发生器相比,B形翼的综合强化效果更好;在所研究范围内,δ'增大,B形翼涡发生器的强化换热能力逐渐减小,综合性能变差; l'越大,内置B形翼组合涡发生器的螺旋通道的Nu数和f越大,但Nu数和f的增速随l'值的变大而变缓,当l'=1. 0时该螺旋流道的综合强化性能最优.     

倾斜板上热质反向扩散的数值分析

用数值方法研究了倾斜板上热及物质扩散共存且扩散方向相反时的流体流动及传热传质,得到了速度、流线、温度和浓度分布以及传热传质速率随倾斜角度和浮力比的变化规律。研究结果表明:流体速度、努塞尔数Nu和修伍德数Sh均随倾斜角度的增加而增大,当θ>60°时,倾斜角度的变化对传热传质的影响减小,Nu和Sh数的变化趋于平缓。倾斜角度相同时,Nu和Sh随浮力比|B|的增大而增大。     

冻结土壤、水水平换热管耦合传热分析

以冻结土壤、水-水平换热管之间耦合传热作用为研究对象,对冻结条件下非饱和土壤连续性方程和热量迁移方程,采用有限容积数值方法进行离散求解,给出了部分温度场、冻结率分布图,并分析了耦合传热原因。分析结果表明:冻结土壤温度场是大致与地表平行的水平线,固液相变区高峰值发生在有回水管的上部,低值发生在无水平换热管的地方,水平换热管使冻结锋面向地表方向偏移,水平换热管进回水位置布置方式不同影响冻结土壤相变区域的大小与位置,回水管在单侧和中间布置是较优的布置方式。     

工业厂房自然通风热环境的数值研究

运用CFD技术对某典型工业厂房的自然通风进行了数值模拟。研究了热源、污染源参数一定时,不同进风口离地高度对厂房工作区热环境及污染物浓度分布的影响。分析了带热源工业厂房热环境的主要特点,认为评价这种高温环境时,应同时考虑工作区风速及建筑内壁面辐射的影响。为此,采用热应力指数HIS作为这类热环境的评价指标。结果可以看出,对于热源具有一定的高度的工业厂房,适当提高进风口位置,不仅可以增加自然通风量,提高工作区空气流速,改善工作区热环境,而且有助于降低厂房平均污染物浓度。随着H的增加,通风量和工作区风速增大,热应力指数和污染物浓度减小。当H增加到1.2m后,通风量和工作区风速基本不再变化。     

城市给水系统灾害恢复力的地震鲁棒性分析

基于灾害恢复力的概念和评价属性,以城市给水系统地震损失模型为研究路径,运用基于蒙特卡洛仿真的GIRAFFE模型,通过升级输水干道评价了城市给水系统在M6.5和M7.0两个震级下的技术鲁棒性和组织鲁棒性。结果表明,升级输水干道对系统的技术鲁棒性和组织鲁棒性效果明显,且随着震级的提高而越发显著。此外,输水干道的重要程度与震级强度无关,但随着震后时间的推移,其重要性取决于输水管道所处的系统位置,即在震后0时,处于系统枢纽位置的管道相对重要;在震后24h,靠近供水源的管道则相对重要。     

轮胎/路面噪音室内测量系统研究

随着社会的进步,人们更加关注环境和可持续发展的问题。噪音已被列为影响环境的主要问题之一,但目前缺乏室内定量评价轮胎/路面噪音特性的手段,限制了系统研究静音路面相关技术的发展。为实现轮胎/路面噪音的室内定量评价,本研究基于"主驱动轮式路面功能评价系统"进行了轮胎/路面噪音室内测量系统研究。测量系统可以有效排除汽车引擎噪音、传动噪音和风速等环境噪音的影响,使测量结果稳定可靠。同时,频谱分析结果表明该测量系统具有较高的精度,可以分辨出不同路面材料的轮胎/路面噪音特性,为进一步开发静音路面相关技术奠定良好基础。     

光纤特性参数对光纤参量放大器增益的影响

基于四波混频光波耦合方程,研究了周期色散补偿情况下,高非线性光纤中双泵浦光纤参量放大增益平坦性问题。研究表明:在一段高非线性光纤内,通过周期插入色散补偿光纤,光纤参量放大器的增益起伏得到了明显的改善。高非线性光纤的长度和非线性系数与光纤参量放大器的增益平坦性有关。当增加高非线性光纤的长度和非线性系数时,光纤参量放大器的信号增益变大,但平坦性变差,可通过多插入几段色散补偿光纤来解决。     

混凝土参数变化的预应力悬浇箱梁温度应力敏感性分析

大跨度预应力悬浇箱型梁施工中,混凝土弹性膜量E、热膨胀系数α等参数会随施工环境而改变。在一定的温度场情况下,其参数的改变会引起桥梁内部应力应变的增减,其变化值会影响桥梁的施工质量、设计参数及使用安全。据此,结合实际桥梁工程施工,以某一温度场的箱梁截面为对象,研究当混凝土悬浇桥梁E、α等参数发生改变时,对桥梁截面应力和应变场的影响程度,揭示桥梁截面应力变化敏感性的规律,总结出为提高桥梁使用安全度需要着重考虑的温度应力敏感性因素的影响。     

城市绿地对雨水径流污染物的削减作用

为探究城市绿地调控城市降雨地表径流污染的有效性和可行性,采用室内土柱模拟试验,研究植被覆盖、径流污染物浓度、土壤层深度、地下水、水力负荷与停留时间对城市绿地削减污染物的影响。结果表明,在低、中和高3种雨水径流污染物浓度水平(CODCR为68、137、550 mg/L;TN是3.01、7.51、30.06 mg/L;TP为0.29、0.69、2.73mg/L;NH4+是0.44、1.61、2.19mg/L),水力负荷为3.5、3.0、2.5cm/h,持续进水1h条件下,城市绿地具有良好且稳定的污染削减能力,对CODCR、TN、TP、NH4+的平均削减率分别达到41.52%、78.96%、84.68%,50.21%、70.23%、60.91%,73.18%、95.88%、94.99%,62.72%、55.16%、69.98%。受土壤复氧能力和水力停留时间的限制,绿地覆盖对污染物CODCR与TN削减率的影响不明显。城市绿地污染削减率随着降雨地表径流污染物浓度的升高而呈现逐渐增加的趋势。城市绿地对雨水地表径流污染削减作用主要发生在深度35～65cm土层内。城市绿地对低、中和高污染浓度水平各污染物削减率随着水力负荷的增加而降低。     

进风口对变压器室通风效果的影响

通风设计是户内变电站变压器室设计的难点问题。运用CFD方法,对某变压器室温度场和速度场进行模拟,并将模拟值与实测值对比,验证数学模型的有效性。在此基础上,以某变电站变压器室为模拟对象,通过改变进风口位置和面积,设计并模拟6种通风工况,通过对比各工况温度场、速度场和特征温度值的变化规律,重点研究进风口对变压器室通风效果的影响。模拟结果表明:进风口面积不变时,进风口应布置在散热器一侧且其中心高度宜控制在散热器中心高度或稍偏下位置,不宜高于散热器;进风口位置固定时,增大进风口面积改善通风效果时,宜选择沿高度方向增大进风口面积。所得结论可为变压器室通风设计提供技术参考。     

覆冰导线在斜风下的气动力特性试验和数值模拟

斜风作用下,输电线覆冰舞动往往为控制工况。基于斜风下的输电线气动特性是影响舞动的关键因素。文章主要研究新月形覆冰导线在斜风作用下的空气动力特性,新月形覆冰导线随着风向角的变化,及其三分力系数曲线变化。文章对斜风下覆冰导线三分力系数对传统的斜风分解法进行检验,运用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟和风洞试验两种不同方法,对覆冰导线在斜风下的气动力特性进行研究,把风洞试验的测得数据和数值模拟得到的结果进行比较得出,数值模拟和试验结果吻合的很好。