基于双向流固耦合的汽油机排气歧管热应力分析

联合AVL-Fire与ABAQUS软件,对一台汽油机排气歧管进行温度场、热应力分析.首先利用AVL-Fire对排气歧管做内外流场CFD分析,得到排气歧管内外表面的热边界条件,即流体温度及换热系数;然后把热边界条件映射到有限元面单元,并通过有限元技术与排气歧管实体单元相耦合,通过ABAQUS算出排气歧管温度场,并把壁面温度场返回作为下一轮CFD计算的边界条件,再重复前一轮计算.如此反复,直至符合精度要求,最后计算热应力.     

基于CFD的活塞振荡冷却的流动与传热仿真研究

由于柴油机热负荷不断提高,必须要对活塞进行有效冷却。应用计算流体动力学(CFD)方法对活塞的振荡冷却瞬态传热进行了仿真分析,得到了不同转速下冷却油腔的机油填充率以及壁面换热系数等随曲轴转角的变化规律。研究结果表明,随着发动机转速的提高,冷却油腔内的机油填充率下降,但是壁面换热系数却有所提高;机油的振荡冲击对冷却油腔顶部和底部的强化换热明显高于侧壁。此结果可为活塞有限元分析提供热边界条件,在活塞概念设计阶段为活塞的优化设计提供依据。     

活塞环形油腔振荡冷却周向换热特性研究

为研究柴油机活塞环形油腔周向振荡冷却特性,在非惯性坐标系下应用流体体积函数(VOF)多相流模型,对活塞环形油腔振荡冷却进行了瞬态换热研究,得到了环形油腔周向壁面平均换热系数的变化规律,发现壁面平均换热系数的振荡幅度最大的并不是入口冲击的周向10°区域,而是周向20°区域.一个周期内油腔周向区域的壁面平均换热系数整体呈类"对数"减小的趋势,在周向10°~30°区域急剧减小,而后随着远离入口段,其值呈现先增大后减小的变化规律.最后通过两种方法计算活塞温度场并进行对比,发现使用18周向区域的壁面平均换热系数所计算的活塞温度场的顶部温度波动更大,更符合实际情况.     

竖直圆环形通道内充分发展自然对流的分析解

对于均匀加热的竖直圆环形通道内的充分发展自然对流换热问题，发现了前人分析解不完善的地方，通过运用能量守衡原理得到了封闭形式的分析解并给出了其计算实例。在一个壁面恒热流、另一个壁面绝热的两类热边界条件下，分析解所计算得到的充分发展段的发热壁面温度与实验结果都符合得较好。最后，筒述了此分析解存在的误差以及可能产生此误差的原因。     

桩基螺旋埋管换热器的三维数值传热模型

以建筑桩基螺旋埋管换热器为研究对象,提出一种新的螺旋型地埋管换热器单元体离散方法,建立基于瞬态热平衡理论的三维数值传热模型,该模型考虑了管内对流换热、管壁导热、桩基回填料与土壤热物性差异、表面边界条件等对其传热过程的影响。分析讨论模型网格离散参数对计算结果的影响及迭代的收敛性问题,并采用两组热响应实验数据对该模型进行验证,研究表明:模型具有较好的网格离散适应性及迭代收敛性,模型理论计算结果与实验结果较为吻合,模型具有较高的精确度。     

极端热湿气候区建筑外壁面总换热系数研究

统计中国不同气候区主要代表城市冬、夏季室外平均风速及逐时降雨情况,采用理论研究和数据统计相结合的方法,分析对流、辐射和蒸发换热系数的理论计算方法,进而计算各城市外壁面总换热系数。结果表明:极端热湿气候区风速远大于内陆地区且壁面潮湿概率可达0.042;中国北方地区及南方部分风速特别小、壁面潮湿概率相对较小的城市,总换热系数可按规范忽略蒸发换热,但南方风速大、降雨多或风速相对较小、降雨特别频繁的城市,则需要计算蒸发换热部分。极端热湿气候区建筑夏季潮湿外壁面总换热系数经计算可达39.0 W/(m~2·K),远高于规范值。     

V型腔式太阳能接收管传热性能模拟与实验研究

提出一种应用于槽式太阳能集热系统的V型腔体式接收管,建立接收管内部工质流动与传热过程的物理和数学模型,并运用蒙特卡洛光线追迹法对接收管腔体壁面进行辐射计算,得到腔体壁面辐射强度分布曲线,以此为热边界条件模拟研究接收管内部工质流动传热特性。搭建实验测试平台开展热性能实验测试,并与模拟结果进行比较,验证模型的准确性。研究表明,管内矩形翅片可强化腔体壁面与管内流体的换热,有效降低壁面温度,减小热损失;在一定范围内,流量和辐射加热量的增大都能减小该V型腔体式接收管的热损失,提高热利用率。     

自由表面摩擦和蒸发对过冷下降液膜传热的影响

从理论上对下降液膜在自由表面上存在反向剪切力和蒸发散热情况下的换热特性进行了分析,得到了膜厚、换热系数的无量纲关系式,讨论了剪切力、液膜雷诺数、壁面热流、蒸发率对流动和传热的影响。     

定壁温水平传热管外降膜对流显热换热特性理论研究

采用层流模型对定壁温边界条件时水平管外垂降液膜的强制对流显热换热性能进行了数值计算。计算中对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组筒化。根据滞止区计算结果确定自由烧流区的初始边界条件。计算结果证明管径对平均换热系数的影响不容忽视。定壁温条件时的平均换热系数比定热通量时约高12％到20％左右。     

大功率汽轮机叶轮轮缘传热系数的研究

提出了大功率汽轮机叶轮轮缘总传热系数的计算方法.介绍了汽轮机动叶片叶身平均对流换热表面传热系数和叶片流道下壁面对流换热表面传热系数的计算方法和计算公式.把汽轮机叶片对叶轮的传热简化为肋片传热,使用肋片传热模型计算汽轮机叶片流道的等效传热系数,采用圆筒壁模型计算汽轮机叶轮轮缘的总传热系数,并给出了应用实例.在汽轮机转子的温度场与热应力场有限元分析中,该计算方法为确定叶轮轮缘的传热边界条件提供了依据.     

孔_肋相对位置对通道各壁面换热影响

数值模拟了肋和气膜孔的相对位置对矩形通道4个壁面换热特性的影响,重点分析了通道4个壁面换热系数差别以及3种气膜孔位置换热.计算结果和实验数据吻合较好.结果表明:气膜孔位置对同时带肋和气膜孔的下壁面影响最大,孔在肋间上游换热最好,孔在肋中间换热次之,孔在肋间下游换热最差,气膜孔位置对光滑的左右壁面换热影响较小,对只带肋的上壁面几乎没有影响.肋的扰流和气膜孔抽吸使通道下壁面换热系数增幅最大,左右壁面次之,上壁面最小.沿着流动方向,肋扰流和气膜孔出流共同作用导致带肋壁面换热增强因子先增大后减小,光滑壁面换热增强因子先保持不变后减小.     

D系列柴油机缸套轴对称稳定温度场的有限元分析

本文对D系列柴油机的上部带凸缘的中部支承式缸套进行轴对称稳定温度场的有限元分析。在有限元分析中,采用Woschni经验公式计算气缸内燃气与壁面间的瞬时综合换热系数,并编制程序计算缸套内壁任一点的当地平均换热系数,用Hausen换热公式计算缸套外壁面与冷却水之间的换热系数,并根据缸套几个特征的壁面实测温度对换热系数进行适当的调整,以此来确定缸套温度场有限元计算的边界条件。计算结果表明,上部凸缘中支式缸套温度场分布不同于传统的上部支承式缸套。     

起动过程涡轮叶片瞬态温度场的准稳态处理研究

考虑燃气涡轮发动机起动过程涡轮叶片与高温燃气的对流换热及叶片内部的热传导,通过瞬态流热 耦合计算和准稳态处理两种方法对涡轮叶片换热特性进行了研究,分析了叶片热惯性带来的温度滞后效应, 探索了一种对发动机起动过程进行准稳态处理的数值模拟方法,实现了对涡轮叶片瞬态温度场的快速求解。采用商业化软件ANSYS CFX 2019 R2对涡轮叶片分别进行流热耦合和非定常数值计算,结合外换热程序 “NPUSTAN7Z”求解叶片型线上的换热系数,并对叶片表面网格节点按照“K-近邻算法”进行三维数据插值, 得到计算涡轮叶片非稳态导热的第三类边界条件。分析涡轮叶片的瞬态温度场,发现起动过程中金属叶片 的热惯性导致其温升慢于来流的温升,其内部存在一定的纵向温度梯度和横向温度梯度,中弦滞后 > 前缘滞 后 >尾缘滞后,叶片中下部温度滞后 > 叶片上部滞后。通过对比瞬态耦合计算与准稳态计算的结果,认为准 稳态的方法可以快速准确地求解发动机起动过程涡轮叶片的瞬态温度场。     

竖壁膜状凝结传递特性研究

传递的分析方法比能量平衡的分析方法更加关注能量品质的蜕变规律。借鉴努塞尔蒸汽层流膜状凝结的分析解中竖直平壁凝结液膜的厚度与传热系数表达式,引入传递理论的研究方法,得到竖直平壁凝结换热局部传递系数表达式,通过对不同壁面过冷度情况下对壁面液膜厚度、传热系数及传递系数计算,结果显示过冷度越大,壁面厚度增大,传热系数减小,但传递系数变大。通过对计算结果的分析可知,壁面过冷度增加可增加传量,达到强化换热的目的。     

一次表面整体回热器传热和流动性能数值研究新方法

本文建立了一种带壁厚多层全通道新模型,用于流动交错角θ为0°和60°的一次表面回热器(PSR),在相同传热量的情况下进行传热和流动的数值分析和比较。结果发现在保持相同壁面温度条件下,流动交错角为60°和0°模型沿程的压降△P,阻力系数f,以及对流换热系数h的相应比值基本保持不变。以此比值作为修正系数,在θ=0°全通道经验计算结果的基础上,对交错角为60°的PSR进行整体的传热和流动性能预测分析。     

椭圆管内对流换热与流动阻力特性研究

通过CFD技术,分别对5种长短轴之比的椭圆管管内湍流和层流状态时的换热与流动进行数值研究,分析了流体流动状态和椭圆管长短轴之比对换热系数与流动阻力的影响,并根据数值计算结果拟合出湍流区椭圆管管内换热系数的准则关系式,最后绘制每种类型椭圆管的局部换热系数曲线。研究结果表明:数值计算结果与实验值吻合良好;采用当量直径的方法计算椭圆管内换热系数误差较大;随着雷诺数的增加,每种类型的椭圆管管内阻力系数逐渐减小;而在相同的雷诺数下,随着长短轴之比K的增大,管内阻力系数逐渐增加;每种类型的椭圆管具有类似的局部换热特性,即长半轴两端点处局部换热系数最低,而短半轴两端点处具有最大局部换热系数。     

遮阳翻板-围护结构间的长波辐射换热数值分析

建立用于描述遮阳翻板-围护结构系统与周边环境间关系的二维简化模型,以此为基础利用ANSYS软件对上海地区夏季典型日翻板和围护结构表面的长波辐射换热情况进行数值计算,指出忽略翻板对围护结构壁面长波辐射换热的影响将造成空调负荷和能耗计算不"安全"。分析翻板角度、安装距离、表面发射率和安装尺寸4个因素对围护结构外壁面和翻板表面长波辐射换热的影响程度。     

气膜冷却平板通道的数值模拟

对无肋和带45°肋气膜冷却平板通道的三维对流换热与导热耦合传热问题进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格,湍流模型为SSTk-ω模型,近壁处采用壁面函数法,采用SIMPLEC算法求解速度和压力的耦合。计算获得了无肋和带45°肋气膜冷却平板的流场分布和平板内外表面的平均温度和平均换热系数。计算结果表明,带45°肋的气膜冷却平板表面平均温度较无肋气膜冷却平板表面平均温度低,而近气膜孔区域冷、热表面平均换热系数较无肋时高,而且肋的存在对增大冷空气出流比有利。     

环形通道内空气湍流正在发展流与壁面辐射的耦合换热研究

对内环壁面加热、外环壁面绝热的圆环型通道,数值研究了空气湍流正在发展流与壁面辐射的稳态耦合换热。采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解气流的湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解壁面间的辐射换热,对流换热与表面间辐射换热通过绝热壁面边界条件进行耦合。通过模拟计算,分析了相关参数及物性变化的影响。研究结果表明,入口Re数与壁面发射率均对通道内的换热有重要影响;考虑空气物性变化与否所预测到的对流热流分布形态相差非常大,常物性下的模拟结果会导致对通道内热输运特性的不正确认识。     

基于LBM多孔介质复合腔体交界面热滑移效应的研究

本文采用格子Boltzmann方法对真实多孔介质复合腔体内的对流换热进行研究，分析了不同Ra数、多孔介质高度Y和厚度δ条件下交界面处的热滑移效应，并确定热滑移系数。利用X-CT技术对真实多孔介质材料进行断层扫描，获得实际材料内部结构图片，并进行图片处理，再导入格子Boltzmann模型中进行求解。计算结果表明：等效热滑移系数随高度Y的影响较大，靠近壁面或固体表面的系数偏大，而间隙处的系数偏小，但两处各自的值基本相同；Ra数和厚度δ的变化对等效热滑移系数的作用较小。