柴油机流固耦合传热仿真研究

为解决发动机活塞组-缸套-冷却水-机体之间传热边界条件难以确定的问题,尤其是冷却水和缸套、机体之间的流固边界的温度和换热系数,将这几个部件作为一个耦合系统进行传热研究.该系统既包括了流体和固体之间的流动与传热的耦合,也包括了固体与固体之间的耦合传热.利用有限元分析软件的流固耦合计算功能,以所建立的某增压柴油机的流固耦合系统为例进行了仿真计算,得到了耦合系统的温度场和流场.这样把单个零件的传热外边界条件变成内边界,使得传热仿真更合理更简单.和实验测量值的对比结果表明:仿真结果与实测数据吻合较好,用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的.     

三维瞬态方形管流的热流固耦合数值模拟

以主动冷却发动机壁板为模型,考虑受均匀热流载荷作用下方形管在流体冷却过程中的共轭传热问题,建立了防热涂层、固体管道和冷却液的三维耦合模型。利用数值离散方法进行了瞬态热流固耦合分析,得到了固体结构和流场的瞬态温度场、界面热流及结构应力分布规律。结果表明:在冷却液的作用下结构温度能达到稳定值,但油冷情况下稳态温度值高于水冷情况;在流固界面处温度沿流向逐渐上升,且壁面热流分布在界面上下表面处随时间变化情况不同,在结构边角处出现较大的应力集中。     

基于流-固耦合传热的冷坩埚分瓣散热研究

针对冷坩埚真空悬浮熔炼装置散热系统的复杂性和重要性,本文使用了一种基于整场离散的冷坩埚冷却系统和冷却水之间耦合分析的方法。首先分析了流固耦合的基本原理及关键问题,建立了冷坩埚冷却系统流固耦合传热的物理模型及计算模型,通过CFX仿真计算软件对其冷却系统的流-固耦合传热模型进行了求解,得出了冷坩埚循环水套流体区域的流场、压力分布及固体区域的温度场,并对计算结果进行了分析。实验结果表明:冷却水在水套内流动顺畅,总体速度分布均匀,有利于冷却水对冷坩埚分瓣结构的冷却;冷坩埚整体温度从冷坩埚中心至外端依次递增,最高温度出现在冷坩埚最外端的边缘区域,温度分布从低至高自然过度,温度梯度变化缓慢,不易产生局部高温和热应力。     

旋转预应力条件下的叶片流固耦合模态分析

考虑了旋转预应力作用和流固耦合效应,对风机叶片系统进行动力学分析。首先是在静态条件下进行应力分析,获得预应力效应矩阵,并将外部载荷转化为结构的额外刚度,再建立在旋转预应力条件下流固耦合的叶片系统动力学方程。采用ANSYS有限元软件和流体力学Fluent软件,计算叶片系统的频率和模态并进行了分析。结果表明在旋转预应力与风机流场的流固耦合作用下,频率与模态有较为显著的改变。     

磁控溅射旋转阴极的换热计算与流固热耦合分析

分析了影响旋转阴极换热的因素,提出一种阴极冷却系统的设计方案。基于流体力学、传热学理论,根据整理自实验结果的相似准则和经验公式,应用所设计的旋转阴极换热数学模型进行了水冷系统性能参数计算,并通过有限元模拟的流固热耦合方法分析,数值仿真研究了实际工作状态下的阴极瞬态换热,得到阴极换热状态及温度分布随时间变化的规律,进一步验证了换热数学模型水冷系统性能参数计算结果。这种结合数值计算和有限元仿真的研究思路及方法,可为旋转阴极冷却系统的设计和优化提供理论依据和重要参考。     

空炉冷态和满装炉量下真空高压气淬过程流场与温度场数值模拟和实验研究

本文采用标准的k-ε三维紊流模型,利用FLUENT软件对喷嘴型真空高压气淬炉中空炉冷态流场和工件满装炉量下气固耦合流动传热过程进行了数值模拟计算.建立了符合实际的控制方程和简化物理模型,对空炉冷态下炉内的气体流动特征点进行流速测量,通过实测值与计算机模拟结果进行对比,验证了流场模拟计算的准确性和适用性;预测了满炉状态下炉区内的气体流动和工件温度分布,实测了指定工件的冷却曲线,比模拟冷却时间慢,误差在10％以内.     

高速微转子在MEMS情况下的几个问题

本文在总结国内外微机械研究现状的基础上,讨论了在MEMS情况下结构材料物理特性的尺度效应、摩擦和磨损问题以及转子系统的流场数值模拟问题和流固耦合问题,对微马达的转子系统具有重要影响的问题.     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

水冷机柜散热系统风道结构设计优化分析

用三维流场仿真软件对水冷机柜的风扇散热系统流场特性进行了数值模拟计算,并进行了实际测试,验证了不同的结构对水冷机柜散热流场的影响,从仿真计算及实验测试两方面证明了风道结构优化方案的合理性.研究表明,经过风道结构的优化,系统风量提高22％.风扇系统风道结构的优化设计,可以有效提高系统散热风量.     

基于分离涡方法的台北101大厦流固耦合风致响应分析

以台北101大楼为研究对象,应用一种新的湍流脉动流场产生方法(DSRFG)模拟了台北101大厦周围风场的湍流入口边界条件,采用分离涡方法对该建筑进行数值风洞模拟。根据大厦外形特征,建立了几何模型,用于大厦风荷载的数值模拟;基于大厦振动监测系统得到的结构模态、自振频率等数据,建立了大厦的结构模型,用于气弹响应分析。将计算结果与现场实测以及风洞测力试验的相应数据进行了对比,以验证数值风洞的有效性。对是否考虑流固耦合的大厦数值模型的等效风荷载及风致响应进行对比分析,并探讨了流固耦合效应对大厦周围风流场的影响。对该对象的研究结果表明,在顺风向上,建筑物的风致响应不易受流固耦合效应影响,而在横风向上,考虑了双向流固耦合的有限元模型,其等效静风荷载及加速度与位移响应均小于未考虑流固耦合的有限元模型。在流场上,流固耦合效应减小了建筑两侧的涡量,但会产生较大的脱落涡旋,可能会对下游建筑风环境造成不利影响。     

泵驱动两相循环回路中工质泵的冷损失特性分析

为了充分利用室外自然冷源,将泵驱动两相循环回路系统用于数据中心自然冷却。本文通过改变系统温差、泵频率、换热面积、高低温水源温度,对工质泵的冷损失性能进行实验研究。结果表明:高温水源温度不变时,冷损率在温差为16℃、频率为15 Hz及较大换热面时最小;低温水源温度不变时,不同温差下,当蒸发器和冷凝器个数均为5个时系统冷损率最小,且不超过3.20%;高温水源温度越高,冷损率越低,本实验高温水源温度为26℃时,冷损率最低,且不超过2.82%。     

夏季冷热联供模式下的燃气机热泵机组性能分析

本文建立了一套以R134a为制冷剂工质、以天然气为一次能源驱动开启式压缩机做功的燃气机热泵系统,研究了当蒸发器进水温度为12～22℃,室外环境温度为24.2～35.6℃,发动机转速为1 400～2 000 r/min,夏季冷热联供模式时,空气源燃气机热泵(GEHP)机组的性能。结果表明:发动机转速和蒸发器进水温度的变化对系统性能的影响大于室外环境温度变化的影响。随着发动机转速由1 400 r/min增至2 000 r/min,系统COP_1、COP_2、PER_1、PER_2分别减小了15.5%、9.9%、18.8%、13.5%。在工况范围内,机组冷水出水温度可达6.7～19.3℃,热水出水温度可达40.7～61.7℃,考虑余热回收情况下系统PER_2可达1.14～1.45。     

Investigation of an ammonia-water combined power and cooling system driven by the jacket water and exhaust gas heat of an internal combustion engine

An ammonia-water combined power and cooling system is proposed and investigated in this work, in which the waste heat contained in the jacket water and exhaust gas of an internal combustion engine can be recovered efficiently to generate power and cooling energy simultaneously. The proposed system was simulated, and its thermodynamic performance in the base case was calculated based on waste heat data from an actual gas engine with a rated power output of 300 kW. The equivalent heat-to-power efficiency of the combined system is 19.76%, and the total equivalent power output is as high as 92.86 kW. The exergy efficiency of the combined system reaches 33.69%. The effects of the turbine inlet pressure, generation pressure in the reboiler, exhaust gas temperature and cooling water temperature were studied to provide guidance for the system design. The results of an economic analysis indicate that the proposed system has good economic benefit.     

螺旋板壳式换热器在制冷机组冷凝器中的应用

对中海油某浮式生产储油轮上水冷空调机中冷凝器进行螺旋板壳式和管壳式的对比试验。结果表明：在换热面积相等、冷却水的进出口温度相同的条件下,冷凝温度可由管壳式的45℃降到螺旋板壳式的32℃;压缩机能耗降低13％。试验结果与理论计算结果相近。此外,由于螺旋板壳式换热器的换热芯可以外抽,用于海上制冷机组,可减少价格昂贵的特材（钛）的消耗量;用于陆上制冷机组,可实现以铝代铜,降低冷凝器的材料购置费80％以上。     

高热流密度元器件冷却用液冷板的研究及优化

微通道液冷板在高功率密度元器件散热上广泛使用,对板面温度均匀性提出了更加严格的要求.本文以提升液冷板板面温度均匀性为目的,设计了一个同侧单进口、出口的全铝材质的微通道液冷板,在热流密度为300 W的情况下,测试其使用单相水和相变工质冷却的板面温度最大温差分别为2℃以内和2.6℃(R236fa).为了进一步提升温度均匀性...     

混合工质回热式大温跨供热热泵循环的理论分析

物料干燥、印刷、印染纺织、电镀等领域普遍需要65~100℃的热源供应,常规热泵技术难以实现。本文充分利用非共沸混合工质相变过程中的大温度滑移,实现与水侧更好的热当量匹配,提出一种混合工质回热式大温跨热泵循环,建立了热力学模型,分析了运行压力、混合工质组分、环境温度、出水温度等关键参数对系统性能的影响,基于遗传算法优化了系统吸排气压力和工质配比,结果表明:混合工质回热式热泵可在常规空调压缩机的正常工况内运行,在环境温度为25℃、入水温度为15℃、出水温度为90℃时,系统理论COP最高可达5. 5,与同工况下CO2跨临界热泵性能相当。     

Evaluation of thermal gradients and thermosiphon in dual channel cable-in-conduit conductors

In an effort to optimize superconductor cryogenics of large coils, dual channel cable-in-conduit conductors (CICC) have been designed. The qualitative and economic rationale of the conductor central channel is here justified but brings high complexity to the conductor cooling characteristics. Temperature gradients in the cable must be quantified to guarantee conductor temperature margin during coil operation under heat disturbance and set adequate inlet temperature. A simple one-dimensional thermal model, with neither fluid nor strand or jacket conduction, allows to better understand and quantify the steady state behavior of CICC central and annular channels. This thermohydraulic model with homogeneous central and annular temperatures and no jacket conduction is summarized with explicit thermal coupling equations. Local convection coefficients chosen proportional to friction factors lead to a model of global interchannel heat exchange coefficient serving the bithermal model. A first stationary experimental evaluation of the internal heat transfer coefficient using the interchannel heat exchange space constant at various heat loads and mass flow rates is illustrated on two full size samples tested at cryogenic temperatures. Annular heaters experiments with low distributed power achieve pertinent model correlation. Discrepancy between model and experimental data may be linked to the simplistic homogeneous annular temperature hypothesis, to the estimate of CICC mass flow distribution among channels, and to gravitational effects at high heat loads. Perturbation due to the thermosiphon generated between the two channels is considered since neither the experiments nor the expected applications are free of gravity.     

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。     

冷却塔辅助地埋管地源热泵系统在宾馆建筑中的应用

在夏热冬暖或夏热冬冷地区使用地源热泵时,往往存在热积累效应,导致系统性能下降。本文以上海某宾馆建筑为例,从短期运行及长期运行2个方面,通过比较采用冷却塔前后地埋管换热系统进出口水温及和热泵机组COP变化,研究冷却塔辅助冷却地埋管换热系统在连续负荷建筑中的应用。研究得出在该宾馆建筑中使用冷却塔辅助冷却地埋管换热系统能够很好地解决热积累问题,而且能保证较高的机组性能。     

超临界CO2冷却换热特性数值模拟

采用L-B低雷诺数模型对超临界二氧化碳在竖直圆管内的冷却对流换热特性进行了数值模拟.通过分析得到了管内不同截面的径向流体温度、速度、湍动能分布,并进一步分析了二氧化碳和冷却水进口雷诺数对超临界二氧化碳对换热的影响.研究表明,对流传热系数峰值出现在接近准临界温度的截面内,此时截面内湍动能最大,跨过该截面流速小于进口流速;...