太阳能热水器传热传质和强化传热研究

在低温太阳能光热光伏联合应用试验台的基础上,结合GB/T 17049—2005,利用Gambit、Ansys Fluent和Tecplot软件,对全玻璃真空管太阳能热水器进行传热传质和强化传热分析。结果表明:所建立的二维数值计算模型,能准确反映同一条件下,全玻璃真空管太阳能热水器的变化趋势;在数值模拟基础上,确定了单面受热时的最佳安装角度为51°,加装反光板类似双面受热的最佳安装角度为38°;在粗略估算和细化分析的基础上,确定了不同真空管结构的最佳导流板长度及安装位置;通过实验和数值模拟,确定了58mm×1 800mm为优化的全玻璃真空管结构。     

矩形管内纵向涡强化传热研究

将纵向涡强化换热技术应用于矩形管槽,研究以水为换热介质在过渡流状态下的换热效果。实验结果表明有纵向涡发生器的换热效果明显优于无纵向涡发生器的情况。利用PHEON ICS计算软件对实验进行数值模拟,模拟值与实验值符合较好。在此基础上,改变纵向涡的翼高和形状来模拟,发现两者均为换热影响的因素,相比之下,高宽比为0.4纵向涡发生器的换热效果比高宽比为0.5和0.6的要好。而采用相同高宽的矩形翼时,N u高于三角翼,但其换热性能指标却低于直角三角翼。     

金属镁皮江法还原工艺中的热过程模拟

采用CFX软件对我国广泛采用的皮江法镁还原炉内还原罐的热过程进行数学建模和仿真计算,得出其温度随加热过程的进行而变化的规律;根据热工原理指出了皮江法炼镁工艺的改进方向。研究表明：制约镁还原反应速率的主要瓶颈是还原罐的传热问题。     

泰勒涡流流动及强化传热数值研究

泰勒涡流为叠加于剪切流之上的二次流,其具有强化传热作用,在航空、水处理、制药工程和化工等领域都具有很大的应用价值。运用Fluent软件,建立长径比Γ = 30的模型并对同轴套管间的流态演变和传热特性进行了数值模拟。模拟结果显示了环隙内流体流态随着内筒转速增加的演变过程,表明在存在径向温差的情况下,涡流的存在强化了传热效率。对不同转速下的强化传热效果进行了对比分析,并确定了最佳状态点。     

三套管式相变蓄热器强化传热研究

基于三套管式相变蓄热器的特点,提出应用T字形翅片来强化相变蓄热器的传热性能。研究结果表明:添加翅片可有效地降低蓄热器中相变材料的凝固和融化时间,直翅片和T字形翅片的混合强化结构能使凝固过程比未强化结构节省74%的时间,使融化过程节省60%的时间。因此直翅片和T字形翅片的混合使用可以达到进一步强化传热的目的。     

板翅式回热器传热性能研究

对板翅式回热器的传热性能进行了实验和数值模拟,对板翅式回热器的传热性能以及其温度场和速度场的情况进行了分析,为今后的此种换热器的设计与改进提供了一定的理论依据。并且为研究板翅式气-气回热器在高温下的传热规律,分析参与换热两侧流体的传热特性,做出了初步探讨。     

带短肋翅片管的强化传热机理研究

同时对普通翅片管和带有两个短肋的翅片管在均匀流场中、不同雷诺数下进行了流场和传热的数值模拟,分析了带有短肋的翅片管强化传热的机理。结果表明,由于翅片上带有的短肋和短肋后面的开孔,减少了翅片管管后流动的死滞区,提高了局部地区流体的流速,增加了扰动,从而起到了强化传热的作用。取入口雷诺数为20000时,加装短肋后可使总传热量增加5.1%,平均表面传热系数增加23.56%。随着雷诺数的增加,总换热量增加,强化传热效果也增强。     

套管式相变蓄热器强化传热研究

蓄热技术可有效解决热能供给与需求在时间和强度上不匹配的矛盾,提高能源利用率。针对蓄热器换热效率低和蓄热器内部温度分布不均匀等问题,结合套管式和多管式蓄热器的换热特性,开发出高效蓄热换热器。研究结果表明,通过添加翅片使相变材料融化过程节省时间66.67%;增加翅片长度能够改善相变材料凝固过程中相变"死区"对整体放热时间的影响,使凝固过程节省时间73%。     

小尺度涡流发生器强化传热特性及机理

对布置有不同高度的小尺度涡流发生器的矩形槽道进行了数值模拟,对其传热和流动特性进行了对比研究。分析了小尺度涡流发生器强化传热的特点和机理。从流体流动对温度场影响的角度来说明对流换热的物理机制。     

扭带强化传热性能的数值与实验研究

通过模拟和实验的方法研究在湍流工况下(3 000Re10 000)换热器管内插入不同扭带模型后的传热特性和阻力特性。区别于传统螺旋扭带,提出一种顺时针与逆时针交替扭转的正反扭带。对不同扭率的传统扭带以及扭率为3的无缺口和半圆缺口正反转扭带进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证。结果表明:在湍流流态下,雷诺数越小,扭带的强化换热效果表现越好;对不同扭率的扭带,其努塞尔数、摩擦系数和综合性能指标随扭率的减小而增大;扭率为3时,两种正反扭带的强化换热效果均优于传统扭带,无缺口正反扭带的换热效果最好;模拟计算的结果数据与实验结果数据比较,最大误差不超过8%。     

金属镁还原系统的(火用)分析

从热力学原理出发,首次采用分析法研究了金属镁还原系统的损失部位与大小。结果表明:金属镁还原炉的效率很低,排烟损失和绝热燃烧损失都比较大,还原产物带走损失和还原炉体内部损失居次。据此提出了一些提高效率的措施。     

厢式货车减阻研究

为了减少厢式货车在行驶过程中所受到的气动阻力,从而达到节能减排的目的,本文设计适于厢式货车使用的新型空气动力学附加装置并基于商业软件FLUENT中的RNGκ-ε紊流模型进行数值计算。结果表明:该新型空气动力学装置明显地改变了厢式货车周围流场特性;同时分析速度场和货车表面压力场,获得了该新型附加装置的理论减阻率及其减阻机理。     

跨音速向心汽轮机气动设计分析

通过一维设计与三维数值模拟分析相结合的方法,对一台300kW向心汽轮机进行了气动设计。汽轮机整级焓降达到248.5kJ,压比达到4.17,为了提高整级效率,反动度值比较小,致使导叶栅中存在超音速流。对导叶和叶轮内部流动特性进行具体分析,并对设计过程中碰到的一些问题进行探讨。     

厢式货车尾部打孔装置减阻特性研究

对厢式货车周围流场进行了CFD数值模拟,分析了产生气动阻力的主要原因,在此基础上,设计了一种可以消除尾部漩涡场的新型打孔式空气动力学附加装置,并将装置进一步改进得到其优化模型。基于RNGk～ε紊流模型进行数值计算,分析货车周围速度场及其表面压力场,获得该新型附加装置的理论减阻率及其减阻机理。结果表明该空气动力学装置改善了厢式货车尾部湍流场,在前端加装导流罩的基础上进一步获得了6．04％的减阻率。 研究结果为厢式货车的减阻节能研究提供了理论依据和有价值的参考。     

24对棒多晶硅还原炉的辐射传热数值模拟

在还原炉中制备多晶硅需要密闭且高温的环境,用传统检测方法获得炉内温度场分布比较困难。本文基于FLUENT仿真计算平台,对硅棒生长至50、100、150 mm时的24对棒多晶硅还原炉的辐射传热进行三维数值模拟,得出还原炉内不同硅棒直径时的温度场分布。通过比较模拟的出口尾气温度与多晶硅实际生产中出口尾气的温度,验证模拟结果的可靠性。探讨温度对多晶硅生长的影响,为操作人员在多晶硅生产中控制炉内温度提供理论指导。     

表孔弧形闸门静力数值模拟

应力监测是闸门实时在线监测系统的重要组成部分,为使应力监测结果更精确,欲借助数值模拟还原清零状态时各个点位的应力值。为验证其可行性,在现场进行空载试验,得到闸门在100、8 000、9 800mm开度时各点位的应力值;再利用有限元软件数值模拟闸门相应状态的静力,并对比数值模拟结果与闸门实时在线监测系统监测的结果。结果表明,数值模拟结果与实际空载试验数据匹配良好,可以使用数值模拟为闸门实时在线监测系统提供清零后的初始应力值。研究成果可为闸门应力实时监测提供参考。     

变叶片数和长短叶片对某跨音速向心汽轮机气动性能的影响

利用三维数值模拟的方法对一跨音速向心汽轮机进行了气动设计优化分析,通过改变叶片数和采用长短叶片结构等方法分析其对叶轮内流场的影响,分析了TC-4P叶型的气动特点。结果表明:TC-4P叶型虽然只是普通的渐缩型流道的叶栅,但利用其斜切部的膨胀能力,对超音速工况一样具有良好的性能;叶轮采用长短叶片的方法可以有效地降低余速损失,并改善流动状况。     

选择性催化还原系统防沉积物堵塞喷嘴设计与喷射特性分析

针对选择性催化还原系统产生的沉积物易造成喷嘴堵塞,引起喷嘴管路背压过高及雾化喷射不均匀等问题,设计并研制了一种防沉积物堵塞喷嘴。该喷嘴通过调节喷嘴芯与螺套的锁紧量调定喷嘴的稳定喷射压力,并通过对喷嘴芯的最大开度进行机械限位,有效避免了尿素雾化喷射不均匀及NH 3逃逸等问题。对喷嘴的起闭特性与孔口径向截面的流量特性进行了理论分析,结果表明:当喷嘴因沉积物造成堵塞时,喷嘴芯开度随压力升高而增大,喷嘴孔口径向截面面积及截面质量流量也随之增大,有效提高了喷嘴内部沉积物的排出率,并降低了孔口外部沉积物的凝结风险。采用流体仿真软件Fluent对喷嘴的喷射特性进行了数值模拟,进一步探究了不同喷嘴芯开度及锥度角对喷嘴孔口径向截面面积、截面速度分布及截面流量特性的影响。最后,通过试验验证了喷嘴的喷射效果与开启压力精度。试验结果表明:采用该喷嘴后,喷嘴雾滴分布均匀,雾化效果良好,且在各稳定喷射压力下喷嘴均可以稳定开启,开启压力精度为±5%。     

新型环保导电混凝土的研制及接地试验研究

为解决各项工程中接地电阻过大和降低接地材料对环境的不良影响,本文通过对复合材料导电混凝土配方的研究和制造工艺的改进,研制出一种具备较高导电性能,同时生产简单、成本较低、方便施工、环保效果突出的导电混凝土,并通过接地工程试验研究,验证了该新型环保导电混凝土在导电性及环保方面优秀的性能。     

基于CFD的悬臂式多级离心泵径向力与轴向力研究

为提高悬臂式多级离心泵的运行稳定性,以某不锈钢悬臂式多级离心泵为例,采用Pro/E与ICEM软件完成全流场三维模型与网格划分,在ANSYS CFX中选取RNGκ-ε湍流模型方法,研究了以全流场非定常数值计算为基础提取得到的计算模型在多个典型工况下作用在叶轮上的径向力和轴向力。发现外特性曲线的模拟值和试验值吻合良好,说明径向力与轴向力的数值预测规律能够反映泵运转状态下的实际变化规律。分析结果表明,各级叶轮在一个单旋转周期内所受径向力较小,且分布不均匀;随着流量的增大,各级叶轮所受径向力均呈现先减小后增大的趋势,在设计点工况达到最小值;各级叶轮所受到的轴向力随流量增大而逐渐减小,首末两级叶轮较大,第二与第三级叶轮较小;总轴向力大小与流量呈现非线性关系,流量越大轴向力减小越快;随着流量的增加,单个周期内的总轴向力出现脉动频率等于叶轮和导叶叶片数最小公倍数的周期性现象。