旋转发动机燃烧室头部气-固两相流场结构分析

在固体火箭发动机性能的研究中,采用N-S方程、Reynolds湍流模型和颗粒随机轨道模型建立了旋转固体火箭发动机头部区域气-固两相流数学模型,针对安全性,使用FLUENT软件对不同转速发动机头部区域流场进行了数值仿真,分析和比较了有无旋转两种状态下燃烧室头部区域流场结构,研究了转速对燃烧室头部流场结构及热环境的影响.结果表明:发动机的旋转使燃烧室内部流动与传热发生显著变化,导致燃烧室头部压强升高,热防护环境恶化,而且,变化随着转速的增加而迅速加剧,影响发动机内弹道性能和头部热防护性能,为发动机设计提供安全保障的依据.     

热电堆传热过程的数学建模方法

以半导体制冷热电堆为研究对象,建立其控制系统的动态数学模型。选取通过热电堆的直流电流为控制量,冷端和热端的温度分别为输出,将半导体热电堆传热的物理过程用热电堆的五种效应通过状态方程表达出来,建立起输入输出间的动态数学模型。基于MATLAB仿真平台,建立动态数学模型的仿真模型,并求解。通过调节电流的大小,仿真模拟出控制量变化时的曲线。     

太阳能电池连续式烧结炉温度场分析

烧结炉炉膛温度的均匀性控制是确保高性能太阳能电池产品质量的关键技术。针对烧结炉炉膛内同时存在热传导、对流、辐射三种传热方式,且相互影响的复杂热流体状态,在分析烧结工艺的基础上,采用了新型环保节能的红外烧结方式,并从理论上分析炉内温度场传热方式和气氛流场气体流动状态,建立温度场对流传热和辐射传热的数学模型,通过对炉内流场与温度场的三维数值仿真结果分析,为优化炉膛的结构设计及控制炉膛内的气流以改善炉膛内温度分布的均匀性提供理论依据,为设备的成功制造提供了可靠的保障。     

涡流冷壁推力室传热模型分析计算

研究发动机燃烧室温度优化控制问题,由于燃烧室温度控制较难,为了预估新型涡流燃烧冷壁火箭发动机的壁面温度,根据发动机内部流动和传热分析,对组合化学平衡、辐射传热和热传导特性,提出了一维传热模型.采用模型对以氢氧为推进剂的涡流燃烧室进行了传热过程和影响因素的仿真分析,获得了稳定状态下的壁面温度,以及燃烧室压力、氧化剂喷注速度、燃烧室长度等参数对壁温的影响关系,仿真结果与实验一致.证明模型为涡流燃烧发动机设计提供了重要工具,对进一步的实验研究有指导意义.     

催化裂化提升管反应器数学模拟新方法

催化裂化提升管反应器数学模型基本上都是基于平推流反应器的假设建立起来的,但是由于其内部流动、传热以及反应过程非常复杂、偏离平推流较大,所以在模型的实际应用中必须用装置因数去校正,表现出较强的经验性,为了改变这种状况,本文通过研究分析,提出了对催化裂化提升管反应器进行多维微分模拟的研究方法,从根本上把反应器结构尺寸、物流入口条件,流动特征及传热特征等影响考虑进来,把流动、传热、传质、裂化反应以及湍流脉动作用全部纲入模型中,建立催化裂化提升管反应器的流动反应综合模型,通过对模型的求解,可以得到提升管反应器内催化剂颗粒及油气的速度分布、温度分布以及组分分布,从而揭示工业提升管反应器内的化学工程信息。这些数据对工业提升管反应器的设计、操作优化及新技术的实施都是十分重要的。     

基于模糊算法的汽车电池组系统降温控制

分析了锂离子电池的发热和传热机理,构建了动力电池组温度数学模型。选用的电池为A123-26650 LiFePO4电池,通过预处理过程建立了动力电池组中的任意一行中8个电池单体温度模型,并网格划分化;将预处理过程中建立数学模型导入到ANSYS软件。利用ANSYS对实际条件下电池发热进行仿真,并与Zuskausks实验相关方程进行比较,验证文中所建立的动力电池CFD模型可靠性。在恒定冷却液流速条件下,通过比较电池温度数学模型电池温度和CFD模型电池温度,验证了动力电池数学温度模型可作为控制器作用的仿真对象。设计自适应模糊PID控制器,通过MATLAB/Simulink仿真试验验证该控制器能够很好控制电池温度至期望值,具有一定实际应用价值。     

微型多槽道平板热管传热特性分析及最大传热量预测

对三角形槽道的微型平板热管,进行流动、传热性能的理论分析和模拟.建立了微型平板热管的一维稳态模型,以分析工质在热管内的轴向分布,液体和蒸汽压力、流速的轴向变化,并计算其最大传热量.该模型更精确地考虑了具有互相连通蒸汽空间的平板热管,汽液界面剪切摩擦力对其传热性能影响,模型预测结果与实验数据取得较好的符合,能够更准确地预测微热管的最大传热量.该模型可用来帮助微型多槽道平板热管的结构设计.     

超音速扩压器喷雾冷却数值仿真研究

为了探讨研究喷雾冷却中冷却水流量、喷射速度及喷嘴轴向分布位置等因素对超音速扩压器壁面温度的影响,借助CFD计算软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型,对喷雾冷却下超音速扩压器内流场进行了数值仿真。通过计算,得到了扩压器内压强分布及壁面温度分布。分析了喷雾冷却中冷却水流量、喷射速度及喷嘴轴向位置对超音速扩压器壁面温度的影响。研究表明：随着冷却水流量的增大,扩压器壁面温度降低。同时,扩压器入口处静压升高,对应仿真高度降低;减小冷却水喷射速度,可以有效降低扩压器入口处壁面温度;喷嘴的轴向分布位置对扩压器壁面温度有较大影响,仿真结果证明,喷嘴沿轴向呈对数分布有利于降低扩压器壁面温度。     

固体火箭冲压发动机绝热层传热特性数值仿真

研究冲压发动机补燃室的热防护性能,为发动机长时间安全工作提高热防护技术,建立了补燃室三维流场和EPDM(三元乙丙)绝热层的物理数学模型,数值仿真补燃室内燃烧及流动过程.对补燃室内温度变化梯度大,燃气温度在补燃室中部达到极值,化学反应流场在周向存在很大的不对称性.补燃室头部的回流区和输运漩涡对燃烧效率有着重要影响.通过对绝热层和壳体的温度场进行数值仿真,发现绝热层存在两个高温区域:头部回流区域和补燃室中部的燃烧充分区域.计算结果符合物理规律,并与试验结果符合较好.研究结果为冲压发动机补燃室热防护层的设计提供了有效的分析手段.     

全钒液流电堆换热器顺/逆流效率研究

全钒液流电池(VRFB)的电堆内部工作温度不仅影响反应速度,而且影响电解液和膜的电导率、充电时间和循环能源效率,对电池的性能影响很大。VRB系统在实际应用中为了更好地控制温度,通过安装强制冷却装置如换热器进行温度调节,因此换热器的很多参数需进行优化设计。本文主要对控制电堆温度的换热器模块进行顺流和逆流下的效率分析,运用热力学理论,依据钒电池的热力学属性,通过Matlab/Simulink搭建VRB电堆热力学模型;在热力学定律的基础上研究电堆温度与时间函数的热模型,建立ε与传热单元数、冷热流体温度、传热功率参数之间的函数关系,分析在给定传热系数的条件下换热器效率优化,实现对电堆温度更好地控制,为电堆的实际运用提供设计参考。     

Heat and mass transfer under laser sintering of a powder mixture

A model of heat and mass transfer during the sintering process of a two-component powder mixture under the action of laser beam irradiation was formulated and numerically investigated. The model accounts for the movement of solid particles in a shrinkage caused by the changed density of the powder mixture, as well as for convective fluxes caused by surface forces and gravity. The flow of the liquid phase of the low-melting component of the mixture was described by the generalized Darcy law. The space-inhomogeneous and non-steady distributions of the phase saturations and the temperature field were estimated to predict the dynamics of the phase change process depending on the properties of the powder mixture (porosity, penetration, and thermal properties of components), and depending on the parameters of the laser beam. The effect of surface subsidence of the powder mixture has been considered.     

Computational heat transfer and two-phase flow topology in miniature tubes

Detailed computational multi-fluid dynamics simulations have been performed to study the effect of two-phase flow regime on heat transfer in small diameter pipes. Overall the heat removal rate in two-phase flow is higher than in single phase. Subtle differences in thermal removal rates are revealed when the flow-regime transitions from bubbly to slug and slug-train configurations. It is found that the wall thermal layer is affected by two separate mechanisms: an early-stage compression due to gas-jet fragmentation into slugs or bubbles, and a background inclusion-induced flow superimposed on the equivalent single-phase fully developed flow far downstream. The first mechanism resembles a confinement or blockage effect, and is shown to directly influence radial temperature gradients. The downstream mechanism is a cell-based developed flow (rather than fully developed), and is shown here to increase the wall shear in the vicinity of the cell, leading to higher heat transfer rates. The mean Nusselt number distribution shows that the bubbly, slug and slug-train patterns transport as much as three to four times more heat from the tube wall to the bulk flow than pure water flow. A mechanistic heat transfer model is proposed, based on frequency and length scale of inclusions.     

基于有限元模拟的薄膜热流计结构设计及优化

精确的热流测量对航空航天领域发动机设计及使用过程至关重要.薄膜热流计以其体积小、热容量小、干扰小、不破坏部件表面气流等显著优势,成为发动机热端部件表面热流测量的新方法.针对传统工程经验设计薄膜热流计精确度不高且迭代耗时长的缺点,基于有限元仿真模拟方法,建立了一种薄膜热流计有限元分析模型,综合分析了热流密度、热阻层厚度、热电堆厚度等因素对热流计冷热结点温度梯度的影响,提出薄膜热流计优化思路.分析结果表明,优化后的薄膜热流计具有更出色的热学性能与电学性能.     

固体火箭发动机喷管热防护设计

为保证固体火箭发动机(Solid Rocket Motor,SRM)尾翼机构工作的可靠性,进行热防护设计以控制喷管外壁温度.基于三维有限元法对喷管工作时的温度场进行数值仿真,获取发动机喷管在温度和压力载荷联合作用下的温度场分布,结果表明原喷管的热防护不满足要求,通过对喷管各组成结构的重新设计,获得符合设计要求的喷管结构,并且发动机点火试验表明热防护设计满足要求,所得方法可为喷管的设计、试验和生产提供参考.     

极端温度环境中舰船弹库传热技术研究

根据《GJB1060.2-1991舰船环境条件要求-气候环境》标准,建立了舰船弹库在高温日照环境与极端低温环境下的传热模型。将太阳辐射和环境温度转化为综合温度,对弹库内部流场进行了流固耦合的二维计算仿真,分析了弹库内部温度在高温日照环境中的连续性变化以及在低温环境中的分布情况。仿真结果表明弹库具有良好的隔热保温性能,所做研究可以为舰船弹库的设计和使用提供决策参考依据和技术支撑。     

Analysis of fluid flow and energy transport in Czochralski's process

In this paper the conjugate fluid flow and energy transport problem (involving conduction-convection-radiation heat transfer) resulting from the Czochralski crystal growth process is analysed. The solidifying material is treated as a pure and semitransparent substance with material properties depending neither on temperature nor on the wavelength. The solution of the problem is obtained iteratively using two computer codes: FLUENT, a commercial CFD package, and BEM-based in-house code capable of analysing the radiative heat transfer in the entire computational domain.Obtained results not only show velocity field and temperature distribution within the bodies under consideration but also demonstrate the influence of thermal radiation on these quantities.     

基于FINE/Turbo的高压涡轮叶片流热耦合分析

为验证FINE/Turbo软件对高压涡轮流热耦合求解问题的准确性,将Mark Ⅱ型燃气涡轮叶片作为分析对象,选用不同的湍流模型和转捩模型进行数值模拟,得到叶片表面压力分布,B2B面的压力、温度、马赫数和湍流动能分布,叶片内部温度分布以及叶片表面传热系数分布,并与试验数据进行比较.结果表明:对于流热耦合问题,FINE/T...     

基于单片机的新型热量表

本文用超声波在流动液体中顺流与逆流的时间差来测量流速,测量芯片采用TDC-GPS,控制器采用MSP430。此热量表可避免传统热量表的阻塞问题,实现了与无线抄表系统相结合,可在无人监管情况下实现对用户供热信息的监控。     

基于格子Boltzmann方法的换热器优化模拟

为优化换热器的结构设计,用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)结合多孔介质模型模拟换热器内的换热,研究雷诺数、普朗特数和热扩散率比的变化对温度场和换热性能的影响.模拟结果表明:在小雷诺数范围内,随着雷诺数的增加,努塞尔数先增加后减小,即存在一个使换热性能达到最好的雷诺数;随着普朗特数的增加,努塞尔数减小,换热性能降低;随着热扩散率比的增加,换热性能提高.分析不同管柱排列方式对换热性能的影响,结果表明:叉排的换热效果明显优于顺排,当横向节距等于2时,对于均匀顺排或叉排,努塞尔数均随纵向节距的增加而减小,这与实验结果相符;对于非均匀叉排,采用"前密"或"中间密"的排布方式有利于换热.     

Two-phase simulations of micro heat pipes

A two-phase model of a single micro heat pipe (MHP) and a three-dimensional network of microchannels were simulated using the finite element method. Investigation on the convergence of the models demonstrated that models with higher thermal gradient showed fluctuation with higher amplitude. Furthermore, phase change phenomenon and accumulation of the liquid phase in the sharp corners of the micro heat pipe were modelled. The effective thermal conductivity, pressure and velocity field for both phases along the length of the micro heat pipe were calculated and compared to the literature. In addition, the overloading conditions were simulated and an effective length was defined for the micro heat pipe. Consequently, the influence of liquid filling ratio on the effective length of micro heat pipe was investigated. Finally, a three-dimensional network of microchannels with two-phase flow was simulated where the circulation of the two phases was captured.