27.5kV GIS母线室三维温度场的数值计算

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型,并采用壁函数方法处理固体与流体界面的对流换热问题,对27.5kV GIS(gas-insulated switchgear)开关柜母线室的三维温度场和气流场进行了数值计算与分析。仿真中采用了六面体网格剖分,通过有限容积法对方程进行离散求解,得到了母线室内的三维温度场与气流场的分布。计算结果表明,三工位隔离开关为温度最高部位,气体的对流使得母线室内温度趋于均匀并使载流回路的散热效果得到了加强。进行了相关的温升实验,温度的数值计算结果与实验结果吻合,表明了计算方法的正确性。     

梯度折射率介质内二阶辐射传递方程及其有限元求解

梯度折射率介质内的辐射传递方程可以看作是一类特殊的对流型方程，对流项的存在能够引起解的非物理振荡。该文给出了一个梯度折射率介质离散坐标形式的二阶方程，同时发展了基于此离散坐标形式二阶方程的有限元法用于求解多维半透明梯度折射率介质内的辐射传递问题，最后通过5个算例进行验证。结果表明，与一阶梯度折射率介质辐射传递方程相比，二阶方程具有更好的数值特性，可以有效消除强对流特性引起的非物理振荡现象。基于二阶方程的有限元法可以精确且稳定地求解多维半透明梯度折射率介质内的辐射传递。     

气化炉辐射废锅内多相流场和温度场的数值模拟

通过直接数值模拟的方法对实际气流床煤气化辐射废锅内三维多相流流场和温度场进行了模拟。连续相流场采用Realizablek-ε湍流模型求解,而颗粒相采用基于随机过程的随机轨道模型,并采用双向耦合算法计算两相间的相互作用。温度场计算肘基于灰气体加权和模型与离散坐标法相结合的方法求解热辐射方程,同时考虑了煤渣颗粒的热辐射和散射影响,利用Ranz-Marshall关系式计算气固相间对流换热作用。结果表明:辐射废锅顶部存在一火炬状入口射流,其长度随中心流道的缩小而缩短;辐射废锅顶部、底部以及入口射流周围各自存在不同形状回流区;整体温度随鳍片水冷壁面积的增加而降低,但鳍片宽度过大可能造成水冷壁灰渣沉积堵塞;不同水冷壁布置方式的计算结果与实际测量值基本吻合。     

太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究

为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳（S-CO₂）在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性，采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型，对其中S-CO₂对流换热特性进行数值仿真，并考虑了吸热器与外界环境的辐射和对流换热，分析了吸热管半周均匀受热、半周周向均匀轴向高斯受热和半周周向余弦轴向高斯受热3种非均匀壁面热流密度分布的影响。仿真结果表明:外界环境的辐射和对流换热对吸热器壁面温度影响较大，相较于未考虑外界环境的辐射和对流换热，考虑辐射和对流换热的壁面最高温度下降6.84%；3种壁面热流密度分布中半周周向余弦轴向高斯受热的吸热器出口温度和壁面最高温度均最高，其壁面最高温度比半周均匀受热高353.4 K；非均匀壁面热流密度分布虽然对吸热器内流体流量分配不均匀性的改善不明显，但可明显削弱流量分配不均造成的各吸热管流体温度偏差的影响。     

高速永磁同步电机转子瞬态温度场解析解

在转子的热设计中,很自然地有如下要求:在已知转子内热源的条件下,确定转子需要多大的对流换热系数以及相应气隙流体温度,使得转子局部最高温度不超过设计值。内热源已知的条件下,实验测量转子温度和气隙流体温度便可得到相应的对流换热系数。为解决高速永磁电机转子热设计问题,本文给出了转子温度场的解析解。首先将时变的且含内热源的传热方程无量纲化,然后利用傅里叶积分变换法求解,其中轴向分布不均的对流换热系数和气隙流体温度用等效的对流换热系数和等效气隙流体温度代替。通过与有限元计算结果对比,验证了该解析解的正确性。获得了一类高速永磁电机转子在各种散热因素作用下的稳态最高温度分布图,为转子的热设计提供了理论支持。     

基于圆管内肋迎流面结构设计的传热性能研究

相较于光滑圆管,内肋管对管内流体流动状态影响较大。通过改变肋片迎流面结构,会对流体产生不同程度的导流效果。传统对于肋片结构方面的研究多是一些规则化的图形,其导流角往往是一致的。本文采用数值模拟的方法研究了环形内肋迎流面的结构对圆管内流体流动特性、传热特性及综合性能的影响。对内肋迎流面以不同程度的凹凸结构建立5种圆管模型,分析比较5种流体模型对流体的影响并探讨其规律。结果表明:圆管整体换热和综合性能与迎流面凹凸程度具有强烈的相关性;内肋迎流面凹陷对换热管换热有强化效果,内肋迎流面凸出则会削弱换热管换热;同时,凹面管的阻力系数比凸面管的阻力系数有较大幅度的增加;迎流面凸面结构综合性能略高于迎流面凹面结构。     

三种绝缘气体下开关设备的温度场及流场对比与分析

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了开关设备的传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型,并采用壁函数法处理对流换热边界条件。利用棱边单元法计算了考虑集肤效应、邻近效应及涡流效应下载流导体和外壳的焦耳热损耗。以某型号开关设备为对象,采用有限容积法和六面体网格,分别计算分析SF6、N2、空气中开关设备的三维温度场与气流场,从温升角度探讨空气、N2作为SF6替代气体的可行性。计算结果表明,三种气体中温度分布基本相同,温升大小表现为SF6气体内的最高,N2内与空气内的差别不大;三种气体中的气流速度大小顺序也表现为相似的规律。从温升角度考虑,在满足绝缘条件的前提下,空气、氮气具有替代SF6的可行性。     

离散热源的自然对流换热数值模拟

利用FLUENT软件对有离散热源的封闭腔内的自然对流换热进行数值模拟,对不同瑞利数Ra下的自然对流换热的情况进行计算,得出随着Ra的增加,空腔内部的等温线由垂直变为水平,换热逐渐从导热占主导地位变为由对流换热占主导地位,平均努塞尔数Nuave随着Ra的增加而增加;对于有离散热源的电子元件,为了增加元件的使用寿命,降低经济成本,可采用增加Ra的方法来增加元件内的自然对流换热能力。     

半透明介质内辐射与导热复合换热过程熵产分析

本文用数值模拟方法对一维半透明介质内辐射与导热复合换热过程进行了热力学分析，给出了参与性介质中辐射与导热复合换热过程的无因次熵产公式和熵产数公式，分析了辐射—导热参数、光学厚度、散射反照率、壁面黑度对熵产数的影响。结果表明，在整个系统中，熵产数满足热力学第二定律，从而证明了无因次熵产公式及熵产数公式的正确性。最后从熵产数的角度分析了系统中的功损。     

循环流化床锅炉冷渣器灰渣传热过程研究

针对循环流化床锅炉滚筒冷渣器设计中灰渣的换热系数确定困难等问题,提出利用在计算流化床和浸没表面间的换热中运用乳化团数学模型对灰渣在冷渣器中的传热过程进行传热分析,并计算灰渣的换热系数,进而确定灰渣的各种换热方式所占的份额。计算表明,在灰渣换热过程中辐射换热占32%,导热与对流换热占68%。乳化团的换热量约为气泡辐射传热的7.7倍。     

竖直细管内高速空气-过冷水环状两相流的蒸发-对流耦合传热特性

通过数值计算研究了竖直细小传热管内高速空气-过冷水非沸腾环状两相流的传热传质特性。计算结果表明：在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热，液膜蒸发和气相(湿空气)吸热3部分。在管内下部的环状流区域内，液膜蒸发换热是支配性的传热方式，并具有十分强的换热能力。数值计算指出即使在高热流密度条件下管壁温也能保持在较低范围。计算结果较好地预示了过去的实验结果。     

永磁风力发电机流体流动及传热性能数值研究

随着风力发电机容量增加,电磁负荷不断增加,发电机温升计算以及冷却介质流动分析的重要性不容忽视.针对发电机内部温升分布不均、流体流动复杂的问题,以计算流体力学(CFD)和传热学为理论基础,根据2.5 MW永磁风力发电机通风系统结构和传热特点,建立全域三维流动及传热耦合的物理模型和数学模型,结合工程实际给出基本假设和边界条...     

电站锅炉过热系统分布式传热模型及其应用

根据热量来源将过热系统传递的能量分为屏前/屏后烟气辐射、屏间烟气辐射、炉膛火焰辐射、炉顶管辐射、管屏表面自身辐射以及对流传热6种类型。将屏前/屏后烟气辐射以及炉膛火焰辐射视为烟黑体窗平面的辐射，在此基础上把6种类型的传热归结到一个封闭系统内，进而建立了一种可同时反映各种不均匀性因素的过热系统分布式传热模型。应用模型对某台300MW机组后屏过热器热流分布进行模拟，揭示了各种类型热流的不均匀性和对总传热量贡献的差别。该模型可以用于过热系统的分布式热力计算，并可为过热系统分布参数动态模型的建立提供必要的边界条件。     

Electrohydrodynamic Augmentation of Forced Convection Heat Transfer

Augmentation of heat transfer due to injection of an ion flux through a thermal boundary layer is measured in a forced convection heat transfer apparatus. A nickel mesh injection grid is used to minimize the effect of the ``corona wind' associated with point discharges and thus to isolate an electrohydrodynamic (EHD) instability mechanism. The EHD instability is shown to be a viable mechanism in augmenting forced convection heat transfer. Change in the Nusselt number is documented as a function of an EHD instability interaction parameter, Reynolds number, and temperature gradient.     

空冷凝汽器波形翅片扁平管管束外空气流动传热特性

研究火电站空冷凝汽器广泛采用的波形翅片扁平管管束外空气流动传热特性,对于火电站空冷岛的设计与运行都具有重要意义。该文通过CFD模拟,得到不同空冷凝汽器迎面风速条件下冷却空气的流场和温度场,通过计算获得了空冷凝汽器冷却空气平均对流换热系数和摩擦系数随翅片间距和翅片高度的变化规律。结果表明：随空冷凝汽器迎面风速增加,空气对流换热增强,摩擦系数降低。对每个迎面风速而言,都存在一个最佳翅片间距,对流换热最强。翅片高度增加,对流换热系数和摩擦系数减小。对空冷凝汽器波形翅片管束空气流动传热性能综合评价指标的分析表明,最佳翅片间距和高度需要通过综合技术经济比较确定。     

均匀高压电场强化圆管和套管内油的层流强制对流换热的综合效应

以 1 5号机油为实验工质 ,对水平光滑圆管和套管管内层流流动换热进行了直流高压电场强化实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热通量及流动速度、油温、管型等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。在相同传热面积及相同泵功的条件下 ,综合换热性能有大幅度增加。     

发夹式换热器大温差启动研究

简要介绍了发夹式换热器工作原理及结构优势,在高温高压工况条件下,冷热流体进行大温差换热,通过数值模拟研究冷态启动过程中:管内空置时,壳侧为注满低温热流体状态,高温热流体以小流量缓慢注入换热器内与低温热流体混合,研究壳侧流量对壳侧温升速率的影响;当壳侧温度达到需要高温时,管侧进入冷流体,模拟冷流体温升变化与流量的关系;强度方面通过对换热管及管板进行防冲击热应力分析,对管板以及整个换热器承受温差冲击时进行设备安全性评估;最终保证换热器在大温差情况下的启动安全性。     

3MW双馈风力发电机传热特性数值研究

随着风力发电机容量的增加,电磁负荷不断提高,电机的发热问题成为影响机组性能和经济指标的主要因素之一。为了解决该难题,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,结合发电机通风性能以及结构特点,建立了发电机三维流动与传热耦合求解的数学模型与物理模型;并给出基本假设与相应的边界条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算。最后,对发电机内部的流体流动性能、传热特性以及发电机定转子铁心、定转子绕组以及绝缘的温升分布进行了分析,得到端部气体流动不规律以及二次冷却热能力较强等,为更大容量风力发电机综合物理场的准确计算提供了理论依据。