发电机组流场数值模拟及优化分析

发电机组在运行过程中会产生较大热量,其散热性能不好会直接影响使用性能和寿命。文章以某发电机组为研究对象,采用流体力学计算方法,利用STAR-CCM+软件对其流场特性进行数值模拟分析。流场分析发现,机组内发动机各冷却风道风量分配不均匀和消声器局部区域存在速度死区,不利于散热。依据流场分析结果提出相应的结构优化方案,优化后机组发动机各冷却风道风量分配得到明显改善,消声器表面平均速度得到明显提升,不存在速度死区,变频器、定子及发动机表面速度分布更均匀。发电机组流场分析及优化结果为后续整机产品开发和系统级热管理匹配提供了参考。     

基于STAR-CCM+的发电机组流场分析及结构改进

发电机组高性能和轻量化的设计需求对其冷却系统提出了更高的要求。发电机组散热效果好可保证机组在最佳温度下工作,确保机组稳定可靠运行。为评估一款发电机组散热性能,基于CFD分析方法,采用流体分析软件STAR-CCM+对该发电机组进行流场分析,并依据流场分析结果针对性地提出结构改进方案。结果表明,发电机组原结构缸头出风直接吹向油箱底部,消声器表面无风流经,整机散热存在风险。通过添加缸头导风罩和消声器通风罩的方法改善了发电机整机散热性能:油箱底部表面速度降低明显,消声器处冷却风量从28.91 g/s提升至135.78 g/s,风量提升明显,消声器表面平均风速约4.04 m/s。温度实测结果表明,机组额定功率运转120 min,改进后机组的油箱底部和电机顶部温度降低了38 ℃和17 ℃。研究结果可为发电机组散热性能评估及结构改进提供参考。     

基于STAR-CCM+的发电机组流场对比分析及结构优化

文章以康明斯6C柴油发电机组(机组型号S688CCS)为研究对象,采用STAR-CCM+分析软件对该发电机组常规型和静音型的整机流场进行分析,对比研究该发电机组2种类型流场的差异性。模拟结果表明:该机组静音型的冷却风总量低于其常规型机组,且散热器处冷却风也低于常规型机组,不利于机组散热。依据流场对比分析的结果,采用单一变量控制方法,对静音型机组的风扇罩、消音材料及附近结构、进气格栅等结构进行改进,优化了流场分布特性,从而提出了相应的结构优化方案。优化后静音型机组散热器的风量较初始结构下的散热器风量提升44.33%,冷却风总量高于常规型机组,提升比例较大。研究结果可为发电机组冷却风道的设计提供相应的理论依据。     

基于STAR-CCM+的通机整机流场数值模拟

基于CFD方法,采用STAR-CCM+ 11.06流体仿真软件对某通机整机流场特性进行分析,研究了风扇罩开孔、箱体底部开孔、风扇罩内侧挡板及位置等对流场特性及风量分配的影响。对6种不同结构改进方案的仿真结果表明:不同结构下整机流场分布特性与其原始结构分布特性基本一致,发动机表面平均速度相差不大;箱体底部开孔面积从240 mm2增加到320 mm2且风扇罩内右部分挡板上移5 mm的结构改进方案具有较好的流场分布特性,该结构方案在箱体底部、缸头中间及排气道附近的风量分配略好,风扇入口总风量提升明显,相比原始结构总风量提升了6%,有利于整机冷却性能的提升。通过对通机整机的流场分析及结构方案设计的流场特性评估可为后续整机产品的前期设计与开发和系统匹配提供理论支撑。     

基于无扇叶风扇的发动机冷却风扇的设计研究

无扇叶风扇可显著增加进风口的流量,将其应用于汽车发动机冷却系统,通过仿真分析其送风性能和冷却效果.首先对冷却风扇的三维模型使用Fluent软件进行流体仿真以分析空气流动情况并得到出风量.扩散面长度和外侧倾角这两个参数对风扇的送风性能有较大的影响,通过仿真计算获得了出口流量随这两参数的变化规律.最后建立了散热器的简化模型并检验冷却风扇的散热效果,结果表明在进风为20m/s的速度下,散热器温度降低约10℃,散热效果明显.     

发动机传动箱流场的数值模拟研究

为确保发动机传动箱结构设计的合理性,减少开发发动机传动箱时的实验次数并缩短开发周期,保证发动机传动箱内部良好的冷却效果,基于计算流体力学仿真分析方法,对发动机传动箱内冷却流场细节进行数值模拟分析,并获取了最小传动比状态下和最大传动比状态下的进风量、风速分布云图.流场分析结果显示:在传动箱冷却结构的两种设计方案中,设计方...     

侧风条件下队列行进轿车燃油经济性研究

为了探究队列行驶车辆的燃油节省情况,以3辆等间距队列行驶车辆为研究对象,对不同侧风环境条件下的跟车过程进行数值模拟,得到队列中各车辆的空气阻力系数。将三维数值模拟得到的散热器边界条件代入轿车散热器-风扇一维散热模型,得到风扇的消耗功率,利用汽车行驶方程式推导得到队列行驶车辆气动减阻而节省的功率及考虑风扇消耗的净燃油节省率公式,探究队列中各车辆的燃油经济性。结果表明：队列行驶主要影响队列中车和尾车散热器的进气速度,进而影响发动机散热风扇功率,散热风扇功率变化和气动阻力功率变化共同影响着队列车辆的燃油经济性;在侧风角度为5°时。队列各车在不同跟车间距下均有较高的燃油节省率,且跟车间距越小各车燃油节省率越高,在跟车间距为0.2倍车长时,队列的平均燃油节省率可达25.6%。     

不同外部风温对微尺度火焰的影响

为了研究微尺度燃烧器由于散热造成燃烧稳定性差的问题,对微尺度燃烧器外部吹风控制表面散热,对比不同工况下燃烧器的工作性能.当燃料混合气体体积流量为0.12、0.24、0.36 L/min时,风温分别为277.15、380.15、635.15、790.15、1 001.15 K.实验结果表明,提高冷却风温或燃料流量可以抑制熄火.测量燃烧器壁面温度,结合数值模拟,研究内部燃烧过程.结果显示,随着冷却风温上升,反应区域峰值温度上升且向上游偏移.在024 L/min,燃料气体当量配比下,当冷却风温由277.15 K上升到1 001.15 K时,峰值温度上升约165 K,反应中心上移约5 mm.证明高温冷却风通过减少散热,提升反应强度,抑制热熄火.当体积流量由0.12 L/min上升到0.36 L/min时,虽然壁面散热量上升,但占总能量的份额相对降低,因此提升燃料流量可以抑制热熄火.     

汽轮发电机冷却风扇的数值模拟及优化

为了深入研究汽轮发电机冷却风扇内的流动规律,并对其设计提出合理优化方案,对某汽轮发电机轴流式通风冷却风扇的原始模型在流量为25m3/s的工况下进行了CFD流场数值模拟,通过改变叶片安放角和叶片扭转角,得到冷却风扇计算效率和叶片安放角及叶片扭转角之间的关系.计算结果表明:在一定范围内,风扇效率和叶片安放角及叶片扭转角之间都呈近抛物线变化关系,在特定叶片安放角和叶片扭转角附近风扇效率最高.经叶片修型后的轴流风扇效率较原模型提高了15.8%.     

电池包流场湍流模型适应性与散热性能研究

为准确模拟出电池包内部流场结构与温度分布,探索工程上应用广泛的k-模型的湍流适应性,采用简化的锂离子电池包,并为其建立了叠压与管束排列离散模型,分别运用3种k-湍流模型进行数值仿真,得到不同排列方式下的流场和温度场。结果分析表明:RNG k-模型对于小尺度、大曲率衍生涡的模拟有较大优势,但涡的形状、大小相比于Standard及Realizable k-模型明显不同,Standard k-模型能更好地揭示冲击性回流对后排电池温度的影响;管束排列下,电池包的温度分布均匀性更好,散热性能更优。     

Numerical investigation of radial inflow in the impeller rear cavity with and without baffle

In typical small engines, the cooling air for high pressure turbine(HPT) in a gas turbine engine is commonly bled off from the main flow at the tip of the centrifugal impeller. The pressurized air flow is drawn radially inwards through the impeller rear cavity. The centripetal air flow creates a strong vortex because of high inlet tangential velocity, which results in significant pressure losses. This not only restricts the mass flow rate, but also reduces the cooling air pressure for down-stream hot components. The present study is devoted to the numerical modeling of flow in an impeller rear cavity. The simulations are carried out with axisymmetric and 3-D sector models for various inlet swirl ratio β_0(0–0.6), turbulent flow parameter lT(0.028–0.280) with and without baffle. The baffle is a thin plate attached to the stationary wall of the cavity, and is proved to be useful in reducing the pressure loss of centripetal flow in the impeller rear cavity in the current paper. Further flow details in impeller rear cavity with and without baffle are displayed using CFD techniques. The CFD results show that for any specified geometry, the outlet pressure coefficient of impeller rear cavity with or without baffle depends only on the inlet swirl ratio and turbulent flow parameter. Meanwhile, the outlet pressure coefficient of the cavity with baffle is indeed smaller than that of cavity without baffle, especially for the cases with high inlet swirl ratio. The suppression of the effect of centrifugal pumping and the mixing beween the main air which is downstream of the baffle and the recirculating flow of the vortex in the stationary cavity, which are caused by the use of baffle, are the underlying reasons that lead to the reduction of outlet pressure loss.     

等离子发生器中流场的组织与电极冷却

空气等离子点火技术可以加速燃料燃烧的物理化学过程，扩大点火的浓度极限，提高点火的可靠性及燃烧的稳定性，本文用等效的内部加热区代替产生欧姆热的电弧，对等离子发生器内的热力学平衡和化学非平衡的空气热流体场进行了数值模拟，分析了进气预旋角，进口气流总压和喷嘴气流压缩角对电极斑点附近的电极表面温度的影响。讨论了电极烧蚀之后电极表面温度的变化，通过对数值模拟结果的分析，提出了等离子发生器的结构设计和电极冷却方式的合理建议。     

车用天然气发动机起动及怠速过程的试验研究

采用自主研发的车用天然气发动机控制系统(ECU),针对经过改装后的JL465Q5发动机进行了起动和怠速过程的试验研究.以AVR单片机为核心,ECU采用多片式结构;采用步进电机控制旁通空气阀开度,从而控制起动和怠速工况下的空气进气量;采用电控天然气喷射阀,控制发动机运转时的天然气供给量;开发了试验监控系统,作为人机对话接口;开发了转速采集系统,可以实时准确地记录起动过程.通过试验发现,采用较浓的混合气、较高的冷却水温度均有利于天然气发动机的冷起动过程;采用增量式PID控制算法对天然气发动机怠速转速进行闭环控制是有效可行的,而且控制效果较好.试验结果表明,自主研发的控制系统和转速采集系统实用可行.     

地铁用间接蒸发冷却器换热性能影响因素

为解决地铁站冷却塔设置难题,提出了一种采用低速电机驱动旋转布水装置的间接蒸发冷却器,在两种布置方式下,对其换热性能进行了单因素实验,并运用正交实验法对较优布置方式下影响换热器换热的因素进行了分析。结果表明：两种布置方式下,喷嘴与蒸发冷却器的间距、两组换热管束间距均存在最佳值,喷嘴双侧旋转布水优于单侧旋转布水;换热器平行气流布置且喷嘴双侧旋转布水为较优布置方式,此时,换热器换热量随喷水量、转速、空气速度、冷却水进口温度的增加以及喷水温度、空气温度的降低而增大,其中,冷却水进口温度对换热器换热影响最为显著,其他因素对其换热的影响从主到次顺序为：喷水量、空气温度、空气速度、喷水温度、转速、冷却水流量。     

汽车发动机冷却风扇电动机的研制

给出所研制的钕铁硼永磁汽车冷却风扇电动机的结构、热稳定性、设计原则和试验结果,并对此进行了分析、总结。     

空气源热泵双末端系统冬季供暖性能试验研究

对空气源热泵双末端进行实际应用,测试风机盘管和地面辐射两种空调末端冬季供暖时的送风温度、地面温度、室内空气温度、主机供回水温度及不同地面装饰材料房间的供回水温度和地面温度,进而得出两种空调末端的提温速度及室内垂直温度分布. 研究结果表明:前者送风温度的升温速度是后者提温速度的11.2倍,且在两种空调末端供热下,前者室内1 m处空气温度的升温速度是地暖末端的3.73倍,因此前者使室内能更快达到室内舒适的温度; 地暖辐射虽然使室内升温速度慢,但房间的垂直温度分布的均匀性要优于风机盘管. 主机室外机化霜对风机盘管末端的送风温度影响较大,而辐射地面末端由于地面混凝土层等材料具有蓄热性,对辐射地板表面温度和房间温度影响较小. 地暖末端供暖时,大理石地面的升温速度是木地板的1.67倍,因此大理石地面能更快达到舒适温度的需求.