火箭液氧贮箱热分层现象数值模拟

采用CFD技术,通过对液氧贮箱内部物理场数值模拟,揭示了贮箱内部温度场的分布规律,分析了液氧热分层现象的形成过程及原因.研究表明,回流口截面以上区域传热以对流方式为主,底部区域则主要是逐层导热.贮箱内部主体区域形成轴向温度分层,底部区域产生径向温度分层,最低温度区域偏移至底部封头右侧.液相主体区产生顺时针速度漩涡,贮箱底部由于流场影响产生逆时针的速度漩涡.     

低温绝热气瓶真空丧失后内容器热流场分析

建立了真空丧失后低温液体在金属表面上的核态沸腾模型,并用于计算液氮充满率为90%的175L立式低温绝热气瓶真空丧失后容器内的液体流动、传热及沸腾过程.研究表明,真空丧失后液体温度出现明显分层,且温度分层的方向会随着时间的增加而发生变化;容器内液体在整个容器内形成环状自然循环,而沸腾产生的汽泡主要集中在近壁区和气液界面.     

薄壁低温容器加注过程降温及热应力特性研究

通过FLUENT软件计算一定加注流量下液氮容器加注过程内部流场与温度场变化情况;采用单向流固耦合方法基于ANSYS软件平台构建热-结构模型进行壁面热应力分析。研究表明:数值计算结果与实验数据吻合良好,模型能够有效预测低温加注过程中容器壁面的降温特性和热应力变化与分布规律;底部加注时液体累积过程相对稳定,随液位增长对应不同高度处壁面温度相继降低至接近液体温度后趋于稳定;目标容器最大热变形出现在排气口与上封头区域,最大变形量达3 mm左右;容器壁面外侧一般经历先拉伸后压缩的热应力变化过程,热应力集中区域与加注液面位置保持一致,最高达到近30 MPa,出现在底部封头区域。     

纳米流体液滴蒸发过程的温度场研究

纳米颗粒的加入使得纳米流体具有与基液不同的热物性,被视为潜力巨大的新型工质。而纳米流体的蒸发在电子芯片冷却,农药喷洒,喷墨打印甚至医学诊断上都有着重要的应用意义。本文测量了以载玻片为底板的,三种不同浓度,三种不同粒径的Al_2O_3-H_2O纳米流体液滴在五种不同加热温度下蒸发过程中,液滴体积参数变化;记录气液界面温度。实验结果表明:纳米流体液滴蒸发会使气液界面上产生温度差,中心处温度最低,越靠近边缘温度越高,引发由外向内的马兰格尼流动。     

卧式液氢贮罐内温度分层数值模拟

实验采用CFD技术,通过对静置卧式液氢贮罐内部物理场数值模拟,揭示了卧式贮罐内部温度场、速度场的分布规律以及气枕压力变化情况,分析了液氢温度分层形成的过程及原因。研究表明,卧式贮罐内液氢区域的传热方式为自然对流,自然对流边界层覆盖整个与液氢接触的贮罐壁面。在贮罐竖直方向上存在温度分层,液氢温度分布近似于高斯概率曲线。贮罐内部流动是一个不稳定状态,涡旋的位置也在不断变化。静置卧式液氢贮罐自生增压现象较为明显,压力增长曲线为非线性。     

雾化气体淬火过程耦合流场数值模拟及实验研究

运用计算流体动力学(CFD)的方法在FLUENT平台上建立雾化气体淬火的三维非稳态模型,对介质不同速度工况下淬火过程中试件温度场、流体速度场、流体温度场和流体压力场进行了流固热耦合数值模拟,并将模拟结果与边界条件实验结果进行了对比分析。结果表明,同等工况下,介质进口速度越大,流体的速度也越大;同截面上200m/s速度工况下试件上下表面两区域的压力差值比100m/s速度工况下大;试件放在淬火区淬火80s后,200m/s速度工况下试件的最高温度为299.5℃,100m/s速度工况下试件的最高温度为336℃,由此得出淬火介质进口速度越大,淬火试件的温度下降越快,试件冷却速度越快,冷却效果越好。     

汽气混合流凝结液膜形成机理研究

汽气混合流体凝结放热过程中凝结所形成的液膜厚度对换热效果的影响较大,因此通过探讨液膜厚度沿管壁的变化,有利于分析强化换热过程。以圆管为例,对汽气混合流体凝结所形成的液膜机理、沿管壁的分布规律及换热性能进行分析,并建立相应的物理及数学模型。通过给定初始条件进行计算,结果表明：液膜沿管壁向下流动过程中其厚度逐渐增加、换热性能逐渐降低;同时分析了管壁温度、汽气混合流体速度及管径等主要参数对液膜的形成及换热性能的影响,为强化凝结换热过程提供了理论基础。     

液氮转注容器研制成功

<正>由机械部军工局下达、杭州制氧机研究所承接的液氮转注容器,于1986年底研制成功,各项指标达到国外同类水平。这种转注容器,主要用于转注液氮或液空,它由容器主体、气动阀、电磁阀、气电转换、液面控制、计时计数等系统组成。以常压连续接收、带压间断输出的方式,将常压低温液体转注至带压贮槽内。其主要性能为:     

竖直管内导流叶片形成的气液旋流场的数值模拟研究

利用CFD FLUENT对竖直管内导流叶片形成的气液旋流场进行数值模拟研究分析。发现气液混合流体经过导流叶片后会形成环状流,且气液分离效果沿着管线逐步增加,存在气液分离最佳位置。在管道中心和管壁处的切向速度最小,随着流动发展,切向速度变小。轴向速度沿着管线先变大后变小,管道中心处出现最大值。管内压力场呈现中心低外围高,且沿着流动方向,外围和中心压差逐渐减小,压力曲线趋于平缓。     

超导电缆循环过冷液氮温度场模拟

建立了循环过冷液氮在恒温器内迫流冷却超导电缆的模型,利用Fluent软件模拟了30 m电缆系统内液氮温度场在不同流量、终端漏热、交流损耗等工况条件下的变化情况。仿真结果表明,在终端漏热和交流损耗一定时,液氮出口断面的最高温度随流量的增大而降低;在流量和交流损耗一定时,液氮出口断面的最高温度随终端漏热的增大而升高;在流量和终端漏热一定时,液氮出口断面的最高温度随交流损耗的变化不明显。     

机械式冷藏车中货物装载间隙对厢内温度场的影响

采用数值模拟的方法，建立冷藏车厢内复杂耦合传热的K-ε模型，并用CFD软件Fluent对3种不同的货物装载间隙下厢内速度场及温度场的分布进行分析比较。结果表明，货物与车体侧壁之间的间隙能有效地减少外界热环境的影响。间隙越大，间隙内冷空气流动速度越快，能够更快地吸收和转移外界热环境传人的大部分热量，靠近壁面附近气流温度迅速降低，温度场分布越均匀；受车体传热的影响，靠近车体边壁处的气流温度最高，厢体中部温度最低。因此，在实际冷藏运输过程中，应当综合考虑装载量和温度场的均匀性，选择合适的货物装载间隙。     

液氮测量仪

美国加利福尼亚州新低温磁性材料公司设计了一种用于测量和控制敞开式或封闭式容器内液氮液面的 LL3型液氮指示器/控制器,其工作压力可达0.14MPa,其探头可放在远离指示器几百米处,而不影响精度,其工作是基于流体底部和顶部之间压差的测量。探头包括一个灵敏的压力变送器,它可将压差转换成电信号,从而在控制箱上以读     

流通环境对液氮充注蓄冷配送箱保温性能的影响

目的 为了提高液氮充注蓄冷配送箱在流通过程中的保温性能,保证配送品质。方法 搭建配送箱流通环境模拟试验平台,研究不同外界风速、外界温度和振动频率对蓄冷配送箱内空气温度变化和温度场分布的影响。结果 试验结果表明,当外界风速增大时,箱体内部环境的升温速度也会增大;外界温度对液氮充注完毕后箱内最低温度产生较大影响,箱体内部空气最低温度随外界温度降低而降低,同时始终在运输过程中维持较低的温度,箱体内温度场均匀性先提高后降低;振动对箱体内部环境的升温速度影响较大,而随着振动频率增大,箱体内部的温度场均匀性变差。结论 该研究可为蓄冷运输配送设备的设计与优化提供参考。     

液氮贮存容器的热计算

<正>本文对液气生物贮存容器降温时所用液氮量以及所需液氮量与绝热型式及降温速率的关系进行了分析,并推导了容器     

低温风洞大空间液氮喷雾冷却数值模拟分析

液氮喷雾冷却技术是实现低温风洞的降温及提高风洞试验雷诺数的最佳途径,为了深入研究液氮喷雾在风洞内的降温特性,应用CFD软件对低温风洞中液氮喷射制冷段部分的流动换热进行了数值模拟,分析了不同流场速度对于下游温度场的影响。建立了三维流体动力学模型,考虑顺流与垂直喷射两种喷嘴布置结构,考虑了液滴的蒸发、碰撞与破碎,在不同气流速度和温度下,获得了下游雾场分布特性。数值结果显示:来流速度的增加会加速液氮蒸发,从而降低下游的平均温度,但来流速度的增加会减小下游雾场的覆盖区域,导致计算区域温度不均匀;垂直喷射增加了来流与液氮颗粒之间的相对速度,降温效果优于顺流喷射。     

基于热不平衡两流体模型气氧射流冷凝过程研究

建立了氧气在液氧流体中流动冷凝过程的一维热不平衡两流体六方程模型,提出了气泡冷凝模型,对过热蒸气状态方程,相界面受力方程也进行了改进。研究了高温气氧射流冷凝过程的气液两相分布特性,包括两相流速分布,声速分布以及冷凝特征长度L/d。分析了气液流量比,液氧温度和压力对气氧射流冷凝过程的影响,得出了提高液氧过冷度能够减小气氧射流冷凝特征长度。获得了冷凝特征长度凝结关系式,仿真结果与气氧射流冷凝试验结果一致,验证了热不平衡两流体模型求解气氧射流冷凝问题在较大工况范围的适应性。     

水下超声速气体射流的初始流动特性研究

为研究水下发射过程中高温高压火药燃气喷射进入液相水过程的流体形态变化与流动特性,采用Mixture多相流模型与蒸发与凝结模型建立了二维轴对称水下超声速气体射流的数值计算模型并进行了相关的数值模拟,得到水下超声速气体射流的初始流动结构。数值结果表明,超声速气体与水介质的强撞击会在气液界面上形成一个强压缩区,且连续撞击形成的压力波反传,使喷管出口射流核心区流场出现周期性脉动。因气液界面上的强剪切作用,而在气液混合区内形成复杂的小激波结构,小激波结构的出现加速了气液界面的失稳,从而促进了气液掺混效应。另外,在气泡内会形成典型的欠膨胀射流结构,因而气泡内的流动特征与单相超声速气体射流情况类似。     

气枕压力对液氢贮箱热分层的影响规律

采用CFD技术,对不同气枕压力下液氢贮箱内部物理场进行数值模拟,选择Boussinesq模型解决浮升力的影响.研究表明:气枕压力会对贮箱内部温度场与速度场产生重要影响.箱内流场随气枕压力的增大而明显减弱;气枕压力越大,贮箱顶部与底部区液氢温度越高,而压力对中部区液氢温度的影响随时间发生变化;在近壁区,热边界层厚度及温度分布受气枕压力影响较弱; 边界层速度最大值及出现位置均随气枕压力的升高而降低.     

外部空间与初始温度对氢气与空气混合气体爆炸过程的影响

为了研究容器形状和初始温度对氢气与空气预混气体爆炸过程的影响,分别采用20 L球形容器和20 L圆柱形容器对氢气与空气混合气体的爆炸过程进行了研究。首先,通过壁面压力传感器获取了两种容器内的最大爆炸压力,并采用高速摄影装置拍摄了球形容器内部爆炸火球的发展变化过程。其次,利用计算流体力学方法对氢气爆炸过程进行了数值模拟,获取了三维爆炸压力场、火焰温度场等爆炸参数,对比分析了容器内不同位置处的压力曲线,并探讨了初始温度对氢气爆炸压力的影响。实验结果表明:在常温下,最大爆炸压力出现在氢气体积分数为30.0%的条件下,略高于理论当量浓度。数值模拟结果表明:两种容器内,火焰传播初期均呈球面往外发展;容器内上壁面的压力均低于右壁面的压力;由于壁面不规则的反射作用,圆柱形容器第1个压力峰值后的压力振荡周期不同步;在体系初始压力不变的情况下,初始温度提高20%,容器内部总的物质的量减少,最大爆炸压力下降15%。     

基于铀的激光氮化机理研究和数值模拟

针对工件铀的表面激光氮化工艺,考虑铀的固-液相变过程中各物理参数随温度的变化,结合计算流体软件FLUENT中流体体积函数(VOF)模型计算气-液相界面处的降膜解吸传质过程。进行了铀的瞬态激光氮化传热传质耦合数值仿真,仿真分析研究了不同工艺参数下瞬态温度场和流场的分布,同时获得渗氮量在铀表面和深度上的分布。分析结果表明,因激光局部加热引起的表面张力梯度导致的Marangoni对流对铀表面氮化过程中的传热和传质有很大的影响。其中渗氮量在不同工艺参数下的数值结果与试验结果相吻合,验证了数值模型的可行性,为激光氮化的理论分析和工艺指导提供了理论和方法。