水雾/蒸汽相变冲击冷却的数值模拟

利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5 μm的水滴作为离散相;水滴在接近高温壁面过程中吸收汽化潜热,发生相变,变为水蒸气,以此达到强化冷却的作用.数值分析结果与实验数据比较接近,壁面加热热流为3 000 W/m2,加入4%浓度水滴的结果表明,由于水雾的作用在滞止点附近热传导系数比蒸汽单项冷却提高130%左右,在远离滞止点区域冷却效果减弱,在距离滞止区6倍喷射宽度时,冷却效果减少到可以忽略的水平;水滴的汽化吸收的热量对于冷却作用的贡献比较大.     

涡轮叶片前缘冲击气膜复合冷却的数值研究

采用数值研究的方法,对一典型航空发动机旋转状态下涡轮叶片前缘冲击气膜复合冷却的流动与换热特性进行了研究分析.计算模型将孔出流结构简化为缝出流结构,并由进气块、前缘块和尾缘块组成.通过对不同旋转速度的计算结果分析可以看出:对所研究的冷却结构,其流场与换热分布要受到哥氏力、离心力和浮升力的影响.在所研究的范围内,雷诺数较低时前尾缘冲击面的平均Nu数分布出现波动现象;在雷诺数较高时,前尾缘冲击面的平均Nu数分布随转速的增大单调减小.     

层板冷却结构传热优化数值模拟研究

为研究层板强化换热机理，提高其内部换热效率以优化层板传热设计，在相同的两侧换热条件和冷气密流下，对孔径、通道高度和开孔率相同，但内部绕流形式不同的5种层板结构和1种双层壁结构进行了流固耦合传热计算，得到了其综合冷却效率，结果表明层板结构的综合冷却效率明显高于双层壁；冷气沿程吸热焓增带走了大部分从燃气侧进入层板的热，并且冷气与层板内表面的换热主要发生在出气板上；绕流柱的存在增加了换热面积，一定程度上增强了换热；合理设计绕流结构有利于改善层板的热均匀性。     

强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下：丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6 。对比分析实验结果表明：螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。     

浅水型冷却池的数值模拟

以唐山陡河电厂冷却池(陡河水库)的实测资料为依据,采用分步杂交的计算方法对浅水型冷却池按平面二维问题进行了数值模拟,得出了较为理想的成果,说明对浅水型冷却池采用分布杂交法按平面二维问题进行数值计算是可行的。但要严格模拟风生漂流,则须按三维问题进行计算。     

水喷淋冷却烟气数值模拟方法

对某发电有限公司1000MW机组在事故状态下,采用水喷淋方法冷却烟气数值模拟进行了研究,探讨了喷淋过程三维数值模拟的主要求解过程、计算方法、主要物性参数和边界条件的设置方法。     

矩肋强化换热通道中三维湍流流动与换热特性的数值模拟

对沿流向间断性布置矩肋的新型强化换热通道在Re=5×10³~5×10⁴的湍流范围内采用K-ε湍流模型进行了数值计算,并与实验结果进行了比较.计算结果表明,在相同质量流量下此种强化换热通道的换热系数可以达到光滑通道换热系数的4~9倍.减小通道截面高宽比使得强化换热效果增强.     

不同孔间距气膜冷却的数值模拟

基于控制容积法和协调一致的求解压力-速度藕合方程的半隐方法(SIMPLEC),采用Realizable κ-ε紊流模型对不同孔间距的气膜冷却流场的传热特性进行了数值模拟.通过比较不同孔间距K的冷却效率,得出:K 较小时有助于提高中心孔的气膜冷却效率;K 越小的射流其射流孔间冷却死区消失的越快,并在中心孔位置附近有较高的冷却效率;气膜的覆盖区域是随着 K 的增加而增大的,K=2.5与 K=2工况的覆盖面积基本相同,K=2则比K=2.5工况拥有更高的气膜冷却效率.     

颗粒材料冲击破碎的二维数值模拟

通过移动元胞自动机法(MCA)对颗粒材料冲击破碎的二维数值模拟得到了不同时刻材料破碎的网格图和温度场,并与国外的相关数值模拟及光弹实验结果进行了比较,较好地反映出颗粒材料在冲击载荷作用下的破碎过程,解释了滑石块体、玻璃球在落锤冲击破碎实验中得到的部分实验现象.     

液滴撞击圆柱外表面蒸发换热的数值模拟

为进一步研究液滴撞击加热壁面过程中的破裂现象及不同参数对液滴蒸发换热的影响,采用CLSVOF方法和相变模型对液滴撞击加热圆柱外表面进行三维数值模拟.模拟过程中考虑了壁面温度、接触角以及撞击速度对液滴蒸发换热的影响.结果表明:液滴产生破裂的位置与液滴撞击壁面时的速度有关,当撞击速度较小时,破裂产生于液滴中心处;当撞击速度较大时,破裂处位于中间和边缘两部分液体之间.液滴撞击壁面后,在三相接触线和液滴破裂处附近产生了蒸汽旋涡,强化了液滴与壁面间的换热,增加了液滴侧的壁面热流密度.短时间内壁面温度对液滴蒸发量的影响较小,但撞击速度与接触角对其蒸发量的影响较大,且接触角越小,撞击速度越大,壁面平均热流密度越大,液滴蒸发量越大,有利于液滴与壁面间的换热.     

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,笔者运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟.分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能.数值计算结果表明:光管套管换热器的总传热系数K的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好;与光管相比,在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120%,但随着Re增大,其影响逐渐减小.     

天然气增输器数值模拟

根据自激振荡脉冲射流理论与壁面振动减阻理论,对变径管及天然气增输器管道内天然气流动情况进行了数值模拟及分析。结果表明,天然气流经增输器时,在碰撞壁处压力波动较大,存在径向环流,引起壁面的径向振动;与普通变径管相比,增输器出口处的压强与入口相比有明显的降低,湍动能变化较大。在相同工况条件下,经增输器后压力降低,管道输气量显著增加。     

不同扇形角度气膜冷却的数值模拟

基于控制容积法和协调一致的求解压力-速度耦合方程的半隐方法(SIMPLE),采用RNG k-ε紊流模型对单个扇形喷孔的气膜冷却流场的传热特性进行了数值模拟。通过比较不同扇形角度的最佳吹风比下的冷却效率,得出:对于孔排布局,γ=60°为最佳扇形角度,且吹风比M=0.7对应的气膜冷却效率最高;对于单排布局,吹风比γ=45°为最佳扇形角度,且吹风比M=1.0为最佳吹风比。     

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热"死区"。     

不同入射角度平板气膜冷却的数值模拟

利用RNG k-g湍流模型对斜圆柱孔不同角度入射气膜冷却进行了流动和传热的数值模拟。计算结果表明,在气动方面减小入射角度可以使冷气的射流核心更贴近壁面,但同时明显增大了壁面附近的气流速度;传热的影响也是两方面的,减小入射角度虽然可以显著地提高冷却效率,但同时也明显地增大了换热系数,最终的冷却效果取决于在实际工作状态下的底面热负荷。对于气膜冷却情况,25°入射和45°入射在总体冷却效果上都不如35°入射。     

汽轮发电机冷却风扇的数值模拟及优化

为了深入研究汽轮发电机冷却风扇内的流动规律,并对其设计提出合理优化方案,对某汽轮发电机轴流式通风冷却风扇的原始模型在流量为25m3/s的工况下进行了CFD流场数值模拟,通过改变叶片安放角和叶片扭转角,得到冷却风扇计算效率和叶片安放角及叶片扭转角之间的关系.计算结果表明:在一定范围内,风扇效率和叶片安放角及叶片扭转角之间都呈近抛物线变化关系,在特定叶片安放角和叶片扭转角附近风扇效率最高.经叶片修型后的轴流风扇效率较原模型提高了15.8%.     

圆柱孔平板气膜冷却的数值模拟

为研究单排圆柱孔平板气膜的冷却特性,利用标准kε湍流模型对倾斜角为35°、吹风比M=0.5、1.0和1.5等工况下的圆柱孔平板气膜冷却模型进行了流动和传热的数值模拟.分析了气膜冷却绝热效率η、孔口平均速度U、射流中心面和纵向横截面的速度矢量以及壁面温度等物理量,对比了吹风比对气膜冷却效果的影响,得出最佳冷却效果的工况为M=1.0.比较了计算结果与相同条件下的实验值,验证了数值计算的正确性.结果表明:在大部分的物理区域内,模拟值与实验值吻合度较好,这种方法具有时间短、简单、经济的特点,适合工程领域应用.     

内翅片换热管内相变材料融化的数值模拟

将蓄冷空调常用的蓄冷装置——蓄冷球,用内翅片管来替代,将内翅片管中装入自行研制的相变材料,利用二维稳态导热方程,对相变材料的实际融化过程进行理论研究,探讨装有相变材料的内翅片换热管在不同时刻、所有节点的释冷情况．结果表明,内翅片换热管外的载冷剂温度不同、对流换热系数不同以及内翅片管的半径不同对翅片管内蓄冷材料的释冷特性有较大影响．     

横掠膜片管束周期性充分发展换热的数值模拟

用ＳＩＭＰＬＥ算法对横掠膜片管束周期性充分发展层流流动换热进行了数值模拟，得到了不同Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数下的摩擦阻力系数和Ｎｕｓｅｌｔ数