多流程板壳式换热器流量分布特性的模拟与优化

以多流程板壳式换热器为研究对象,建立了板程与壳程的物理模型并进行数值模拟,分析了流速、流道数对流量分布特性的影响及流量分布特性对传热效率、压降的影响。通过增大导孔直径和改变入口角度对板程进行了优化,通过设置双入口和增加挡板对壳程进行了优化。研究表明:多流程板壳式换热器的板程与壳程均存在严重的流量分布不均匀现象,且板程要比壳程更为严重,不均匀性会随流速和流道数的增大而增大,并导致板程传热效率下降6%～14%、壳程下降2%～5%,且均造成压降的增大;增大导孔直径和改变入口角度均有利于板程流量的均匀分布,但效果有限,双入口模式可以很好地改善壳程流量分布的不均匀性,而添加挡板虽使不均匀性降低,但是造成了压降的增大。     

压力涡流喷油器喷嘴结构因素对喷雾特性的影响

采用MIXTURE双相流数值模拟的方法研究压力涡流喷嘴结构因素对形成中空锥喷雾的影响。喷孔直径由0．5mm增大到1mm时,喷雾贯穿距离减少约60％,空心锥角增大7．5倍;喷孔长度由0．6mm增大到1mm时,喷雾贯穿距离增大约1．4倍,空心锥角减少约40％;有轴针时,空心锥角增加约4倍;改变轴针形状,将轴针头部加工成锥形,空心锥角增加约30％。喷孔内、外有无圆角对喷雾空心锥角大小的影响幅度在30％-40％。研究结果表明：喷孔长径比、喷孔入口处喷孔形状与轴针形状的配合和喷孔出口端形状是影响压力涡流喷嘴空心锥特性的重要因素。     

设计参数对V锥流量计性能影响的数值研究

建立了V锥流量计三维流动物理模型和数学模型.借助FLUENT软件分别对不同等效直径比、前锥角、后锥角的V锥流量计的流场分布进行数值计算.分析了不同雷诺数与流出系数的关系.研究表明:前后锥角不变,等效直径比越大,流出系数越小.随着雷诺数的增大.流出系数增值幅度减小并逐渐趋于某一常数.保持等效直径比不变,改变前后锥角,发现...     

V锥流量计水力空化气液两相流场数值研究

基于CFD多相流空化模型,对V锥流量计内流体的空化流动进行数值计算,分析了不同入口压力、等效直径比、前、后锥角对流场空化率的影响.研究表明:由于锥体的节流作用使流场中最低压力出现在锥后一定位置处,且降低入口压力、增大等效直径比,适当增大前、后锥角均可有效抑制空化的形成和发展.计算结果可为工程实际应用提供一定理论指导.     

二甲基醚喷雾特性的数值模拟和实验研究

对二甲基醚在定容室内的喷雾特性进行数值模拟分析。研究环境背压、喷孔直径、启喷压力等对二甲基醚喷雾混合特性的影响,比较二甲基醚和柴油的喷雾特性,并将计算结果与实验数据进行对比。结果表明:环境密度、喷孔直径越大,二甲基醚喷雾体发展越不稳定。环境密度增大时,喷雾贯穿距减小、喷雾锥角增大;喷孔直径增大时,喷雾锥角和喷雾贯穿距随之增大;启喷压力越高,喷雾贯穿距和喷雾锥角随之增大。     

锅炉水冷壁节流孔板结构对结垢的影响及其优化

针对超超临界锅炉水冷壁节流孔板结垢问题,建立了节流孔板的数值计算模型,分析了结垢的主要原因以及孔板结构参数对结垢程度的影响．在大量数值计算的基础上,采用BP人工神经网络建立了孔板结构参数与结垢程度之间的关系模型并采用遗传算法进行结构优化,得到节流孔板的最佳结构参数．结果表明：节流孔板处压力突降造成磁性氧化铁的析出并沉淀是节流孔板结垢的主要原因;节流孔板的入口倒角、出口倒角、孔径和厚度等结构参数对孔板壁面附近的最大压降幅度和孔板节流效果的影响不同,孔板的厚度越小越好,出口倒角对结垢几乎没有影响,而孔板的孔径和入口倒角对结垢程度影响较大;得到的最佳孔板尺寸参数为孔径9．54mm,入口倒角35°。     

基于CFD的非标准孔板流量计的数值模拟

为了获得一种在性能和节能方面都较优的非标准孔板,以计算流体力学(CFD)为工具,模拟了标准孔板流量计与一类两通道非标准孔板流量计的内部流场,并探究了两大类孔板分别在β=d/D为0.5和0.7时的流出系数随雷诺数的变化规律,并与由Reader-Harris/Gallagher(1998)公式计算出的流出系数进行比较。结果表明:数值模拟的结果与按理论公式计算的结果相差较小,反映了模拟结果的正确性,比较两类孔板的模拟结果可知,两通道非标准孔板具有低临界雷诺数,永久压降低等优点。因此模拟结果为孔板的理论分析和实验研究提供了新的思路。     

太阳能热发电用相变蓄热器的数值模拟与优化

采用单级壳管式蓄热结构,运用FLUENT软件进行数值计算,对蓄、放热过程进行分析,分析了固、液界面前端位置的变化,通过对数据的曲线拟合得出熔化时间与入口温度的函数关系,讨论了蓄、放热熔化凝固时间以及管内温度的变化.通过拟合,得到的曲线显示出很好的一致性,得出最佳入口温度1025 K,流量0.05kg/s.对蓄热和放热阶段分析,得到前端位置随时间变化形状呈现锥形,管内温度的变化,显示了相变蓄热技术的优势,得出的结论对相变问题的数值模拟以及相变装置的结构设计具有重要的理论价值.     

分流气体对冲排气消声器压力损失模型研究

进行了分流气体对冲排气消声器压力损失数值计算,试验验证了计算方法的准确性,采用Design-Expert设计了压力损失试验,建立了压力损失与试验因素(内腔直径、对冲孔形状、对冲孔中心距、内腔分流单元锥角和气流速度)之间的数学模型,得出了不同变量对压力损失的二阶交互作用响应面,深入分析了变量间的交互影响关系.结果表明:内腔直径和流速是影响压力损失的主要因素,随着流速的增大,压力损失显著增大;随着内腔直径的增大,压力损失先缓慢减小后快速增大;对冲孔形状为矩形时,压力损失较小;对冲孔中心距和内腔分流单元锥角对压力损失影响较小.以压力损失为优化指标,得到了最佳试验条件,研究结果为该类消声器设计理论研究及优化设计提供了参考.     

生物油雾化特性的数值研究

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)研究生物油在离心式喷嘴内的雾化特性,考察喷射流量对流量系数、雾化锥角和液膜厚度的影响,并与生物油/甲醇混合燃料的雾化特性进行对比。结果表明:喷射流量对雾化锥角及液膜厚度有较大影响,对流量系数影响较小。喷射流量从0.03 kg/s增至0.12 kg/s,流量系数增大3.4%,雾化锥角增大30.6%,而液膜厚度减小22.3%;雾化锥角随甲醇含量的增大呈线性递增,而液膜厚度随甲醇含量的增大呈线性递减;利用数值结果拟合得到生物油液膜厚度的经验公式,拟合值和数值计算值吻合较好。     

二次空气系统中轴向旋转孔流阻特性的数值研究

通过计算流体动力学(CFD)研究了燃气轮机二次空气系统中轴向旋转孔的进口圆角比、长径比、压比和进口气流冲角对轴向旋转孔流量系数C_d的影响。计算结果表明,当孔的进口圆角比r/d0.2时,孔圆角的变化对流量系数影响显著;长径比、压比对进口有/无圆角的孔的流量系数影响规律不同,长径比越大时进口气流冲角对流量系数的影响越小;进口圆角比也会影响进口气流冲角对流量系数的影响规律。依据数值计算结果,对典型的旋转孔流量系数估算公式进行了修正,提高了经验公式的计算精度。     

转叶孔板螺旋流消能的影响因素试验分析

为解决供水工程中的过剩水头问题,常在有压输水管道中配置合适的消能装置,转叶孔板螺旋流消能是一种新型的内消能方式,通过转叶孔板螺旋流消能装置的水力特性试验,可知影响转叶孔板螺旋流消能效率的主要影响因素有雷诺数Re、转叶孔板开口角度和孔板之间的相互扭转角度,还有试验装置结构的设置。根据试验数据计算分析各个影响因素对消能效率的影响。结果表明,转叶孔板螺旋流消能效率与转叶孔板之间的扭转角成正比,与雷诺数成正比,与转叶板的开口角度成反比。试验装置在进口段和出口段设置管径突变均对消能有利,该装置比与其消能原理类似的孔板消能装置更实用,且消能效率更高,对下游建筑物设施起到良好的保护作用,可推广应用。     

OPTIMIZED DESIGN OF A NEW GASOLINE DIRECT SWIRL INJECTOR

The internal flow characteristics of a gasoline direct injector (GDI) have been studied to improve fuel economy and reduce exhaust emissions. Computational fluid dynamics (CFD) is used to examine the internal flow of the GDI with the purpose of designing the optimum geometry of the injector. The design parameters include orifice length, cone angle, swirl angle, orifice diameter, and needle lift. Numerical results show that optimum sizes of the orifice length, cone angle, swirl angle, orifice diameter, and needle lift are 0.8 mm, 140°, 120°, 0.8 mm, and 70 m, respectively. The size of the lift does not affect the formation of the air core significantly near the tip of the needle compared with the ball-type needle. The vena contracta phenomenon near the orifice inlet can be released by smoothing the edge.     

Fluid flow and heat transfer characteristics of cone orifice jet (effects of cone angle)

The use of a jet from an orifice nozzle with a saddle‐backed‐shape velocity profile and a contracted flow at the nozzle exit may improve the heat transfer characteristics on an impingement plate because of its larger centerline velocity. However, it requires more power to operate than a common nozzle because of its higher flow resistance. We therefore initially considered the use of a cone orifice nozzle to obtain better heat transfer performance as well as to decrease the flow resistance. We examined the effects of the cone angle α on the cone orifice free jet flow and heat transfer characteristics of the impinging jet. We compared two nozzles: a pipe nozzle and a quadrant nozzle. The first one provides a velocity profile of a fully developed turbulent pipe flow, and the second has a uniform velocity profile at the nozzle exit. We observed a significant enhancement of the heat transfer characteristics of the cone orifice jets at Re=1.5×10⁴. Using the cone orifice impinging jets enhanced the heat transfer rates as compared to the quadrant jet, even when the jets were supplied with the same operational power as the pipe jet. For instance, a maximum enhancement up to approximately 22% at r/d_o?0.5 is observed for α=15^°. In addition, an increase of approximately 7% is attained as compared to when the pipe jet was used. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.20243     

Studies of the Effect of Spray Inlet Conditions on the Flow and Flame Structures of Ethanol-Spray Combustion by Large-Eddy Simulation

Large-eddy simulation (LES) of ethanol spray-air combustion with a poly-dispersed initial droplet size distribution is presented here by using an Eulerian-Lagrangian approach, a sub-grid-scale kinetic energy stress model, and a filtered finite-rate combustion model with a sub-grid scale reaction rate called the second-order moment (SOM) combustion model, proposed by our research group. The simulation results are validated in detail by experiments. Furthermore, the flow and flame structures of spray combustion with different spray cone angles and cone angle thickness are studied. The results show that for the case of smaller spray cone angle thickness, the coherent structures in the high temperature zone tend to shed more clearly. High temperature develops around the coherent structures in the region of high vapor concentration, but not inside the large vortices. For the spray combustion with larger spray cone angle thickness, the vortex shedding at the outside of the flame zone is faster than that with smaller spray cone angle thickness. The instantaneous temperature maps of different spray flame structures with smaller cone angle thickness indicate the existence of small flame islands, expressing the droplet-group combustion, which is not observed in single-phase jet combustion and not obvious in the case of larger cone angle thickness.     

双路离心式喷嘴雾化锥角的数值研究

利用Fluent软件,基于VOF（Volume—Of—Fluid）两相流模型对双路离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟。分别模拟喷嘴主油路单独供油、副油路单独供油与主副油路同时供油时雾化锥角,计算较好扑获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得喷嘴内压力分布、速度分布、相分布与雾化锥角,反映出该双路离心式喷嘴内流动特点,将计算结果与试验结果进行了对比分析。     

基于VOF-DPM模型的离心喷嘴中的燃油流动及雾化特征研究

针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究。分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比。结果表明：VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降。     

叶片翼型在气—水流场中流动特性的差异

现代水力机械叶片设计时采用的翼型大多为空气动力学翼型,而较少关注水流场与空气流场的差异及流质改变对翼型流动特性的影响,因此选取七种翼型,基于CFD软件,在高雷诺数、小攻角下,对翼型在水、空气两种流场中绕流的升阻力、表面涡量分布、速度场进行二维数值模拟计算,并分析了两种流场中的差异,提出了水、空气两种流场中升力、阻力系数的差异修正系数,推导了以水(气)流场试验数据表达的相同条件下气(水)流场运动方程。结果表明,气流场、水流场的差异对翼型升力系数的影响较小,对阻力系数及升阻比的影响较大;水流场中,翼型表面涡量不存在较大波动,分布更为均匀稳定,且分离点位置集中于翼型中段;水、空气流场的尾流低速区域面积之比能够较好地反映阻力系数的差异修正系数。研究成果可用于指导不同流场中的翼型设计。     

生物柴油发动机NOx排放影响因素的数值模拟

根据生物柴油与柴油物性参数的差别,对柴油缸内喷雾燃烧模型进行修正,建立了生物柴油的缸内喷雾燃烧模型,利用该模型计算得到的缸内压力示功图与试验结果进行对比,验证了模型的准确性;利用AVL - fire软件,计算了发动机参数对生物柴油NOx排放的影响规律,着重考察了喷孔直径、喷雾锥角、喷油提前角、EGR率对燃烧温度和NOx...