同速对转涡轮盘腔内流动和换热特性

为研究对转盘旋转速度对盘腔内换热效果的影响,应用RNG k-ε湍流模型对中心进气、径向出流的同速对转涡轮盘腔内的流动和换热特性进行了数值模拟。揭示了盘腔内气体的流动结构、两盘壁面边界层内的径向速度、换热效率以及壁面温度分布特征,并进一步探究了转盘转速对上述流动和换热特征的影响规律。结果表明:对转盘腔内存在两个反向的回流涡胞,这两个涡胞的相对大小以及相遇的滞止点位置取决于进气惯性力和旋转力的相对大小;转盘近壁面流体径向流动速度与盘壁面的对流传热系数呈正相关变化;对于上游盘,低转速范围时转速对壁面换热影响取决于旋转径向力和进气惯性力对上游盘近壁面流体流动驱动作用的相对大小,高转速范围内增大转速,上游盘壁面传热系数增大,壁面温度降低;对于下游盘,壁面低半径区域的对流传热系数随转速增大而减小,而高半径区域的对流传热系数随转速增大而增大。     

两相流振荡换热过程数值模拟分析

为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。     

直接空冷凝汽器翅片管积灰流动换热的数值研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的流动换热特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管外不同积灰厚度的流动换热情况,得到了夏季工况翅片管4种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速的变化曲线,非线性拟合得到了摩擦系数、努赛尔数与雷诺数之间的关联式。利用性能评价指标PEC,对翅片管束积灰前后的流动换热性能进行了比较。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数,传热系数以及流动阻力逐渐增加;随着翅片管外积灰厚度的增加,对流换热系数、流动阻力以及摩擦系数变大,传热系数变小。     

大型船用柴油机活塞多腔振荡冷却的强化机制

活塞是内燃机中热负荷和机械负荷最大的零部件之一,为了确保内燃机活塞的可靠性和寿命,大型船用柴油机往往采用振荡强化传热的方式进行活塞的冷却.为了理解振荡冷却的强化机制,首先进行了活塞冷却油腔壁面对流换热系数的分析,分解出常规流动换热分量、振荡强化换热分量和射流冲刷换热分量,并具体分析了振荡强化换热分量、射流冲刷换热分量和常规流动换热分量的分布特征.随后,基于正交设计方法,研究了活塞振荡腔不同结构参数对活塞内、外冷却油腔填充率和壁面对流换热系数的影响规律,为后续的活塞振荡冷却能力优化提供了方向.最后,针对原型活塞中内冷却油腔冷却能力不够的问题,进行了活塞振荡腔结构的优化.     

刚性壁面法向振动对流动换热的影响

采用理论推导与数值模拟结合的方法,通过求解流动方程及能量方程得到壁面法向振动下流体流动特性变化规律,并分析振动对换热的影响。结果表明:层流状态下,低强度振动使壁面附近流体质点产生法向速度,但影响范围很小,对换热影响有限;随着振动强度的增大,流场逐渐转变为湍流,导致换热系数提升。通过数值模拟计算壁面平均努塞尔数随振动强度及来流速度的变化规律。结果表明:对于低速流体,当振动达到某一临界值后能增强换热效果,努塞尔数随振动强度增大而增加,最佳换热相位角在200°左右,低雷诺数下振动强化换热效果较为明显,对流换热系数最大可提升300%。     

辐射引起密闭容器内半透过性流体的自然对流对传热的影响

用数值方法研究了密闭容器内半透过性流体在辐射光的照射下产生的自然对流对传热的影响。基于二维假设下的流体流动和热量传递的动态数学模型，并用有限差分方向交替法进行数值求解，得到了稳态下的对流换热系数。结果表明，流体的自然对流受倾斜角度和光学厚度的影响，而传热又受自然对流的影响，对流换热系数的大小与密闭容器内自然对流的强度密切相关。局部换热系数沿透过板内侧的分布与密闭容器的放置角度有关，垂直放置时为从下至上逐渐增大，水平放置时，呈波浪形分布，倾斜角度从π／2减少至0时，由从下至上逐渐增大的分布变为波浪形的分布，垂直和水平放置时的平均换热系数都随光学厚度的增大而增大。     

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。     

基于有限元分析的锻钢活塞内冷油腔设计

研究某高强化柴油机锻钢活塞内冷油腔设计,利用有限元分析软件对活塞设计方案进行模拟分析,通过对活塞温度场、销孔接触压力、各关键部位的疲劳系数对比分析,扁平形内冷油腔悬臂梁长,内冷油腔底部内侧和燃烧室底部疲劳系数偏低,有开裂失效的风险,悬臂梁缩短后内冷油腔和燃烧室疲劳系数显著提高,搭载发动机进行试验验证,活塞满足发动机使用要求。结果表明:高置大容积随燃烧室形状内冷油腔结构不仅影响活塞的冷却效果同时影响活塞的结构强度,内冷油腔底部与燃烧室底部悬臂梁强度要满足可靠性要求,活塞温度超过450℃建议采用42CrMo4材料。     

Cu-H_2O纳米流体流动与强化换热的数值模拟研究

模拟纳米流体在三维管道中的流动和强化传热过程,运用数值计算方法研究纳米流体的流动特性和传热机理,探究不同纳米颗粒体积分数和不同纳米颗粒大小在不同雷诺数(Re)下对纳米流体的流动和传热特性的影响。基于DPM模型对纳米流体在圆管中的对流换热进行了数值模拟研究,研究结果表明,在一定范围内,每增加0.5%的体积分数,纳米流体的传热性能平均增强7.82%。随着纳米颗粒的减小,纳米流体的传热系数不断增加。     

封闭腔内Al_2O_3-EG纳米流体自然对流传热特性的数值研究

对梯形封闭腔内Al2O3-EG纳米流体自然对流传热进行了数值模拟,讨论了封闭腔尺寸比、瑞利数、纳米颗粒体积分数以及布朗运动对自然对流流动与传热特性的影响。数值模拟结果表明在考虑布朗运动时,腔体尺寸比与瑞利数对流动传热均有很大影响,且尺寸比为0.5时,对流换热平均Nusselt数达到最大值。随着纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体换热效果逐渐增强;但当忽略布朗运动时,添加纳米颗粒削弱了换热效果。     

泡沫铝通道内瞬态流动的平均换热系数

针对泡沫铝金属填充矩形通道内的对流换热开展了瞬态实验研究,分析了泡沫铝孔径(孔隙率)、流体流量(流速)等关键参数的影响。为了有效地处理实验数据,重新定义并推导了平均换热系数的计算公式,得到了泡沫铝通道内流动的平均换热系数,并引入了基于渗透率的雷诺数和达西数,确定了相关换热、流动准则数关系。实验研究表明,流速的增大有利于对流换热的强化:而平均换热系数对泡沫金属孔径较敏感;对于低孔隙率泡沫金属,渗透率成为影响换热强度的主要因素,相同或接近的孔隙率下,孔径越大,渗透率和达西数越大,越有利于换热,且压损减小。     

某船用柴油机喷油冷却活塞内流动特性仿真

基于Ansys Fluent软件的多相流模型和动网格技术,对某船用柴油机活塞冷却油腔内的流动过程开展三维数值仿真分析,探究不同柴油机转速和喷油速度下冷却油腔内的流场分布规律.研究结果表明:润滑油进入活塞冷却油腔后其形态发生显著变化,伴随活塞上下往复运动,活塞冷却油腔内将填充足够的润滑油;随着柴油机转速的提高,润滑油填充率和捕捉率不断下降;而随着喷油速度的提高,二者不断上升,进一步强化了活塞换热能力.     

低熔点四元硝酸盐圆管内受迫对流换热特性CSCD

为了验证经典对流换热关联式对于新型的低熔点四元硝酸盐的适用性,该文研究了不同工况下低熔点四元混合硝酸盐在套管式换热器内的受迫对流换热特性。通过套管式换热器内管中的熔盐与壳侧的导热油的换热实验,测量得到熔盐与导热油在套管式换热器实验段的进出口温度,并获得了熔盐与导热油的总传热系数。通过威尔逊分离法从总传热系数中分离得到熔盐侧的对流换热系数,从而研究圆管中熔盐的对流换热特性。结果表明:该低熔点四元盐在研究的充分发展紊流区域内,其雷诺数在1×10~4~5×10~4之间,普朗特数在4.9~15.5之间,熔盐和导热油的总换热系数在670~1300 W/(m^2·K)之间,熔盐侧的对流换热系数在2900~7800 W/(m^2·K)之间变化。根据实验数据拟合得出了低熔点四元盐在圆管中紊流段的对流换热关联式。将实验数据与经典的对流关联式比较发现,经典关联式仍然适用于低熔点四元混合硝酸盐的管内对流换热。该研究为熔融盐在太阳能热发电中的实际应用提供了参考数据。     

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.     

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。     

金属泡沫平板结构内对流换热的数值研究

基于Brinkman-Darcy模型和两方程模型,本文对流体在金属泡沫平板通道内的强制对流换热进行了自编程数值模拟,采用体积平均法对流体在金属泡沫内的流动和换热进行宏观处理。模拟结果表明：流体主流速度随孔密度增大而减小,随孔隙率增大而增大;流体相和固体相之间的局部对流换热系数随孔隙率和孔密度增加而增加,金属泡沫对流换热性能随孔隙率增大而减小,随孔密度增大而增大。金属泡沫强化换热的效果十分明显,可以应用于需要强化换热的紧凑式换热器和散热器。     

高瑞利数条件下竖排管束对原油的换热特性研究

采用标准k-ε湍流模型、基于有限体积法,对Ra数1.12×106-1.02×108,Pr数101-127范围内竖排等温管束对原油的自然对流换热特性进行了数值研究。结果表明,随相邻加热管中心距增加,管束整体依次经历了换热恶化、强化、稳定和衰退的不同阶段。底部加热管自然对流诱发的流体流动增大了上层管周围流体的速度,对上层管换热具有强化作用,但同时也改变了上层管周围流体的温度分布,导致上层管换热恶化和Nu数随时间产生波动。此外,存在换热强化和最高换热强度的临界中心距都随Ra数增大而减小,换热强化作用随Pr数增大而减弱,增加上层管数在一定程度上可提高管束的平均换热强度。     

整体锻钢活塞内冷油道设计研究

本论文主要针对整体焊接成型锻钢活塞的内冷油道设计,根据发动机强化指标及性能要求,从活塞整体结构强度、工艺难度、冷却效果等因素考虑,提出可行性设计意见,并借助CFD流体软件分析钢活塞内冷油道的换热系数和填充率,使用有限元法分析钢活塞温度分布、应力分布、疲劳分布,通过数值模拟辅助钢活塞内冷油道设计,并结合试验后活塞外观及检...     

工程车辆发动机润滑系统的常见故障诊排

内冷油腔强制冷却是降低高强化柴油机活塞热负荷的有效方法,但内冷油腔冷却对冷却喷嘴及喷油有着较高的要求,本文通过介绍流体特性及内冷油腔活塞对喷油冷却的要求,简要阐述了冷却喷嘴设计注意事项及冷却喷嘴喷油试验情况。     

内燃机轴瓦的储油槽加工工艺计算

内冷油腔强制冷却是降低高强化柴油机活塞热负荷的有效方法,但内冷油腔冷却对冷却喷嘴及喷油有着较高的要求,本文通过介绍流体特性及内冷油腔活塞对喷油冷却的要求,简要阐述了冷却喷嘴设计注意事项及冷却喷嘴喷油试验情况。