装载机管片式散热器流动与传热特性数值分析

应用CFD软件对装载机管片式散热器空气侧流场、压力场和温度场进行了CFD研究。根据不同的空气质量流速,采用k-ε湍流模型对空气流动阻力和散热器换热系数进行数值模拟。与试验结果相比,CFD分析的空气流动阻力和散热器换热系数的平均误差小于10%,计算精度较高,该CFD模型可直接用于工程设计。     

射流噪声抑制的数值方法——共轴射流的研究

由于喷气飞机中发动机产生的气动噪声是飞行时的主要噪音之一,因此射流噪声的研究具有重要的意义。文章结合CFD技术与气动噪声时域理论求解共轴喷管的射流噪声。首先采用雷诺平均N-S方程求解器对射流的三维流场进行了数值模拟。通过数值模拟,得到了共轴喷管马赫数为0.75的流场特性。然后结合lighthill声比拟理论研究了流场产生的气动噪声。结果发现,由于次级流对主流的影响,导致射流流场结构改变,剪切层内的大尺度涡减小,与常规单喷管射流噪声相比共轴射流有所改善,特别是在高频段喷流噪声有明显减小。     

搅拌容器内氧气非均相传质过程的数值模拟

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转速对氧气动态传质过程的影响,通过采用计算流体力学 (computational fluid dynamics,CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,同时结合实验,对模拟结果进行了验证.结果表明,（1）采用Fluent软件并结合用户自定义方程（user defined function,UDF）能够很好地模拟出实际搅拌器内流场分布,模拟结果与采用粒子成像技术（particle image velocity,PIV）的实验测量结果相符;（2）采用氧气传质模型能预测氧气在搅拌器内的动态传质过程,同时氧气浓度与溶解时间的对数关系式能较好描述试验搅拌器内氧气动态传质过程;（3）在相同搅拌速度下,圆盘涡轮式搅拌器产生的湍流动能分布范围要大于桨式搅拌器产生的湍流动能,而且湍流动能分布更均匀,湍流强度更大.因此采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程的进行;（4）在搅拌器类型相同时,随着转速的增加,容器内溶解氧浓度随之增加;圆盘涡轮式搅拌器比桨式搅拌容器内溶解氧的浓度要高,圆盘涡轮式搅拌器更有助于氧气的传质.     

Investigation on mechanism of polymer filling in high-aspect-ratio trenches for through-silicon-via (TSV) application

Vacuum-assisted spin-coating is an effective polymer filling technology for sidewall insulating of through-silicon-via (TSV). This paper investigated the flow mechanism of the vacuum-assisted polymer filling process based on experiments and numerical simulation, and studied the effect of vacuum pressure, viscosity of polymer and aspect-ratio of trench on the filling performance. A 2D axisymmetric model, consisting of polymer partially filled into the trench and void at the bottom of trench, was developed for the computational fluid dynamics (CFD) simulation. The simulation results indicate that the vacuum-assisted polymer filling process goes through four stages, including bubble formation, bubble burst, air elimination and polymer re-filling. Moreover, the simulation results suggest that the pressure significantly affects the bubble formation and the polymer re-filling procedure, and the polymer viscosity and the trench aspect-ratio influence the duration of air elimination.     

Numerical investigation of the effect of transitory strand opening on mixing in a multistrand tundish

In a multistrand,the outlet near the inlet produces short circuiting flow.This leads to the formation of dead zones inside the tundish,and consequently,the mean residence time decreases.In the present study,numerical investigation of mixing inside a delta shaped tundish with sloping boundaries was carried out by solving the Navier-Stokes equation and employing the standard turbulence model.To decrease the dead zone volume inside the tundish,the effect of closing the outlet near the inlet for a small amount of time and further opening it on the mixing behavior of the tundish was studied.The outlets near the inlet were closed for varying amount of time,and the transient analysis of fluid flow and the tracer dispersion study were carried out to find the mixing parameters of the tundish,namely,mean residence time and the ratio of mixed to dead volume of the tundish.An optimum closure time of the near outlet has been found,which yields best mixing inside the tundish.The numerical code was validated against the experimental observation by performing the tracer dispersion study inside a multistrand tundish and the reasonably good match between the experimental and numerical results in terms of residence time distribution (RTD)curves.The results obtained from the present study confirm the strong role of choosing the right time for opening and closing the outlets to get improved characteristics for the fluid flow and mixing behavior of the tundish.The educational version of computational fluid dynamics(CFD)soft ware PHOENICS was used to solve the governing equations and interpret the results in different forms.     

F912Q柴油机喷油、燃烧、排放的多维仿真研究

利用KIVA-3V程序对F912Q风冷、直喷柴油机进行了仿真研究.仿真计算采用三维网络结构,计算区域包括进气道、进气阀、气缸、排气阀、排气道.仿真计算得到的缸内压力-时间曲线和排气污染物各成份分别与试验数据进行了对比,结果表明仿真计算可以较好地再现实际的发动机工作过程.在此基础上,利用KIVA-3V程序研究了涡流强度以及喷雾锥角对燃油喷射、蒸发和油气混合过程的影响.仿真结果表明:通过适当加大涡流比可以显著促进燃油蒸发和油气混合过程;喷雾锥角对发动机蒸发和燃烧过程有显著的影响,存在一个最佳的喷雾锥角使上述过程达到最优.     

锯齿型翅片单元的流动与传热数值模拟

建立了2种板翅式散热器的锯齿型翅片通道的三维模型,仿真分析了散热器内部不同位置和区域的微观流动机制.通过风洞实验测量了散热器在3种工况下的工作效率.分析结果表明,翅片厚度、热侧通道的数量及高度对散热器的换热和阻力性能具有重要影响,并且雷诺数越大,则影响越显著.当雷诺数增大时,翅片表面换热系数和摩擦系数均增大.在同一雷诺数下,单个翅片的表面换热系数和摩擦系数均沿流向降低.计算与实验结果表明,采用计算流体力学（CFD）模拟分析方法,通过建立合适的模型及网格,不仅有助于了解散热器内部工作状况,而且能够获得有效的性能数据.     

旋转注射分散混合机理研究

采用旋转注射混合技术,将组分Ｂ以液滴形式与组分Ａ混合。通过对组分Ｂ液滴的受力分析,得出了液滴半径γｂ的方程,由此分析了各有关参数对ｒｂ以及对分散混合效果的影响,提出了一系列增强分散混合效果的措施,同时也指出了这些措施均有一定负作用。     

非稳态旋转风幕流场数值分析及实验研究

对送风量一定而排风量不同的旋转风幕流场,利用FLUENT计算动力学软件进行数值分析,并利用示踪烟雾进行实验研究。其数值分析与实验研究结果一致,验证了所建立的旋转风幕流场数学模型的正确性。     

基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.     

封油边形状对流场结构及承载力的影响

为揭示高档数控机床中静压油腔几何形状对承载力的影响,研究了油腔封油边形状对油腔内部流场结构及承载力的影响.模拟封油边高度、长度、角度及微结构等因素对流场中的涡胞结构和承载力的影响.计算结果表明,承载力与入口雷诺数Re、封油边长度成正比;增加封油边高度和微结构将减少承载力;封油边角度对流场涡胞结构影响明显,但对承载力影响微小.该研究对优化高档数控机床静压油腔结构,提高承载力有指导意义.     

射流孔入射雷诺数对循环射流混合槽内流场特性影响研究

采用计算流体力学方法对循环射流混合槽内多孔耦合射流流动特性进行研究,分析射流轴截面内纵向速度分布、中心线速度衰减及其自相似性在不同射流孔入射雷诺数下的变化规律.结果表明:随着射流孔入射雷诺数的增大,三股射流在汇聚区相互卷吸与掺混,逐渐提升纵向速度,导致三股发展为两股射流;射流孔入射雷诺数的增大,减弱了射流中心线速度与初始速度比值的衰减趋势,同时增强了射流轴截面内纵向速度的自相似分布特性.     

Stress-Blended Eddy Simulation of the Turbulent Flow Around Circular Cylinder with Dynamic Hybrid RANS/LES Model

In order to verify the effectiveness and superiority of the dynamic hybrid RANS/LES (DHRL) model, the flow around a cylinder with sinusoidal fluctuating velocity at the inlet was used as the test case. The latest computational fluid dynamics (CFD) model can flexibly choose any existing large-eddy simulation (LES) method combined with RANS method to calculate the flow field. In addition, the DLES model and DDES model are selected as typical representatives of the turbulence model to compare the capture ability of the flow field mechanism. The internal flow field including the y⁺ value, velocity distribution, turbulent kinetic energy and vortex structures is comprehensively analyzed. Finally, the results show that the new model has enough sensitivity to capture the information of the flow field and has more consistent velocity distribution with the experimental value, which shows its potential in practical engineering applications to some extent.     

典型空间结构平均风压分布及绕流特性的数值模拟

运用计算流体动力学技术,基于FLUENT6．1．22流体动力学数值模拟平台,采用雷诺应力模型,对球壳、悬链面壳及椭圆双曲抛物面壳这3类结构的平均风压分布及绕流特性进行了深入研究。首先将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性;然后系统研究了风速、风向角、地面粗糙度、缩尺比、矢跨比等因素对结构风压分布及其绕流特性的影响;最后在B类场地下,根据结构形式和风压分布规律,对结构的压力系数进行面积上的加权平均得到工程上实用的体型系数,可供设计参考。     

紫外消毒数值模拟及生物验证

为建立紫外消毒系统优化方法,基于光强分布、流场分布、当量剂量求解,开展紫外消毒的数值模拟,针对腔体式紫外消毒反应器,在80%～95%透光率和240～600 L/h流量条件下对模型进行生物验证.结果表明：该模型能够较准确地预测消毒效果,当量剂量模拟结果与实验结果在不同条件下相差3%～12%.有效剂量随处理流量的增加而降低...     

改进的受限空间撞击射流反应器混合效果多尺度模拟

受限空间撞击射流反应器(CIJR)是一种具有高强度混合效果的反应器型式,但其应用受到必须是两股等量物料进料的限制。本研究提出了克服其限制的一种改进的CIJR型式,对其在3种进料方式、3种结构尺寸设计原则下获得的9种情况的混合性能进行了研究,结果表明:采用大流量组分从顶部进料,小流量组分等分成两股从两侧相对进料的方式可以获得最优的宏观混合效果;采用三股物流等速度原则设计的结构可以获得最优的微观混合效果;总体混合效果则在采用小流量分成两股等量从两侧相对进入,大流量组分从顶端进入,而结构尺寸利用三股物流等动量(雷诺数)原则计算的情况下获得最优效果。研究成果可以为进一步开发多组分、多股进料的CIJR提供基础。     

金属压型板屋顶通风层隔热的数值模拟

为了研究金属压型板通风层屋顶的隔热性能,验证采用数值方法来研究屋顶隔热的可行性,通过计算流体力学(CFD)软件对金属压型板屋顶模型进行数值模拟计算.基于建立的数值模型,按照不同的影响因素分为3个工况,计算和分析每个工况通风层内空气速度、温度场及带走的热量,对比金属压型板屋顶模型在不同条件下的隔热效果,研究加热温度、倾斜角、是否通风等因素对屋顶隔热性能的影响并分析误差.计算表明数值结果与实验数据吻合良好,当保持良好通风状态时,加热温度越高,倾斜角越大,则金属压型板屋顶的隔热效果越好.     

基于Fluent的前混合磨料水射流高压管道流场的数值模拟

利用Fluent软件对前混合磨料射流技术高压管道中的液固两相流场进行数值模拟,得出了水、磨料在管道中速度云图和磨料的体积分数分布图,考察了磨料浓度,高压管直径及水流量等参数的影响。结果表明,磨料浓度越大,水和磨料在出口处获得的平均速度越小,实现水和磨料的充分混合的距离越长。在流量一定的情况下,随着管道直径的增大,水的入口速度减小,水和石英砂的出口处平均速度v减小,而在管径相同或入口速度相同的条件下,水流量越大出口平均速度越大,磨料的密度对出口速度影响不大,但密度大的磨料需要经过较长的距离才能和水实现充分完全的混合。     

MRANS方案的反应堆压力容器CFD仿真

为提高反应堆压力容器（reactor pressure vessel,RPV）CFD(computational fluid dynamics)仿真的计算效率,将多湍流模型（multiple RANS model,MRANS）方案与RPV CFD仿真相结合,提出了一种新型的RPV CFD仿真方案,并通过优化传统棒束模拟MRANS方案的区域划分方法和数据传输方法使RPV MRANS CFD仿真方案的计算准确性得到保证。首先,对完整的压力容器模型进行CFD模拟,将整体计算结果与实验数据进行对比,验证所用CFD方法的有效性。其次,基于区域重叠的方案建立了下降段区域和下腔室区域的分段模型,并采用压力-流量双向数据传递方案,建立了多区CFD仿真计算方案。然后,分析不同的湍流模型在各区域的影响,选择合适的湍流模型。最后,以优化CFD仿真计算效率为目标,提出了两种MRANS方案。研究结果表明:基于区域重叠的双向数据传递方案相较于传统的单向数据传递方案,速度和压力计算结果与整体计算一致性更高;优化的MRANS方案相较于传统的单一湍流模型方案,计算效率提高了28.75%,从而验证了优化的MRANS具有高效率的特性。本研究成果为提高RPV CFD仿真效率提供了一种新思路和途径。     

基于CFD的调距桨调距过程桨叶水动力性能研究

为了给调距机构的设计提供参考依据,该文采用数值方法对调距过程桨叶的水动力性能进行了研究.比较了调距桨调距过程与定螺距流场数值模拟方法的差异,运用计算流体力学中的动网格技术数值模拟了调距桨调距过程的流场.为了满足动网格的要求和保证网格更新过程中桨叶附近高的网格质量,对计算区域作了特殊处理.进行调距过程数值计算之前,用敞水试验数据验证了3种定螺距情况下数值计算结果.调距过程数值计算通过自定义函数控制桨叶的运动规律.计算结果表明,正常调距过程桨叶水动力性能与定螺距情况相差较小,该结论与理论分析结果一致.