室温磁制冷机乙醇水溶液传热特性实验研究

以旋转式磁制冷样机为研究对象,研究乙醇水溶液与水在主动式回热器(AMR)的传热特性;探讨不同物理性质的换热流体组成的室温磁制冷机的蓄热机理;分析工质盘转速、换热流体流量、温跨等参数对工质盘温度分布的影响。实验结果表明:使用乙醇水溶液取代水作为工质盘的换热流体,有利于增大多孔介质的渗透率,使工质盘温度降低,系统的冷端获得较大的温度梯度,系统制冷功率提高6%左右。50%浓度的乙醇水溶液比10%浓度的乙醇水溶液,系统制冷量可以高出20W,冷端温降高出0.3 K左右。     

立式U型管自然循环蒸汽发生器1次侧流体流经U型管段重力压降计算

针对现有一些大型电站系统分析程序在计算1次侧流体流经U型管蒸汽发生器重力压降时存在的不足,建立了1次侧流体流经U型管段重力压降计算模型。该模型将蒸汽发生器1次侧U型管内各换热区域按等温度差值进行控制体划分,对U型管弯管段按实际的几何关系进行处理。将大亚湾核电厂蒸汽发生器热工参数作为输入值进行了计算和参数敏感性分析。计算结果表明:增加U型管束直管段高度、减小U型管内径长度能增加流体流经U型管段的重力压降,且改变较为明显。计算结果与理论分析相一致。     

旋转式室温磁制冷回热器二维多孔介质模型仿真

在考虑了主动式回热器（AMR）中单元小格内磁热性工质粒径的不同和位置分布随机性的情况下,建立了室温磁制冷机关键零部件——AMR的二维多孔介质模型,并对系统进行数值模拟计算优化。与实验结果对比表明,该模型的计算温度曲线与实验结果温度曲线具有相同的发展趋势,个别区域存在一定的计算误差,但其在可以接受的范围内。通过分析冷却流体流量、AMR转速以及磁场强度对室温磁制冷机性能的影响,结果表明：当换热流体流量增加时,有助于抵消AMR中残留液体对于性能的影响;转速的增加减少了换热流体与磁工质的换热时间,对于制冷机的性能存在不利影响,但是这一影响在冷却流体流量较大时会变小;增加磁场强度有助于减轻残留液体对于制冷量的影响,系统性能也有明显的提升。在考虑了主动式回热器（AMR）中单元小格内磁热性工质粒径的不同和位置分布随机性的情况下,建立了室温磁制冷机关键零部件——AMR的二维多孔介质模型,并对系统进行数值模拟计算优化。与实验结果对比表明,该模型的计算温度曲线与实验结果温度曲线具有相同的发展趋势,个别区域存在一定的计算误差,但其在可以接受的范围内。通过分析冷却流体流量、AMR转速以及磁场强度对室温磁制冷机性能的影响,结果表明：当换热流体流量增加时,有助于抵消AMR中残留液体对于性能的影响;转速的增加减少了换热流体与磁工质的换热时间,对于制冷机的性能存在不利影响,但是这一影响在冷却流体流量较大时会变小;增加磁场强度有助于减轻残留液体对于制冷量的影响,系统性能也有明显的提升。     

基于流体动力学的热压罐框架式模具温度场优化

热压罐固化技术已经成为复合材料生产过程中重要的成型技术,在航空航天领域已被广泛应用。针对该技术在复合材料固化过程中存在温度分布不均匀导致材料内部结构不均匀的问题,基于流体流速对对流换热的影响,提出一种热压罐成型框架式模具温度场优化方法。该方法通过逐步减小工作流体流通面积,提高其流速,增强对流换热,利用流体流速的变化来补偿流体自身因热传递而损失的温度,从而达到改善模具型面温度分布的不均匀性,解决复合材料固化梯度较大的问题。利用多物理场仿真软件COMSOL对上凸型、直板型和下凹型变截面的模具进行流体与固体耦合计算,对比分析模具型面温度分布。结果表明,直板型框架式模具型面温度分布的均匀性最好,同时还具有改装成本低廉、结构简单、易于实现等特点。     

金属热防护系统单元间缝隙换热规律

建立金属热防护系统(MTPS)单元间的缝隙换热计算模型,基于数值计算对影响缝隙内部辐射换热强度的若干参数进行参数影响分析。研究结果表明:减小缝隙宽度和辐射率、提高缝隙底部组件材料的热扩散率以及设计合理的缝隙几何形状,可以实现缝隙内部辐射换热最大程度的弱化;当缝隙顶部温度低于673 K时,可以基本不考虑MTPS单元间的缝隙辐射换热。     

双基药燃烧产物热物性参数计算分析

为准确获得双基药燃烧混合气体生成物的热物性参数,求解火药燃烧产生的高温气体与身管内壁面的对流换热系数以及火炮发射过程中内壁面的温度,根据双基药组分,给出了火药燃烧化学反应方程式,计算得到燃烧生成物各组分的含量。基于已有的标准大气压下CO₂、CO、H₂O(g)、H₂和N₂的动力黏度、导热系数、比定压热容随温度的变化实测数据,采用最小二乘法拟合得到双基药燃烧混合气体生成物的热物性参数计算模型,并针对3种典型的双基药进行计算分析。结果表明:最小二乘法拟合得到的计算模型可以较好地应用于标准大气压下纯气体热物性参数的求解; 气体的动力黏度、导热系数和比定压热容均随着温度的升高而增大; 硝化棉含氮量越高,导热系数和比定压热容值越小,硝化棉含氮量对混合气体的动力黏度值影响较小,可忽略不计。     

高速履带车辆制动能量与制动力分布规律预测方法研究

为预测高速履带车辆制动系统能量与制动力的分布规律,以某型履带车辆为例建立其整车动力学模型、推进系统模型以及制动系统模型,提出一种由路线长度、坡度、半径、侧倾角、路面功率谱密度、行驶阻力系统. 土壤最大附着系数、最大转向阻力系数8个参数定义试验场地的建模方法。分析了道路参数对车速的影响;采用最优控制理论设计车辆最短时间仿真行驶策略,基于试验数据建立二元线性回归方程修正仿真制动转矩。通过试验与仿真验证了模型的准确性以及控制策略的有效性。基于1 000 km试验数据建立典型试验场地模型,并预测了6 000 km车辆全寿命里程制动能量与制动力分布情况。仿真与预测结果验证了该方法的可行性。     

淬冷过程中三维传热的数值模拟

淬火过程中钢类工件的热物性参数、界面换热系数要随温度发生变化，相变所引起的相变潜热也对工件温度场造成影响。本文据此提出了三维非线性淬火温度场有限元数学模型，模型中耦合了温度和相变潜热的计算。用此模型对Ｔ８钢淬火过程进行计算机模拟，计算结果令人满意。     

RLPG流体发射药加注系统研究

对再生式流体发射药火炮（ＲＬＰＧ）流体发射药加注系统几种方案进行了详细讨论并结合ＲＬＰＧ对加注系统的具体要求，确定了该加注系统结构的初步设计方案，采用集总参数法建立了流体加注系统的通用理论模型，并用该模型对所选加注系统方案进行了理论模拟，指出了影响加注时间及系统压力波动的重要参数和流体加注系统性能优化需注意的问题 。 要求     

热力学排气系统低温流体轴向掺混过程研究

低温推进剂长时间在轨蒸发量控制问题是发展低温末级、轨道转移运载器以实现未来长时间在轨空间任务的关键;热力学排气系统为蒸发量控制提供了有效方案,而轴向流体掺混过程是热力学排气实现贮箱压力控制的关键。为研究轴向掺混过程下的流体行为特性,对流动、传热、相变过程建立了CFD仿真模型,利用国外地面试验进行了验证,对不同流量、流速、温度、喷口直径等因素开展了研究。结果表明:在不同的掺混流量和流速下,表现出4种不同的流动模式,流动模式决定了贮箱内流动、换热及相变的趋势,掺混剧烈的流动模式压力下降快,较低的掺混温度对推进剂品质的提升有积极意义。     

Al/AgO电池鱼雷发射管内强制对流耦合传热数值模拟

为分析鱼雷发射失效后Al/AgO电池在发射管中的热安全性，基于计算流体力学方法，应用计算流体力学软件FLUENT，对鱼雷发射失效后Al/AgO一次电池激活情况下管内强制对流耦合传热进行了数值模拟。考虑了电解液与鱼雷壳体、鱼雷壳体与发射管内海水的对流耦合换热，得到了电解液的温度变化规律以及鱼雷壳体和发射管体上的温度分布规律。仿真结果表明，电池内温度随时间的变化逐渐升高，其最高温度可达107．5℃。     

柴油机循环模拟中耦合瞬态传热模型的研究

本文叙述了一个用于柴油机循环模拟研究的瞬态传热模型。其中缸内对流传热采用了紊流模型;辐射传热考虑了绝热火焰温度和平均气体温度的影响;燃烧室壁热传导采用了周期性瞬态热传导模型。该模型与柴油机热力循环模型相耦合,用于预测柴油机的周期性瞬态传热过程,包括瞬态对流传热系数、瞬态对流和辐射传热率以及燃烧室表面的温度波动现象。文中还介绍了该模型的应用情况。     

海拔高度对柴油机缸内热流分布影响规律研究

为了分析高原环境下柴油机缸内热流分布变化规律,采用计算流体动力学方法对不同海拔高度条件下的柴油机燃烧过程进行了三维数值模拟研究。结果表明：考虑燃气向缸壁传热的燃烧过程计算时,壁面函数采用Han-Reitz模型可以得到满意结果;随着海拔高度升高,过量空气系数降低,滞燃期延长,着火推迟,燃烧恶化,爆压降低,燃烧温度升高;海拔高度越高,喷雾贯穿动量越大,壁面换热系数增长速度越快,在上止点后气体流动性对换热系数的影响所占比重增大,而进气流量对换热系数的影响比重降低,换热系数随着海拔高度升高而增大;在换热系数、壁面燃气温度和壁面油膜燃烧影响下,高海拔燃烧时壁面平均热流大幅度增大,海拔高度从1 000 m升高到4 500 m 后,缸盖和活塞瞬时平均热流最大值增幅分别达到30%和26%.     

电传动车辆动力电池组分布式管理系统设计

根据动力电池组在电传动车辆上的使用要求,利用总线通讯技术,设计出电池组分布式管理系统,由一个电池组综合管理器和多个电池单体检测模块组成。系统采用基于循环工况的电池组剩余电量神经模糊预测方法,并为了实现对电池单体电压的精确采集,设计出具有特色的压控恒流源电路。实际应用表明,系统运行稳定正常,可扩充性好,对电池组状态预测准确。     

混合动力履带车辆电机加热低温预热系统设计

针对混合动力履带车辆设计了一种利用驱动电机堵转生热进行加热的低温预热系统,该系统可以在不添加任何装置的前提下利用原有部件实现辅助加温,以满足车辆冷启动需求。通过计算流体力学数值计算得到预热过程中动力舱向外界环境的传热特性,并对仿真结果进行试验验证。结合动力舱各部件参数,利用MATLAB计算不同加热功率下达到预热目标温度所需的加热时间,并分析各加热过程中的能量损失情况。计算结果表明：满足预热时间要求的最低加热功率为70 kW,所需加热量为181 MJ. 结合动力电池的低温特性,通过加热功率计算选择电池的总容量,根据其低温放电率进行校核,最终确定在使用磷酸铁锂电池时电池容量至少为292 A·h. 针对混合动力履带车辆设计了一种利用驱动电机堵转生热进行加热的低温预热系统,该系统可以在不添加任何装置的前提下利用原有部件实现辅助加温,以满足车辆冷启动需求。通过计算流体力学数值计算得到预热过程中动力舱向外界环境的传热特性,并对仿真结果进行试验验证。结合动力舱各部件参数,利用MATLAB计算不同加热功率下达到预热目标温度所需的加热时间,并分析各加热过程中的能量损失情况。计算结果表明：满足预热时间要求的最低加热功率为70 kW,所需加热量为181 MJ. 结合动力电池的低温特性,通过加热功率计算选择电池的总容量,根据其低温放电率进行校核,最终确定在使用磷酸铁锂电池时电池容量至少为292 A·h.     

热电偶分数阶传递函数阶次和参数估计

为了研究热电偶动态特性,用分数阶模型进行建模和模型辨识。测量瞬态温度时,温度响应存在延迟,该测量过程属于物理上的延迟过程或者叫做遗传过程。热电偶与被测介质接触时,测量接点和偶丝都产生热量传递。测量接点的温度分布取决于介质与测量接点的换热以及测量接点与偶丝之间的导热。根据分数阶微积分理论,引入时间分数阶微积分建立了热电偶半无限固体导热模型。模型描述了露端式热电偶测量接点与被测介质之间的换热过程,包括测量接点与偶丝的热量传递。通过分数阶拉普拉斯变换得到一种阶次呈比例的分数阶传递函数结构,这种结构的传递函数描述了测量接点热惯性的延迟和热电偶偶丝热扩散的单相延迟。建立了热电偶测量固体表面温度的实验系统,采集热电偶在温度激励下的输入和输出。根据输入和输出数据,用改进Luus-Jaakola算法对分数阶传递函数的参数和阶次进行了估计。实验和计算结果表明,变阶次分数阶传递函数的拟合结果优于固定阶次分数阶传递函数。     

电传动履带车冷却系统动态传热状态空间模型

热负荷是军用车辆的重要问题,尤其是电传动履带车辆。电传动履带车辆冷却系统设计了3个封闭式循环的水路。根据循环水路中部件的共同点,建立了冷却系统部件动态传热的热容热阻模型,再利用该热容热阻模型,将3个循环水路进行简化,构建了冷却系统动态传热的状态空间模型。对实际冷却系统的动态传热进行循环水降温试验研究表明,该模型可以全面,直观地分析电传动履带车辆冷却系统部件热耦合关系,以及研究稳态工况下热平衡时的冷却系统部件的传热规律,还可以用于冷却系统的故障诊断研究和改良设计。     

基于FLUENT的超高速机械密封换热特性分析

为了研究超高速情况下机械密封与冲洗液的换热特性,确定换热程度的强弱,基于数值计算方法,建市了超高速机械密封装置的流固耦合模型,通过计算得到了温度场,提取了部分面的温度分布,根据公式计算出对流换热系数,所得结果与解析解相近。得出结论：通过该方法计算得到的对流换热系数较为精确：冷却液与动环接触部分的换热能力高于与静环接触部分的换热能力,但差别不大;通过增加冷却水入口冲洗量可有效增强部分壁面的对流换热情况。该厅法可为机械密封设计提供理论依据。     

某型水下航行器电池舱段热过程CFD分析

锂/亚硫酰氯电池的发热问题会影响水下航行器电池舱段的工作效率,并可能导致严重的安全事故。采用流固耦合传热的方法,建立了某型水下航行器电池舱段内部热过程的数学物理模型,利用FLUENT 6.2软件仿真计算了其工作时内部温度分布情况和温度随时间的变化关系,并对某一工作条件下温度分布和温度随时间的变化关系进行了试验验证。结果显示:水下航行器电池舱段内部温度分布和温度随时间的变化关系主要和单体锂/亚硫酰氯电池的放电电流和传热介质的导热率有关。