全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析

以全流道式平板型太阳能集热器为研究对象,首先进行了集热性能试验测试,在此基础上,利用CFD技术对不同排管管径全流道吸热板内传热介质的流动与传热进行模拟。试验结果表明,全流道集热器集热性能好、保温性能优,最高瞬时集热效率可达86.1%,热损失系数仅为4.179 W/(m~2·℃);与有关国家标准比较,最高瞬时集热效率高14.1%,热损失系数低1.82 W/(m~2·℃)。模拟结果表明:全流道板芯在增大流体传热接触面积的同时产生了横向导流作用,使各排管间流体流量分布更为均衡;全流道板芯热阻小,壁面上热流分布均匀,有效地增大了板芯的对流换热。     

蛇形太阳能空气集热器流道布置的优化分析

加装扰流板的蛇形太阳能空气集热器是平板式太阳能空气集热器的常见改进形式。文章对上风道、双风道、下风道蛇形太阳能空气集热器的集热效率和热量损失进行模拟分析。分析结果表明:3种太阳能空气集热器的集热效率随着测试时间的变化均呈现出先升高后降低的变化趋势;上风道、双风道、下风道蛇形太阳能空气集热器的平均集热效率分别为57.53%,64.69%,65.24%,热量损失分别为429.26,323.97,317.01 W。     

基于仿生翅脉流道冷板的锂离子电池组液冷散热北大核心CSCD

基于方形锂离子电池生热特点,设计了一款新型仿生翅脉流道冷板。在数值传热学理论基础上,建立了仿生翅脉流道冷板的电池组液冷冷却散热模型,对仿生翅脉流道冷板和进出口位置不同的两种并行流道冷板的锂离子电池组冷却散热分别进行了数值模拟计算,并分析了电池组相邻冷板冷却液流向和流道槽深等参数对仿生翅脉流道冷板散热的影响。结果表明:与并行流道冷板相比,仿生翅脉流道冷板冷却不仅能够进一步降低电池组最高温度和温差,提升温度分布均匀性,还可以减小流道压力损失,降低能量消耗。电池组相邻冷板冷却液交错流比同向流电池组的表面最高温度降低了0.62 K,温差减小了1.13 K,平均温度变化相差不大,温度场分布均匀性得到进一步提升;冷却液质量流量不变,随着流道槽深的增大,电池组的最高温度、平均温度和温差均出现先增大后减小的现象,但随着流道槽深的增加,电池组的重量和所占空间也会增加,当流道槽深为2 mm时冷板冷却效果最优。研究结果可为探索散热性能更好、能耗更低的电池组热管理系统提供参考。     

矩形翅片椭圆管换热器熵产分析及结构优化

针对矩形翅片椭圆管换热器的三种排列方式,用计算流体力学(CFD)方法,采用标准k-ε湍流模型和增强型壁面函数法得到换热器流动换热数据,在此基础上采用热力学第二定律的熵产分析法,对不同管束排列方式及各结构参数下的换热器熵产进行分析。用田口法,得到不同排列方式各结构因素对熵产的贡献率,并给出错排和错列结构的具有最小熵产的优化结构参数组合。发现错列结构不可逆损失最小,而顺排结构损失最大。横向管间距是错排结构熵产的重要影响因素,而对于错列结构,横向管间距在压力熵产中起主导作用。     

PEMFC翅脉流道传质及输出性能分析

为研究流道结构对质子交换膜燃料电池（PEMFC）反应气体质量传输及输出性能的影响,建立翅脉流道、叶脉流道及蛇形流道的三维PEMFC几何模型,并对比3种流道的反应气体浓度分布、压力分布及电流密度分布,最后对翅脉流道结构参数进行优化。结果表明,与蛇形流道、叶脉流道相比,翅脉流道能明显改善流道和扩散层内反应气体浓度分布的均匀性,有利于强化反应气体向催化层的质量传递;翅脉流道能减小气体压力分布梯度,使反应气体扩散更加充分;翅脉流道的平均膜电流密度更大,有利于促进电化学反应稳定进行;翅脉流道能改善PEMFC的输出性能,翅脉流道峰值功率密度比蛇形流道、叶脉流道分别提高7.72%和6.25%;减小翅脉流道的直流道长度或圆弧流道圆心角,可提升翅脉流道输出性能。     

电站锅炉的换热器熵产模型

在分析电站锅炉换热器传热熵产流阻熵产、传质熵产以及运行中由于其他不可逆因素引起的熵产的基础上,利用熵的可加性建立了总熵产计算模型,结合采集的现场实时数据进行了吹灰前后受热面熵产的计算与分析,从而得出了以熵产最小化理论为基础的吹灰指导策略,对于换热器的优化设计及电厂的优化运行具有一定的指导意义.     

二维方腔自然对流熵产模拟分析

利用热和流体流动控制方程,同时考虑了粘性耗散效应,以温差驱动的二维方腔内自然对流换热为对象,分析讨论了熵产的分布以及随着Ra在10~5～10~7之间的变化关系。分析结果表明:熵产主要发生在高温壁面和低温壁面,最大熵产出现在高温壁面的下侧和低温壁面的上侧;熵产的面积加权平均(?)随着Ra呈指数形式变化;(?)与Ra之间呈线性关系;在总熵产中,传热熵产占绝对比重,且随着Ra的增大,其占总熵产的比例也越来越大。     

等截面钉肋的熵产优化研究

从热力学熵产的角度出发,以熵产最小为目标,建立了肋片的熵产分析理论模型,并对在强迫对流条件下的熵产最小时的圆柱形钉肋进行了讨论。     

自由活塞发动机电动压气机优化及熵产分析

为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略．结果表明：叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1．不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团．压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失．优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低．上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导．     

锅炉的熵产及其环境影响分析

指出锅炉等设备的生产过程会对自然环境状况造成影响,这种影响的综合效果可以用由于该生产过程所导致的周围环境内的熵增加来衡量。依据热力学理论,归纳了进行供热锅炉熵产与熵流分析计算的一般方法。该方法也可以供其他类型生产过程进行熵分析时参考。     

尾水渠出流的数值模拟及体型优化

针对某电站尾水渠实际情况,应用k—ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型对原设计体型进行模拟,并将计算结果与物理模型试验的测量结果进行比较,验证了三维数值模拟计算的准确可靠性。在此基础上,根据工程的实际需要对尾水渠不同体型进行了流态、流速分布及能头损失的数值模拟,为尾水渠体型优化提供了建议。     

Entropy Analysis of a Coupled‐Convection Flow through a Vertical Channel Partially Filled by a Porous Medium with Injection/Suction and Slip Boundary Conditions

Flow fields, thermal fields, and entropy generation have been investigated for fully developed mixed convection flow between two vertical porous plates. The vertical channel is partially filled by a porous medium, and channel walls are subjected to a constant injection velocity at the left wall and constant suction velocity at the right wall. The viscous dissipation effects and velocity slip for the longitudinal component of the velocity at the channel walls are also taken into account. The momentum and energy equations for the mixed convection problem in the vertical channel are solved by means of the perturbation series method, by taking perturbation parameter proportional to the Brinkman number. For the present problem, numerical solution is also obtained and compared with the analytical solution. The effects of various pertinent parameters on the velocity distribution, temperature distribution, entropy generation rate, and Bejan number are investigated and discussed graphically.     

双流道叶轮压出室内流动的数值模拟分析

应用CFD技术模拟计算了双流道式泵包括叶轮及压出室在内的全三维湍流场,证实了双流道压出室内流动分布不均匀并随叶轮转动而变化、叶轮转动到不同位置时泵的效率和扬程不同、基圆大小不同时压出室第Ⅰ断面内流场分布存在显著差别。计算结果有助于深入了解双流道叶轮压出室内部流动机理,对双流道叶轮压出室的水力设计提供参考。     

膜片管通道流动与换热过程的数值模拟

采用SIMPLE算法模拟膜片管通道中的流动与换热,分析流场中出现的非线性现象以及不同管束排列方式对换热的影响。物理模型长度为185. 6 mm,高度为92. 8 mm,圆管直径为32 mm。烟气入口温度为400 K,上下两侧固体壁面温度为300 K。假设流动与换热进入充分发展阶段,雷诺数(Re)的取值范围是3 000～25 000,通入不同流速的烟气与两侧的壁面进行换热。结果表明:采用雷诺应力模型(RSM)所得的努塞尔数(Nu)与实验关联式结果最吻合,而且相对误差在5%～17%间;采用直接模拟(DNS)模拟时,稳态到非稳态的临界Re是100;在同一Re时,随着管间距减小,Nu是逐渐增加的,当Re取为25 000,管束水平间距和竖直间距均取为43. 2 mm时,通道换热能力达到最大且相应的Nu是195. 23。     

某型多级轴流压气机三维CFD流场分析及气动优化

以某11级轴流压气机为研究对象,通过三维计算软件对某型压气机整机建模及流场进行了数值模拟,分别计算了设计工况、变工况及改变导叶安装角等工况的特性,得到了压气机流量－压比特性曲线、流量－效率特性曲线,与压气机的性能试验数据进行了对比,其误差在可允许范围内.同时对压气机的每一级的数据行了分析,总结了该压气机的气动设计规律.通过流场分析得到出口导叶的流场分布不合理的结论,并通过对其母型机的流场分析,提出了改进的方案.这些工作对压气机的设计开发提供了宝贵经验.     

无压引水渠道及前池非恒定流计算模型构建原理与方法

为计算水电站在负荷变动下渠道和压力前池的水位波动过程、分析渠道末端扩散段和压力前池对明渠水位波动的影响,基于明渠和有压管非恒定流理论,采用特征线法求解明渠和压力管道的圣维南方程组、变时步特征线法解决无压渠道和压力管道不同时间步长,构建了“无压引水渠道+扩散段+压力前池+压力钢管”数学模型,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。     

Nanofluid Flow in a Porous Channel with Suction and Chemical Reaction using Tiwari and Das's Nanofluid Model

In this paper, an analysis is made for a nanofluid flow in a porous channel by introducing the conservation equation of nanoparticle volume fraction into Tiwari and Das's nanofluid model. The suction and chemical reaction are also considered in this work. The governing partial differential equations are simplified by employing a new variable and transformed into a system of high‐order nonlinear ordinary differential equations by similarity transformations. The Keller box method is used to solve this problem numerically. In addition, the influences of significant physical parameters on the distributions of the velocity and temperature as well as nanoparticle concentration are graphically presented and discussed in detail. It is found that there exists a critical value of the permeable parameter which determines the influence law of nanoparticle volume fraction parameter on skin friction coefficient and local Sherwood number. The results also indicate that the concentration increases sharply with the Schmidt number and chemical reaction parameter.     

基于Fluent的辫状水槽水流三维数值模拟

为研究辫状河道水流运动规律,应用计算流体力学Fluent软件,基于Realizable κ-ε湍流模型及水气二相流流体体积函数法(VOF)模型,建立了辫状水槽水流的三维数学模型,模拟了辫状水槽4种工况下不同尺寸的流场分布,并对比分析了数值结果与实测资料。结果表明,数值模拟能较好地反映流场分布规律;支槽分离区的尺寸与支槽宽度、水深位置及支槽中间沙岛长宽比相关。     

竖井贯流泵装置进出水流道优化分析

为了解竖井贯流泵装置的适用性,结合南通九圩港提水泵站,采用UG与ANSYS软件对进出水流道、叶轮和导叶体进行了实体建模与网格剖分,对比分析了初设方案与优化方案下竖井段、出水段、泵装置内部等的流场。结果表明,优化汇流段型线能够明显提高泵装置的水力性能,确保竖井空间及流道壁厚,有利于机组安装维护。根据优化结果适当调整传动比,提高水泵转速,可保证泵装置的最大扬程满足实际需求。     

直流扫气柴油机扫气流场分析

利用三维流体动力学(CFD)仿真软件FIRE,建立了二冲程柴油机气缸直流扫气三维模型,采用数值模拟的方法,研究了扫气口设计参数对换气过程的影响,对不同的气口设计方案下的气缸内残余废气浓度随曲轴转角的变化过程作了细致的描述,并对扫气口径向倾斜角的变化对换气过程的影响做了更进一步的探讨.