光在大气和海水信道中传输的能量衰减计算

考虑自然光和海水浮游生物等产生的背景辐射以及云层、大气/海水界面和海水等介质的光辐射透过率,利用星载激光对潜通信能量方程估算了潜艇接收信号能量衰减大约可达-112~-140 dB.利用Monte Carlo方法计算星载激光对潜通信水下接收光斑分布状况,选择63%光斑半径作为接收平面半径,不考虑光在传输过程中介质的吸收效应,计算了不同卫星高度和发射角.近海岸海域水下200 m和深海海域水下300 m接收信号衰减,信号能量衰减可达84 dB.由于未考虑吸收效应和光斑大小选择的原因,仿真计算结果稍小于理论估算.     

结冰风洞液滴运动及传质传热特性分析

针对结冰风洞喷雾系统设计和分析的需要,建立了计算液滴运动及传质传热特性的数值方法。该方法将空气流动和水滴运动解耦计算,首先采用计算流体动力学的方法模拟空气流场,在此基础上,用拉格朗日法计算水滴运动轨迹,并根据雷诺比拟计算水滴运动过程的传质传热特性。采用本文方法对液滴在3 m×2 m结冰风洞中运动及传热传质过程进行了模拟,分析了导致液滴沉降的原因,总结了影响液滴温度和直径变化的因素,得到了液滴在运动过程中沉降和蒸发的基本规律,为深入开展结冰风洞喷雾特性研究打下了较好基础。     

跨介质上行激光传输的蒙特卡罗仿真

为了研究跨介质上行激光在传输过程中的分布与损耗特性,基于蒙特卡罗方法改进了现有的激光传输模型。假设水下激光为光子的集合且光强服从高斯分布,通过追踪大量光子的传输过程,获得统计结果以分析海面风速和水下传输距离对接收面上的光子分布与权重的影响。结果表明,当海面风速一定时,水下传输距离越远,光子分布越发散,中心位置权重急剧下降;当水下传输距离一定时,较低风速对光子分布影响不大,随着风速增加,光子分布的发散趋势明显。因此可知,海面较大风速和水下较远传输距离对跨介质上行激光传输有较大的影响。     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.     

偏振光子的水下传输特性分析

提出了利用蒙特卡罗法对偏振光子在表层叶绿素浓度不同的4个海域中的水下传输特性进行研究。首先建立了水下量子信道垂直传输模型,基于此模型分析了在4个海域中叶绿素浓度、海水对光信号的吸收系数和散射系数随海水深度的变化规律。随后仿真分析了4个海域中偏振光子的散射、衰减和偏振度特性随传输距离的变化趋势,给出了不同传输距离时计算接收总光子数的公式。仿真结果表明,海水对光信号的吸收和散射作用主要受叶绿素影响;随着不同海域的表层叶绿素浓度增大,光子的散射次数增加,最远接收距离减小,光子偏振度略微降低但基本保持不变。研究结果可以为星-潜量子通信系统的性能分析和建立提供一定的参考。     

有相变的水下超音速燃气射流数值模拟

为了对水下固体火箭发动机典型具有相变过程的复杂流动问题进行研究,本文依据水-蒸汽相变的热力学原理,建立了蒸发-冷凝过程的判别标准,设计了一种解决水下超音速燃气射流复杂相变过程的计算模型。根据VOF(volume of fluid)模型原理,通过对基本方程的源项进行修改实现了相变的数值传质、传热过程。经过实验与数值模拟结果的对比分析,验证了该计算模型仿真结果的可行性和可信度,运用该模型完成了典型工况的水下高温、高速燃气射流问题中相变过程的仿真计算,并对其过程进行了分析。仿真结果表明:该模型对解决复杂工况下的相变为题具有很好的适用性,可以为相应的工程问题提供很好的帮助。     

海底半裸露原油管道泄漏数值模拟研究

海底输油管道如果因失效而发生泄漏事故, 则不仅影响原油的正常输送, 而且泄漏的原油危害海洋 环境。针对半裸露海底管道的泄漏事故, 在海水流速、 泄漏方向不同的条件下, 利用流体分析软件F LUENT进行了 二维数值模拟。模拟结果表明, 海水流速和泄漏方向直接影响海底原油的扩散过程, 泄漏方向与海水的逆流方向成 4 5 ° 时, 泄漏的原油扩散很剧烈; 海水流速越大, 原油溢出海面所需时间越长; 泄漏方向对原油扩散的影响随海水流速 的增大而加强。模拟结果可为应对海底原油泄漏提供理论依据。     

侧风环境下自然通风湿式冷却塔周向进风变化规律

研究了自然通风湿式冷却塔底部周向进风随着外界侧风变化的规律,整个研究在一个热态模型冷却塔试验台上进行.研究表明：无风时,塔底周向进风是均匀轴对称的,即塔内填料各处的传热传质性能也是轴对称分布的.但侧风环境下,外界侧风破坏了冷却塔底部周向进风的轴对称分布规律,侧风风速大于0.2m/s时各处进风越不均匀.与无风工况相比,当侧风风速为0.5m/s时,迎风面进风口风速为无风时的1.875倍,而背风面进风口风速仅为无风时的30%.因此,外界侧风影响了进入塔内的总体通风量,恶化了塔内的传热传质性能.     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型．采用标准κ-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算．计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度．计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区．     

扫描模式对水下激光通信的影响

基于二维海浪模型,对星载激光在水下通信的上行信道进行分析.采用扫描模式后海面出射角的变化规律,通过使用MATLAB进行仿真,得到在不同风速情况下,发送端的扫描模式对海面出射角和通信成功率的影响.仿真结果表明,在风浪较大的情况下,合适的扫描模式可以明显提高通信的成功率.     

LNG球罐分层翻滚汽化过程的数值分析

基于VOF模型和boussinesq假设建立了LNG球罐翻滚过程的控制方程,数值模拟了LNG分层后的翻滚演化过程,并对影响翻滚的因素进行数值分析。研究表明,LNG分层是产生翻滚的根本原因,且随着环境漏热量的相对增大,罐内流体的平均对流速度增加,加速了LNG的翻滚时间。分层区密度差异相对越大,可滞后LNG翻滚时间,但层内自然对流剧烈。一旦发生翻滚将会使下层蒸发率聚增,引起罐内压力瞬间过大,造成严重危害。给出了预防翻滚的几点建议,可为LNG安全存储和优化运营提供理论指导。     

电站空冷散热器动态传热特性研究

建立了空冷散热器空气侧、水侧和管壁的热平衡偏微分方程,采用改进欧拉法对离散后的方程进行求解。获得了迎面风速、循环水质量流量和入口水温阶跃变化时散热器的动态响应特性,以及变量变化程度对散热器动态过程的影响。结果表明:扰动变量阶跃变化时,变化程度越大,对应的动态响应曲线变化幅度也越大。迎面风速增加时,空气和循环水出口温度降低;循环水质量流量和入口水温增加时,空气和循环水出口温度均增加。迎面风速和循环水质量流量越大,动态响应时间越短;循环水入口水温变化时,动态响应时间不变。     

基于断桥结构LNG罐式集装箱内接管传热分析

深冷液化天然气（LNG）罐式集装箱是最典型的运输液化天然气的设备,具有机动性高、灵活性强的优点,由于罐式集装箱运行工况较为复杂,罐内介质易燃、易爆且需在低温环境下储存,因此对集装箱的保冷性能要求较高。基于有限元理论结合实际工况,利用ANSYS软件针对LNG罐式集装箱顶部进液管沿轴向的漏热量问题进行计算和分析,发现其沿轴向的热流密度大,外界环境中的热量极易沿管路传入到罐内,传热速率快,特将断桥结构引入到管路的优化设计中,提出改进方案以实现热流阻断的效果。     

大空间单列水平线热源自然对流速度,温度场及换热的解析模型

单列线热源是房间热源的基本组成元素,基于对单一线热源浮力尾流的讨论,提出了表征单列线热源浮力尾流性质的特征速度,特征温度,建立了预测单列线热源速度场,温度场及自然对流换热的解析模型。     

3种条件下砂岩超声波波速的试验研究

利用自行研制的岩石高温加热装置,对砂岩试件单向约束、双向约束、无约束3种试验条件下高温前后的纵波波速进行试验研究.结果表明:单向约束试验中,随着温度的升高,砂岩Y,Z方向波速与温度的关系曲线基本成二次函数变化,X方向近似直线下降,700℃时砂岩波速降到了2.096km/s;双向约束试验中,砂岩3个方向的纵波波速随温度升高均呈直线下降;700℃时双向约束试验中砂岩纵波波速最多下降了51.793%,无约束试验中1 200℃时砂岩纵波波速最多下降了80%.高温作用后,岩石内部微结构发生变化,温度越高变化越大,主要表现为岩石内部水分不断蒸发,含水矿物的脱水、相变和岩石部分熔融,孔隙率增加,颗粒边界裂纹出现、发展、贯通,微裂隙产生、演化,矿物成分分解,胶结物强度降低,内部结构热应力扩散,矿物颗粒相互摩擦挤压等.     

板式换热器运行参数影响结垢的权重及机理分析

对比实验研究了不同工况(冷却水入口温度、流速)下板式换热器松花江冷却水污垢特性,将污垢热阻与这两种运行参数进行了灰色关联分析,并就运行参数对其结垢的影响逐一作了机理分析。结果表明:板内污垢为析晶、生物等污垢共同组成的混合污垢,呈渐近型增长且无诱导期;冷水入口温度比流速更影响结垢;结垢机理为:冷水入口温度的提升,强化了污垢的附着、削弱了污垢层的脱除,结垢由对流传质和表面反应共同控制,低流速以对流传质为主,高流速以表面反应为主;流速对污垢剥蚀的影响强于沉积,故流速增加,净结垢量减少,污垢增长率减小。     

瞬态分子扩散传质过程中质量迁移特性理论研究

对瞬态扩散传质问题的物理过程进行了分析。依据热量、质量传递的类比关系，提出了质量传播速度的概念，继而对传质本构方程－费克第一定律进行修正，以此为基础，建立了瞬态分子扩散传质问题质量传递微分方程式，并以一维瞬态扩散传质问题为例对本文所述问题进行了理论上的分析。     

热风加热沥青路面冲击射流共轭传热特性

为提高热风加热沥青路面的就地再生加热效果,基于热风冲击射流对流换热和沥青路面内部导热的共轭传热过程,建立了热风加热沥青路面的冲击射流共轭传热理论模型,选取有限容积法得到了共轭传热模型的通用离散方程,采用压力-速度耦合半隐式算法(semi-implicit method for pressure linked equations, SIMPLE)获得了整个求解域内温度场分布,选取平均热流密度和平均换热系数反映沥青路面加热效果,通过正交试验研究了热风出口速度和热风出口温度对路面加热效果的影响程度。仿真和试验结果表明：理论计算与实验温度场分布趋势吻合度高,两者平均误差为8.4%;平均热流密度和平均换热系数在加热初期均从最大值急剧下降,而后下降幅度逐渐减小趋于平衡,两者的仿真计算与实验结果趋势相同,平均误差分别为6.4%和7.8%;热风出口速度和热风出口温度对平均热流密度均有显著影响,热风出口速度对平均换热系数有显著影响,热风出口温度对平均换热系数的影响相较于平均热流密度指标表现为不显著。研究结果为后续沥青路面就地热再生热风加热温度控制和加热器设计提供了理论依据。     

冲击加热半无限物体温度波效应

利用拉普拉斯变换和差分方法分别对双曲线型导热方程进行了理论求解和数值分析计算,并对热量传播速度为有限值的温度场做了物理方面的分析和讨论.结果表明,在快速瞬态导热情况下,热量传播速度对温度场的建立将产生本质的影响.     

人工合成水晶高压釜温度场研究

用数学模型研究了高压釜内溶液的流动和温度场分布,用热电偶在生产现场测定了高压釜的外表面温度,分析了高压釜内流体的流动和温度分布对水晶生长过程的影响。结果表明,高压釜的温度分布是由下向上逐渐降低的,溶解区外部温度高于内部温度。热流方向由外向内,生长区内部温度高于外部温度,热流方向由内向外。整个高压釜的温度都偏低。