多孔层板结构内流阻特性试验与计算研究

设计了6种单层和6种双层结构的多孔层板,并在小型吸气式风洞上对12种放大模型的多孔层板结构进行了内流阻特性试验,研究了多孔层板的层数、拔流柱形状、绕流方式、开孔率等因素对内流阻特性的影响,还对多孔板结构内流阻的计算方法进行了研究,并结合试验工况进行了计算,计算结果与试验结果的比较表明：两吻合良好。试验数据和计算方法可用于层板冷却结构的设计。     

层板冷却结构传热优化数值模拟研究

为研究层板强化换热机理，提高其内部换热效率以优化层板传热设计，在相同的两侧换热条件和冷气密流下，对孔径、通道高度和开孔率相同，但内部绕流形式不同的5种层板结构和1种双层壁结构进行了流固耦合传热计算，得到了其综合冷却效率，结果表明层板结构的综合冷却效率明显高于双层壁；冷气沿程吸热焓增带走了大部分从燃气侧进入层板的热，并且冷气与层板内表面的换热主要发生在出气板上；绕流柱的存在增加了换热面积，一定程度上增强了换热；合理设计绕流结构有利于改善层板的热均匀性。     

复合材料法制取多孔锌

简述了用复合材料法制取多孔锌的过程。实验研究了铸型预热温度、金属液过热温度等工艺参数的影响。定量描述了所制多孔锌的孔结构参数。测试并分析了其抗压应力—应变曲线。制得的多孔锌具有理想的三维网络骨架结构,孔隙率高达８０％以上,开孔率较高,适宜用作化学电源的多孔电极     

绕流柱形对层板流阻特性影响的数值模拟研究

利用有限体积法对三维可压缩的N—S方程进行离散，对内部绕流柱形分别为圆形、方形和菱形的多孔层板冷却结构进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格，湍流模型为Realizableκ-ε双方程模型，近壁处湍流采用壁面函数法处理，采用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合。计算获得了3种冷却结构内部各气流参数的三维分布和流动阻力特性。结果表明层板内部的流场结构十分复杂，射流冲击后在扰流柱前反卷形成驻涡。3种绕流结构中方形结构流动阻力最小，菱形最大。将计算结果与实验结果进行了比较，两符合良好。     

电除尘器内斜气流特性的数值研究

采用多孔介质模型对电除尘器电场内部气流分布特性进行研究,调整气流分布板不同区域开孔率分布,并改变电除尘器本体结构,计算对应工况下电除尘器内部流场压力速度分布,对计算结果进行比较分析,提出最佳斜气流优化方案。结果表明:在进口烟道与电场入口之间加装三块不同开孔率的气流分布板,减小第三块气流分布板最底层的开孔率,可以形成有规律的斜气流,开孔率分布直接影响电除尘器内部斜气流特性。在调整后的开孔率分布下,改变电除尘器本体结构,使入口烟道低于出口烟道,可以优化斜气流型。     

新型穿流搅拌釜构型参数的正交实验研究

深入研讨了新型穿流式搅拌釜的构型参数，特别着重研究了设置穿流式挡板和搅拌桨对搅拌釜性能的影响．通过正交实验研究了挡板宽度、开孔孔径、开孔率和离壁安装距离以及桨叶开孔孔径、开孔率和离底安装距离等七个构型因素对搅拌釜性能的影响（包括临界转速、混合时间、功率消耗等），结果表明各因素的影响均十分重要，根据正交实验方差分析的结果，确定了较佳的桨叶和挡板的开孔孔径、开孔率、挡板宽度、板离壁安装距离和桨叶离底安装距离．研究结果表明：设有穿流式挡板和桨叶的搅拌釜是一种具有广阔应用前景的结构简单而又高效节能的新型构型的混合与反应装置．     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明：决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质（水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向）的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

基于MicroCT多孔材料图像的3D特征分析("研究生论坛"稿件)

多孔材料的微观孔隙结构是影响其宏观物性的关键因素,对其孔隙空间结构特征进行分析具有重要研究意义,然而传统方法却难以对其三维孔隙结构进行定量表征。为了探讨有效、准确、客观的表征孔隙空间结构特征的方法,在本研究中,采用MicroCT在不破坏样品的前提下获取多孔材料二维断层序列图。将Chan-Vese(C-V)水平集方法拓展到3D空间实现3D图像分割获取多孔材料三维分析模型,在此基础上提取多孔材料3D孔隙参数,如孔体积、孔表面积、孔径、孔隙率、连通率等空间孔隙结构参数。三维孔隙参数能客观准确地描述多孔材料的孔隙结构,为表征多孔材料孔隙结构提供了新的方法。     

多股磨料组合射流喷嘴设计

射流钻孔是一个动态的复杂过程,在一定水力参数下能否钻出符合形状和深度要求的孔取决于喷嘴型式结构.采用多孔喷嘴形成多股射流组合,使射流能量分布具有局部集中和总体叠加包络的特点,能够有效地实现破岩钻孔.通过改变多个喷孔组合的参数可以调整射流能量分布,从而钻出不同直径要求的孔.射流中添加磨料改变了射流速度分布及衰减规律,对其钻孔性能影响显著.     

Relationship on the Head Deviation Rate and Laying Length of Porous Tubes

多孔流体分布管铺设长度与流量偏差率的关系研究

王亚朦，刘焕芳

（石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子市 832000）

摘要：

对多孔流体分布管铺设长度的研究可以提高实际工程中水的利用效率。为了研究多孔流体分布管出流均匀度的变化规律，在多孔流体分布管为长管的条件下，通过对多孔流体分布管工作水头偏差率的分析及铺设长度、铺设坡度、压力水头、滴孔间距对多孔流体分布管流量偏差率的影响分析。结果表明：减小铺设长度、适当增加铺设坡度有助于减小流量偏差率；压力水头和滴孔间距则对流量偏差率的影响不大；存在一个最佳铺设坡度，使得多孔流体分布管取得最大铺设长度；最佳铺设坡度与铺设长度不是定值。

关键词：流量偏差率；多孔流体分布管；工作水头偏差率；铺设长度；压力水头

     

强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下：丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6 。对比分析实验结果表明：螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。     

波纹管强化换热的计算机理及实验

针对波纹管的强化传热特性,采用理论程序分析与实验研究相结合的方法优化工程设计,提出了浸入式波纹管污水换热器的设计计算方法,并实测了利用该换热器的城市污水热能回收与利用系统的运行参数。测试结果显示:采用该计算程序设计的污水换热器的换热量完全满足建筑物的负荷要求。同时,与其他非金属污水换热器(铝塑管污水换热器、PP-R管污水换热器)的换热效果进行了对比实验,为浸入式污水换热器的优化设计和工程应用提供理论依据和技术参数。     

Retrofit design of composite cooling structure of a turbine blade by fluid networks and conjugate heat transfer methods

This article discusses the development of the numerical methods of gas flow coupled with heat transfer, and introduces the fluid net-works method for rapid prediction of the performance of the composite cooling structures in turbine blade. The reliability of these methods is verified by comparing experimental data. For a HPT rotor blade, a rapid prediction on the internal cooling structures is first made by using the fluid network analysis, then an assessment of aerodynamic and heat transfer characteristics is conducted. Based on the network analysis results, three ways to improve the design of the cooling structures are tested, i.e., adjusting the cooling gas flow mass ratios for different inner cooling cavities, reducing the flow resistances of the channel turning structures, and improving the local internal cooling structure geometries with high temperature distribution. Through the verification of full three-dimensional gas/solid/coolant conjugate heat transfer calculation, we conclude that the modified design can make the overall temperature distribution more even by significantly reducing the highest temperature of the blade surface, and reasonably matching the parameters of different coolant inlets. The results show that the proposed calculation methods can remarkably reduce the design cycle of complex turbine blade cooling structure.     

CO2空气源热泵热水器的实验研究

为了研究跨临界CO2热泵系统外界因素对系统性能的影响规律,在自行搭建的实验台上通过改变冷却水体积流量、冷却水进口温度和环境温度研究系统性能变化,分析CO2质量流量、压比、制热量和制热系数(COPh)等系统参数的变化趋势,研究压缩机绝热效率和换热器热交换完善度对制热系数的影响.在测试工况范围内,实验结果表明:当冷却水体积流量增加或冷却水进口温度降低时,CO2质量流量、压比和压缩机功率减少,制热量和制热系数增加;当环境温度升高时,CO2质量流量和制热量增加,压比和压缩机功率基本不变,制热系数增加;压缩机绝热效率与气体冷却器的热交换完善度成为制约制热系数提高的2个重要因素.     

磁共振成像低温超导磁体冷却系统设计及数值分析

为了减小冷却磁共振成像（MRI）低温超导磁体的资源消耗和经济成本,设计可快速冷却室温磁体至60 K以下的系统,并通过建立数学物理模型进行数值模拟,对系统进行优化设计和深入分析. 系统以自主研发的大冷量单级斯特林制冷机为冷源,包括低温风机、低温调控阀和氦气罐等组成部分. 研究表明,优化系统运行参数可以显著提高冷却性能,其中系统内氦气的压力和流速尤为关键,因为两者能够显著影响压降与换热,进而影响冷却时间以及磁体最终所能达到的冷却温度. 此外,当前斯特林制冷机的冷端换热器性能尚有提升空间. 通过参数优化,系统在氦气压力为0.3 MPa、流速为13 m/s时能够达到较快的冷却速率,可在73.5 h内将质量为2 t的室温超导磁体冷却至60 K以下,有潜力在实际应用中实现MRI低温超导磁体的低能耗高效冷却.     

基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性

针对圆柱动力电池的散热特点,建立一种基于微小通道波形扁管的液冷电池模组. 采用电化学热模型对该模组的散热特性进行三维瞬态分析,通过改变波形扁管的通道数和接触角对液冷结构进行优化. 10通道的波形扁管散热优势明显,增大波形扁管的接触角可以提升液冷结构的散热效率并改善电池组温度分布均匀性. 当电池模组在35 °C环境下以1 C倍率放电时,即使质量流量低至4×10^?3 kg/s,使用接触角大于40°的10通道波形扁管可将电池组表面最高温度控制在40 °C以下,同时将温差控制在5 °C以内. 在优化工况下进行实验以验证该电池模组的换热性能. 仿真结果与实验值基本一致,这验证了微小通道波形扁管的散热有效性;仿真结果可为圆柱动力电池的热管理提供参考.     

某水电站拱坝施工期温度仿真分析

拱坝施工期的温控防裂研究是设计和施工期需要特别关注的问题之一.采用三维有限单元法对某水电站拱坝碾压混凝土坝段和常态混凝土坝段的施工期温度场进行仿真分析.计算结果表明,薄层浇筑的层面散热效果好,层厚超过3 m后效果不明显;不同季节的层面散热效果差异较大,浇筑气温越低,层面散热效果越好;常态混凝土溢流坝段自由冷却时间较长,须采取坝体二期冷却措施,以保证按期进行接缝灌浆.     

Numerical simulation on heat transfer enhancement of phase change thermal storage devices for low-middle temperature

Using Ba(OH)_2·8H_2O as phase change material(PCM) and water as heat transfer fluid(HTF),we numerically simulated annular finned-tube heat exchangers.In order to measure and analyze the impact of parameters in the heating/cooling process,temperature changes of different monitoring points,fin widths,and fin pitches as key parameters were considered and applied.The experimental results show that the heat exchange process can be divided into three stages within a certain time.The faster heat transfer rate is associated with the greater temperature difference between PCM and HTF.Furthermore,fins width and pitch affect dramatically the heat charging/discharging rate.The large fins width or small fins pitch is beneficial for extending the heat exchange surface,leading to improve heat transfer efficiency.     

装载机散热系统过热现象的研究

为解决工程机械中常出现的过热问题，对某型号装载机在不同工况下各散热器的散热性能，在自行开发的整车散热系统测试平台上进行实验研究.通过对测试数据进行分析，确定了系统过热的原因，即系统中测试获取的冷却风的温度比设计值高，冷却水和传动油的体积流量比设计值小，而且液压油散热器布置位置错误.根据系统过热的原因，调整液压油散热器的位置，并由实验获取的数据对各散热器进行优化设计.改进方案的风洞实验和实车路试结果表明，各散热器的散热量达到设计指标，各系统工作正常.系统测试平台为整车散热系统的性能评价和系统匹配奠定了基础.     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.