内置转子换热管强化传热数值模拟

为分析内置转子换热管的传热效果,建立光管和内置转子换热管的三维模型,对换热管内流场、温度场、压力场以及传热过程进行模拟,得到管内流体的阻力特性和传热特性.模拟结果表明:内置转子换热管内的三维流动比较复杂,转子与管壁之间缝隙内的流体有明显的环绕流动,切向速度和径向速度也增大到一定范围;相同雷诺数条件下,内置转子换热管压降...     

基于传热反问题的微型燃料电池冷却通道优化

为了改善微型质子交换膜燃料电池冷却系统的综合性能,研究了燃料电池冷却通道几何形状的优化设计问题。针对传统冷却通道内流动阻力太大的现状,在综合考虑系统冷却能力和系统阻力的前提下,利用SIMPLER算法和共轭梯度法,求解冷却通道传热及流动过程的几何边界条件反问题,优化设计冷却通道的最优几何形状。讨论了冷却通道几何形状的初始猜测值,以及系统冷却能力和系统阻力权重之比等因素对冷却通道形状优化的影响。数值仿真结果表明,当流道入口流体流速及流道入口高度给定时,利用上述的传热学反问题的优化方法能够有效优化冷却通道的几何形状,明显改善了冷却系统的综合性能。优化结果可为微型燃料电池冷却通道的优化设计和工程制造提供理论依据。     

CAE在强化传热节能减排中的应用

为解决管壳式换热器传热效率低下的问题,以最典型的列管式换热器为研究对象,建立换热管内置转子组合式强化传热装置的三维模型,模拟换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程,得到管内流体的流动规律和传热性能的计算结果. 模拟计算结果显示,内置转子组合式强化传热装置的换热管内尤其是近壁区域有较强的湍流度;转子与管壁之间缝隙内的流体有明显的螺旋环绕流动,可显著提高传热系数,并具有自清洁作用. 研究表明,利用CAE手段解决热交换过程的瓶颈问题,可大幅度提高能源利用效率,为实现节能减排的战略目标作出贡献.     

不同截面形状螺旋管流动与传热的数值研究

通过计算流体力学方法对圆形、椭圆形和矩形截面的螺旋管在湍流工况下的流动及传热性能进行模拟,分析了不同截面螺旋管内流体的速度场、温度场分布特征和场协同性能。结果表明,不同截面形状的螺旋管内均产生了二次流,二次流速度平均达到主流速度的2.7%~4.7%,二次流影响了场协同性能,进而影响了传热性能。圆形截面螺旋管综合传热性能最佳,椭圆形和矩形的螺旋管中,沿螺旋管螺旋线径向方向和轴向方向尺寸比值大的综合传热性能更好。随着Re的增大,场协同对于强化传热的影响逐渐减小,主流的湍流进一步成为强化传热主导因素。     

不同形状换热管传热性能的CFD模拟及优化选型

针对一个工业换热器管程传热强化的要求,提出基于CFD模拟的换热管选型及其结构优化方法。选择普通圆管、扁管、螺旋扭曲扁管和内置扭带圆管4种不同形状的强化传热管为考察对象,借助流体力学模拟软件Fluent6.3,对不同传热管的内部参数分布、传热系数、压降大小和综合效果等进行了模拟和比较分析,结果表明螺旋扭曲扁管的综合传热效果最佳,其中传热系数比普通圆管提高了3倍,压降小于0.5 MPa,可满足工业换热器强化传热改进的要求。通过模拟取得了螺旋扭曲扁管适宜的结构参数范围,其中扭曲程度5~15,扁度为2~2.6,通过分析管内流场的分布,证明这种特殊结构换热管对流体湍动程度和传热效果有显著强化作用。     

狭缝高度对传热倍增及温度漂移特性的影响

为研究隔板对流装置的传热特性和温度漂移特性与系统几何尺寸的关系，采用DNS方法对不同狭缝高度和不同隔板数目的隔板对流装置进行计算，结果表明：传热通道中单向层流化的流动具有很好的二维性，二维与三维模拟计算得到相同的Nu。对多层隔板对流装置的传热倍增特性进行二维数值模拟发现：改变隔板顶端狭缝高度，传热倍增效果进一步增强；在隔板厚度相同时，不同隔板数的隔板对流装置存在一致的最优狭缝高度。定量研究传热通道的温度漂移量与狭缝高度的关系，发现二者存在标度律变化关系。     

螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发

螺旋缠绕管式换热器作为新型换热设备,与传统换热器相比,更为紧凑的管排列方式,增大了设备单位体积内的传热面积,且流体流动过程更易多流股化,从而提升传热综合效率;对设备的传热特性进行研究并与计算机技术相结合实现性能优化与计算方法改善,对于实际设备设计生产与使用具有重要意义;通过计算流体力学（CFD）方式,对螺旋缠绕管式换热器进行简化计算模型结构工作并开展数值模拟,研究不同管排列方式,相邻管层间距,壳程流速,换热管使用材料在设备换热性能方面的影响情况,得到设备优化结构,实现设备性能提升;选定管内径,管缠绕圈数,壳程流速以及管缠绕半径四个因素及其相对应水平参数开展正交试验,并分析单因素对于绕管式换热器综合传热性能PEC的影响情况及各因素的主次程度;运用Visual Basic语言进行计算程序开发,通过对流体物性参数,管内径,管缠绕圈数,管程数等进行输入并自动计算,实现压降,传热系数,综合性能指数等结果的可视化,提高后期设计工艺计算精度。     

涡轮叶片凸包强化传热的数值仿真研究

为了提高发动机高温涡轮叶片的冷却效率,延长使用时间,通过增强换热技术,采用数值仿真计算方法,在Realizable k-ε湍流模型上对球形凸包壁面的光滑矩形通道进行了换热特性研究,分析了凸包区域流场特性以及导致凸包区域换热增强的机理.在Re=20000 ～60000的范围内比较了三种不同凸包深度的换热性能,研究了凸包深度对换热和流阻的影响,计算结果表明随着凸包深度增加,换热增强因子和流阻增大因子增加,平均综合换热性能也有所增强.计算数据显示Re数对凸包壁面的换热增强因子和阻力增大因子的影响相对较小,对平均综合传热性能的影响也相对较小.仿真结果验证-了仿真模型可为增强换热性能设计提供依据.     

水下球形机器人推进器管道的设计和优化

根据水下球形机器人的设计需要,运用CFD(computational fluid dynamics)技术,对不同流态下不同截面尺寸和曲率半径的矩形截面弯管内的黏性流动进行了数值模拟.研究了离心力作用下二次流强度和壁面黏滞阻力随弯管参数变化的情况,得出了截面宽高比为0.75的弯管的水力损失最小的结论,并对该截面形状的弯管的流动结构进行了分析.最后,在标准试验平台上运用涡量探头对出口截面的涡流强度进行了测量,从而证明了数值模拟的正确性,并通过对比分析,完成了水下球形机器人的管道设计和优化.     

不同错开位置锯齿翅片热力特性的三维仿真

对通道壁面沿流动方向周期性地错开而在横向上通道壁面有几组不同错开位置的强化换热翅片的层流流动和传热情况进行了三维仿真分析。这类翅片经常被应用在汽车和电子设备的冷却系统中。三维有限元方法用来模拟Re数在100-1500范围时翅片的速度场和温度场，考虑了通道壁面的不同错开位置(SSP)对翅片传热性能的影响。仿真结果与以前的试验数据也进行了比较研究。     

动态加载方式下防爆墙动力响应分析

为分析防爆墙在不同爆炸载荷下的动力响应和破坏机理,研究波纹板式防爆墙与平板式防爆墙的差异,分别采用三角波加载和基于流固耦合方法的爆炸仿真2种动态加载方式模拟爆炸载荷。分析结果表明：三角波载荷可以较好地模拟爆炸载荷且具有明显的计算速度优势。分析得到2种类型防爆墙的P I曲线,通过对比发现波纹板式防爆墙的抗爆性能优于平板式防爆墙。     

集中供热系统中换热器结垢研究

在实际使用过程中,集中供热系统的换热器会出现不同程度的结垢现象,污垢的产生将造成板式热交换器传热性能降低,加大循环泵功耗,也会因此提高运行成本。基于此,提出了用于供热系统换热器的污垢指标,该指标适用于运行过程中热负荷变化较大的换热器,不需要获取换热器结构参数,能够在不拆卸换热器的情况下对污垢程度进行判断。     

结构尺寸对LNG低温螺旋波纹钢管弯曲性能的影响分析

基于ANSYS三维壳模型,依据结构几何尺寸对LNG低温螺旋波纹钢管进行参数化有限元建模.考虑低温环境下材料力学性能的改变和结构几何非线性因素,对弯曲载荷作用下低温螺旋波纹钢管结构力学性能进行数值模拟;分析管体弯曲失效模式和力学行为特点.改变结构几何尺寸,分析比较波峰和波谷极值应力以及管道整体力学性能,发现尺寸参数对低温波纹钢管力学性能的影响显著,分析相应的灵敏度规律,最后给出合理的截面尺寸参数.分析结果可以为低温柔性管道的结构设计提供参考.     

含水率与孔隙率对粉煤灰传热性能影响

以粉煤灰传热为研究对象,选取不同含水率和孔隙率粉煤灰试样,建立自主研制的两侧恒温差立方体实验台,对阜新市热电厂的漂珠型粉煤灰进行温度实验测试;根据半无限大物体导热原理,采用非稳态法对试样有效导热系数进行计算,研究含水率与孔隙率对粉煤灰传热性能的影响。引入Brinkman-Forchheimer扩展Darcy模型进行修正,考虑流体密度随温度变化,局部热平衡,建立二维粉煤灰传热数值模型,完成试验与模型互相验证。结果表明:孔隙率为0.26时,随着含水率增加,粉煤灰的有效导热系数由0.24增大至0.27,保温隔热性能变弱;孔隙率增大有利于粉煤灰保温隔热性能的提高,其有效导热系数由0.25降低至0.19;含水率变化对压实型粉煤灰内部热传输方式影响不大,热传输方式为热传导;疏松型粉煤灰热传输方式以导热为主,有轻微对流换热迹象,粉煤灰内传热应考虑孔隙率变化对其影响。     

二维稳态传热问题的计算机仿真

热量传输现象在工程技术领域中广泛存在,对二维稳态传热情形下温度场分布的研究有重要现实意义。对于复杂几何形状的物体和非线性的边界条件,分析解法显得无能为力;相比之下,建立在有限元基础上的数值计算是有效和准确的。在传热和流体流动问题的数值计算方面,SIMPLE算法被广泛采用。通过VC和Matlab的混合编程用SIMPLE算法实现了对二维稳态传热问题的计算仿真,描述了温度场的分布。     

乙烯裂解炉燃烧传热的CFD模拟

为了掌握乙烯炉炉膛内的热场分布规律,本文采用CFD方法对SL-Ⅱ型工业乙烯裂解炉辐射段内所发生的燃烧、辐射传热、烟气流动等过程进行了耦合模拟,并且详细地分析了炉膛内流场及温度场的分布情况。其中,裂解炉的几何模型按照工程图纸1:1的比例建立;网格划分在专业网格生成软件ICEM11.0中完成;计算采用标准k-ε双方程模型模拟湍流,漩涡耗散/有限速率燃烧反应模型(EDM/FRC)模拟侧壁烧嘴的预混燃烧和底部烧嘴的非预混燃烧,离散传递模型(DTM)模拟炉膛辐射传热,计算过程在CFX5.0中完成。计算得到了裂解炉炉膛内流场、温度场分布的详细信息,模拟结果与工业实测数据吻合较好。模拟结果表明,在底部烧嘴的射流核心区周围形成了大范围的回流,过渡段拐角处有小范围的回流现象;炉膛长度、宽度、高度方向都存在明显的温度梯度,说明传统的炉膛传热计算方法假定温度分布均匀是不准确的;炉膛的高温区主要集中在炉高4.5 m处;炉膛上部的热量,由于侧壁烧嘴的加入而得到了很好地补充,说明侧壁烧嘴的安装位置合理。研究结果表明CFD模拟是目前为止研究裂解炉内热场分布规律最为有效的手段之一,对于未来乙烯裂解炉的设计与优化作用很大。     

电涡流传感器线圈参数对传感器性能的影响

介绍电涡流传感器的工作原理,以及传感器线性测量范围及灵敏度与线圈参数的关系。研究了改变线圈截面形状及参数变化对传感器性能和灵敏度的影响,得到它们之间的定性关系,从而对传感器的优化设计提供理论依据。     

大型螺旋波纹管内流动与传热的数值模拟研究

利用流体仿真软件FLUENT对不同结构参数的某大型螺旋波纹管管内烟气的流动和传热进行了三维稳态数值模拟,比较和分析了螺旋波纹管和光滑管的换热性能,并通过控制变量法研究了螺纹高度、螺纹宽度和螺距等结构参数对螺旋波纹管综合换热性能的影响。研究表明,随着螺纹高度和螺距的增大,螺纹宽度的减小,螺旋波纹管的综合换热性能获得相应的提高。本文还依据模拟的结果,通过回归分析拟合出了努赛尔数、摩擦因数以及综合换热效率的相应关联式,并且通过优化给出了换热管综合换热效率最高时的结构参数,为螺旋波纹管的工业应用提供了理论支持和技术储备。     

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.     

人字形波纹板式换热器性能数值模拟的研究

基于简化模型的计算结果难以准确描述换热器内完整的流体流动和换热特性.为此,本文建立与人字形波纹板片完全相同的,含分配区和传热区冷热双流道换热的计算模型,用计算流体力学软件Fluent 6.3,数值模拟4组不同名义速度下流体的流动和换热情况.分析流道内速度场和温度场发现,进口分配区对流体流动分布和换热都有显著影响,还将流体在流道内的流动情况详细描述.两侧流体的压降和进出口温差的计算值与实验值的误差小于6%,较准确地反映了换热器内整体的流动和换热特性,可直接用于研究板式换热器的性能,具有一定的工程实际意义.