分水器二维湍流数值模拟与分析

为解决水系统中分水器的主要综合性能问题,采用计算流体力学理论,对分水器按实际尺寸进行了二维数值计算,研究了分水器压强小于1.25MPa,入口水流Re小于4.73×104的正常工作情况下分水器内部速度、压力、水头损失率随人口Re变化规律。计算结果表明:分水器中的速度分布在第一个分路口前不是标准的"抛物线形状";在每个分路口后速度逐级降低,降低规律明显;最后分路口后有漩涡区。分水器入口Re为2.37×104时,分路口入口右侧靠近壁面受水流冲击产生剪切应力较小。不同入口Re的分水器内动压分布相似,动压大小与分水器入口Re有关。不同入口Re的分水器分路出口水头损失曲线相似,分路1水头损失率最大,分路4为最小值;在分水器中流道形式、壁面糙度一定的情况下,减小局部阻力损失较好的方法就是降低入口Re。计算结果为分水器制造和为供水系统的阻力计算提供了基础数据。     

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。     

不同热源位置下室内自然对流换热数值模拟

以不同热源位置下室内自然对流换热过程为研究对象,采用有限容积数值方法对质量守恒方程、能量守恒方程进行离散求解,研究了瑞利数Ra在103～106之间,不同热源位置情况下,室内的流体流线、等温线的分布特征和Nu数的变化。分析结果表明:Ra=103时,等温线以热源为中心向外扩散呈均匀拱形,随着Ra数的增加,等温线逐渐弯曲变形,在冷壁和热壁附近形成薄边界层;流线呈现为两个反向对称的涡,随着Ra的增大,涡的大小改变并发生运动;Ra=103时,D=0情况下的Nu最大;热源的位置对换热量的影响较大,D=0.5时,Nu数曲线最陡,D=0时最平缓;Nu数与Ra数呈幂数关系,拟合的线性相关性可达90%。结论为研究室内复杂传热机理提供理论依据。     

不同热源位置下室内自然对流换热数值模拟

以不同热源位置下室内自然对流换热过程为研究对象,采用有限容积数值方法对质量守恒方程、能量守恒方程进行离散求解,研究了瑞利数Ra在10 3~10 6之间,不同热源位置情况下,室内的流体流线、等温线的分布特征和Nu数的变化。分析结果表明：Ra=10 3时,等温线以热源为中心向外扩散呈均匀拱形,随着Ra数的增加,等温线逐渐弯曲变形,在冷壁和热壁附近形成薄边界层;流线呈现为两个反向对称的涡,随着Ra的增大,涡的大小改变并发生运动;Ra=10 3时,D=0情况下的Nu最大;热源的位置对换热量的影响较大,D=0.5时,Nu数曲线最陡,D=0时最平缓;Nu数与Ra数呈幂数关系,拟合的线性相关性可达90%。结论为研究室内复杂传热机理提供理论依据。     

射流混水过程数值研究

为解决射流混水过程中的综合性能问题,探索射流混水物理场,利用计算流体力学、传热学理论,改变主动流体的Re,对射流混水过程进行数值计算。深入研究的结果表明:随着Re的减小,射流混水过程整体速度降低,壁面处速度梯度减小;入口2、出口两侧(或单侧)区域温度值较大,温度最大值发生在入口2第一条等值线;靠近壁面处熵产值较大,最大值发生在混合室上壁,湍流核心区熵产值较小,最小值发生在中轴线区域,它们间的熵产不具有同一量级,即产生一种"壁面现象";随Re增大,熵产的面积加权平均值渐变波动增大,射流混水过程中粘性熵产比传热熵产大得多。射流混水过程最Re区间为1 950 000~215 500。     

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10 3~10 6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。     

塑料管车间内自然对流研究

以生产产品和循环水箱工作情况下塑料管车间内自然对流传热为研究对象,采用计算流体力学、传热学理论进行数值计算,研究了Ra在103～107之间时,车间内流体流线、等温线的分布特征和变化和产品温度梯度。研究结果表明:随着Ra的增大,厂房内的热传输形式由热传导逐渐向对流传热转换;靠近产品处空气的温度梯度要大于中央区域等温线的温度梯度;空气在靠近产品处向上移动,靠近墙壁处向下移动,以产品为界分成顺时针、逆时针两个漩涡,小漩涡流速大于大漩涡;产品处温度梯度总是大于其他区域,循环水箱在侧面时产品温度梯度总是小于在中间情况;在存在自然对流现象的车间内,低品位剩余热量(循环水箱释放热量)可以改变车间内的温度和空气流动状态,是一部分可以利用的能源。     

标准低矮建筑TTU室内气流组织数值研究

利用计算流体力学(CFD)方法计算3标准低矮建筑TTU在不同通风条件下室内气流组织分布。计算分析结果表明:对于标准低矮建筑TTU,宜采用入口风速在1.5～2.5m/s的上送下回式通风系统;送风口宜采用条缝式风口,距顶棚距离与房间高度之比不宜超过1/3;贴附射流方式使室内气流分布均匀,可有效地排出室内污染物,提高室内空气品质。计算分析结果有利于合理选择室内舒适工作区,为绿色低矮建筑室内通风设计提供依据。     

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。