侧墙对中等半径比同心旋转圆柱间Taylor-Couette流的影响——Ⅰ层流涡

对有限长中等半径比同心旋转圆柱间Taylor-Couette流进行了数值计算,以研究侧墙对Taylor-Couette流的影响。圆柱的半径比为0.83,形状比为6,泰勒数在0~357之间。内圆柱旋转,外圆柱静止。数值计算结果表明,在无滑移侧墙边界条件下,在泰勒数低于临界泰勒数时,在侧墙边界层的作用下侧墙附近出现侧墙涡,而在滑移侧墙边界条件下,直到泰勒数大于临界泰勒数,轴间才出现明显的涡流。当泰勒数处在89~112之间,侧墙静止和侧墙旋转时产生的最大径向速度分别约为内筒表面线速度的3%~4%和7%~10%。侧墙静止时,随着泰勒数的增加,边界层的厚度也随之递增。侧墙旋转时,边界层厚度基本不变。在泰勒数大于临界泰勒数时,随着泰勒数的增加,侧墙静止和侧墙旋转时侧墙涡的轴向长度分别增加和减少,在滑移边界条件下,侧墙涡的轴向长度约等于轴间距。在3种侧墙边界条件下,层流涡向波动涡转捩的临界泰勒数变大。     

Couette-Taylor-Poiseuille流的数值模拟

对中等半径比同心旋转圆柱间Couette-Taylor-Poiseu ille流进行了数值计算,并与已有的实验数据进行比较以获得流场的更多信息。结果表明,数值计算与实验结果吻合较好,依次再现了层流涡、波动涡、非波动螺旋涡以及波动螺旋涡;轴流可以起到稳定流场的作用,轴流存在时,流场转捩的临界泰勒数Ta值会变大,涡胞变小,涡心不再位于轴间隙的中间,从左向右的轴流比较明显,交替指向内轴和外轴,并缠绕在涡胞的周围;除去平均轴流速度后,速度矢量场显示出不同的涡形,形状与相同Ta时的涡胞基本相同;在不同的泰勒数Ta和雷诺数Re下,涡心的轴向传播速度约为平均轴向流速的1.17倍,相传播速度约为内筒转速的0.42倍。     

ANSYS的二次开发与多维稳态导热反问题的数值解

由于反问题本身所具有的不适定性和复杂性,多维导热反问题的数值方法往往偏于复杂。建立了稳态导热控制方程、边界条件以及附加条件(测量温度)来表述的三维稳态导热反问题的数学模型。在此基础上,利用参数化设计语言APDL对大型通用有限元分析软件ANSYS进行简单的二次开发,从而可快速简易地求解各种复杂几何形状物体导热的反问题,而且只需知道部分点的温度值,无需对热流量进行测量,从而减小因测量误差而带来解的偏差。对一个已知导热系数的物体进行稳态导热反问题求解,误差很小,绝对误差0.055W/m2·℃,相对误差为1.72%,验证了本方法的可行性。而且,为进一步提高解的精确性,可多测量几组,求解出相对应的导热系数,然后把其平均值作为待求的导热系数。此方法同样适用于已知初始条件的多维瞬态导热问题。     

方形蓄热单元内铝铜合金熔化和凝固特性数值模拟

对中心带有恒温换热圆管的方形蓄热单元内铝铜合金的熔化和凝固过程进行数值模拟,研究相变材料(PCM)的熔化和凝固特性以及蓄热单元宽高比对PCM熔化和凝固特性的影响,并探讨蓄热面积系数对蓄热单元最佳宽高比的影响。结果显示,对于中心换热管直径为20mm、横截面积为6400mm~2的方形蓄热单元,PCM的熔化和凝固时间均随宽高比的增加呈现先缩短后增长的变化趋势,且当宽高比为1.56时,PCM的熔化时间最短,定义其为该潜热蓄热量条件下蓄热单元的最佳熔化宽高比;当宽高比为1.00时,PCM的凝固时间最短,定义其为方形蓄热单元的最佳凝固宽高比。此外,当蓄热面积系数增加时,蓄热单元的最佳熔化宽高比出现增大趋势,而最佳凝固宽高比保持不变。方形蓄热单元的宽高比应结合实际应用条件进行合理选择。     

基于TRNSYS的空气源热泵辅助太阳能热水系统优化研究

为实现空气源热泵辅助太阳能热水系统中关键参数的优化匹配,基于TRNSYS动态模拟平台建立完整的空气源热泵辅助太阳能热水系统模型。以系统生命周期成本为目标函数,以集热器面积、集热器倾角、水箱容积及热泵功率为优化变量,借助GENOPT软件调用Hooke-Jeeves算法对系统各变量进行同步优化,并对各优化变量进行敏感性分析。以西昌市某学生宿舍的空气源热泵辅助太阳能热水系统为研究对象进行优化。研究结果表明,优化后的COPsys普遍提高,系统性能得到明显改善,系统全年运行费用缩减,全年节电率高达9.11%。并在此基础上提出关键参数的推荐匹配原则:单位集热面积水箱容积为70 L/m~2,单位集热面积热泵功率为60 W/m~2,最佳集热器倾角为φ-6°(φ为当地纬度)。对空气源热泵辅助太阳能热水系统进行设计时,可依据以上匹配原则对热泵功率、集热器面积、水箱容积、集热器倾角按照先后顺序进行优化。研究结果可为空气源热泵辅助太阳能热水系统的优化设计提供理论依据。     

西昌市太阳能热水系统集热面积、水箱容积与倾角的组合优化

太阳能热水系统设计中集热器面积、水箱容积、最佳倾角是相互影响的,在辅热量最小原则下,三者还没有一个系统的组合优化方案。为研究三者的组合关系,建立完整的太阳能热水系统模型,提出一套系统的组合优化方法。综合考虑技术、经济因素对系统性能的影响,提出净节省费用的概念,并依据辅热量最小原则与净节省费用最大原则分别给出两套组合优化方案,进而对两套方案进行分析。为太阳能热水系统中集热器面积、水箱容积、最佳倾角的合理设计提供依据。     

双水箱太阳能集中热水系统关键参数优化及建筑类型的适用性研究

为对供热水箱容积、供热水箱控制最低水位、补水泵流量、集热水箱放水温度等关键参数进行系统优化,建立典型的双水箱太阳能集中热水系统仿真模型,以太阳能保证率和集热效率为主优化指标。结果表明:部分工况下供热水箱容积的增大会引起太阳能保证率的增大,但集热器的集热效率会有所减小;对于供热水箱通过水位控制的双水箱太阳能集中热水系统,建筑类型对系统补水泵流量的影响较大;对于集热水箱到供热水箱的热水通过温差控制的热水系统,放水温度应大于用户用水温度;双水箱太阳能集中热水系统,更适于24 h连续供水的建筑类型。     

油管抽油杆偏磨机理研究与措施探讨

随着我国的改革开放,油田的生产在进几十年得到了飞速发展,但也有许多的油田油井在向老龄井过渡。并伴随着许多新的问题在油田采油工程中出现,其中最为严重的就是油管与抽油杆等机械的磨损。它们的出现严重的影响了油田向高效率、低耗能的生产方向发展。     

成都地区相变墙体夏季工况的参数优化及效果分析

为了解相变墙体传热特点和评价相变材料在成都地区的使用效果,建立相变墙体传热数理模型并通过实验验证模型正确性。在此基础上分析了成都地区夏季工况下相变材料的相变温度、相变区间、相变潜热和导热系数对使用效果的影响,并对参数进行优化。结果表明:适合成都地区夏季墙体内表面的相变材料的相变温度为25～26℃,相变区间为2℃以内,相变潜热与使用效果呈线性关系,导热系数对使用效果影响不大。     

矿井避难硐室热环境研究综述

综述了矿井避难硐室热环境的形成及其传热问题解析解、数值解和试验研究情况,分析了围岩初始温度、热物性参数等对硐室热环境的影响及现有避难硐室的降温方式,介绍了当前研究的不足,指出了下一步的研究方向。