用CFD对间接蒸发冷却换热器的三维数值模拟

应用计算流体力学(CFD)和数值传热学方法，对间接蒸发冷却器内流体流动与热质交换过程进行简化和假设，建立了换热器内三维层流流动与传热的数学物理模型.采用交错网格离散化非线性控制方程组，编制了三维SIMPLE算法程序.计算出间接蒸发冷却器内的速度场、温度场及浓度场，分析内部流动状态和热力分布.换热器通道间距改变时，计算所得压力梯度与实验测得的数据吻合得较好.这就能够为更加清楚地认识蒸发冷却换热器内复杂的换热机理，对这类换热器的优化设计提供必要的理论依据.     

柴油机缸套耦合传热有限元分析

综合考虑燃烧室燃气侧及冷却水套侧共同传热的影响,在额定工况下对四缸增压柴油机缸套的传热过程进行模拟计算.通过对发动机缸内工作过程进行三维仿真分析,对冷却水套进行CFD模拟计算,得出燃气侧和水套侧温度和传热系数边界条件,并完成缸套的温度耦合有限元传热分析.研究结果表明:缸套上部出现温度峰值,最大值为472 K,与实验值有较好的吻合.     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.     

高强化柴油机的缸套传热试验系统的数值分析

设计了一套针对高强化柴油机的传热模拟试验系统.利用Standard k-ε湍流模型与涡耗散燃烧模型等对燃烧器、缸体、水套内的燃气燃烧、冷却水套的流场情况和冷却能力进行科学评价分析,并采用流固耦合分析方法获得缸套的温度场和热应力.研究表明:燃烧器内的燃气温度分布呈现"内低外高,下低上高"的分布特点.冷却水套的冷却液的整体压力损失比较合理,平均流速较高,平均换热系数较大,水套近壁面温度分布比较均匀,表明了水套具有良好的冷却均匀性和较强的冷却能力.     

发动机冷却水套流场的CFD分析及性能优化

为研究某发动机冷却水套结构设计的合理性,采用STAR-CCM⁺软件对该冷却水套流场进行了CFD分析。分析结果为：缸垫方案一和缸垫方案二下冷却水套排气上鼻梁区的冷却液流速都较低;缸垫方案一下冷却水套性能较差,存在速度死区;缸垫方案二下冷却水套流场分布略优于缸垫方案一。在选择缸垫方案二的基础上,对冷却水套整体性能进行了优化,采用增加过流面积和开槽导流的方法,对缸头水套进行了改进,改进后冷却水套排气上鼻梁区的冷却液流速有所提升,且开槽导流方案中冷却水套排气上鼻梁区冷却液流速的改善效果更为明显。从砂型工艺和水套内部各截面流量变化情况考虑,缸头水套改进方案一比缸头水套改进方案二可行。研究结果能为冷却水套冷却性能评估及结构改进提供参考。     

熔融碳酸盐燃料电池的计算流体力学模拟

为研究熔融碳酸盐燃料电池内发生的传热传质和电化学反应等物理化学过程，建立了一个三维数学模型.模型综 合考虑了电池内的流体流动、传热、多组分传递、电化学反应及电压-电流关系等.利用计算流体动力学（CFD）技术对数 学模型进行了数值模拟计算，得到了不同流动形式（顺流、逆流和叉流）电池内的温度和组分的体积分数等的详细的空 间分布，分析和讨论了相应的传递机理.结果表明阴极的出口温度大于阳极，且逆流方式有利于降低出口温度；化学反应 速度主要取决于阳极燃料气体的体积分数.     

扇形凹穴型微通道液体流动与传热特性的数值模拟

为得到扇形凹穴型微通道内单相液体流动与传热特性,以等截面矩形微通道为参照,利用FLUENT计算流体力学模拟与分析软件进行三维数值模拟,采用有限体积法离散模型和SIMPLEX算法进行层流计算,讨论扇形凹穴型微通道热沉在不同体积流量不同热流密度条件下流体流动特性和传热特性.模拟结果表明：较大Re条件下扇形凹穴型微通道具有很...     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型．采用标准κ-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算．计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度．计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区．     

导弹发动机推进剂恶劣工况下温度分析

为分析高温和低温工况下初容温度超标对导弹发动机的影响,采用计算流体力学方法,对一级发动机的各部分进行了三维实体的简化及建模,综合考虑热传导、自然对流和辐射等传热方式,运用流固耦合传热一体化计算方法进行定常模拟计算,获得野外高温日照和低温恶劣环境下该装置的温度分布情况,为初容温度指标调整提供理论依据,并利用该方法对导弹弹射动力装置的模型进行了非定常数值模拟,与实验数据吻合较好,表明采用计算流体力学方法和流固耦合方法进行传热问题的计算,可为导弹发动机推进剂温度场的分析提供参考和依据.     

干热岩人工裂隙三维流动传热的数值模拟研究

干热岩流动换热模型主要以二维模型假设为主,不能全面反映人工裂隙内的三维流动传热物理过程.利用ANSYS Fluent商业软件建立了单裂隙三维流动换热数值模型,并开展了相关数值模拟计算,分析了不同因素下对于干热岩裂隙内流体温度的影响,获得了裂隙内流体在不同条件下的传热规律.数值模拟结表明:影响干热岩人工裂隙换热的主要因素包括工质注入速度、人工裂隙宽度、人工裂隙长度和流体初始温度.在给定裂隙长度及流入速度的条件下,人工裂隙宽度越小,出口处流出的流体温度越高,流体流经的裂隙长度越长,热突破时间越长.在裂隙宽度、长度相同时,工质流速越小,流体出口处温度越高,流入速度越慢,热突破时间就更长,传递的热量就越多.对于不同的裂隙宽度及流入速度,裂隙长度达到一定程度后,水温才能升高到与基岩一致.     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.     

发电机组流场数值模拟及优化分析

发电机组在运行过程中会产生较大热量,其散热性能不好会直接影响使用性能和寿命。文章以某发电机组为研究对象,采用流体力学计算方法,利用STAR-CCM+软件对其流场特性进行数值模拟分析。流场分析发现,机组内发动机各冷却风道风量分配不均匀和消声器局部区域存在速度死区,不利于散热。依据流场分析结果提出相应的结构优化方案,优化后机组发动机各冷却风道风量分配得到明显改善,消声器表面平均速度得到明显提升,不存在速度死区,变频器、定子及发动机表面速度分布更均匀。发电机组流场分析及优化结果为后续整机产品开发和系统级热管理匹配提供了参考。     

498型柴油机冷却水套优化设计

针对498型柴油机在实际运行过程中出现的过热现象,通过计算流体力学(CFD)对冷却水套进行了模拟计算,发现缸体水套进气侧存在流动死区,水套流场冷却水流量分配不均匀。为了改善水套的冷却效果,对机油冷却器出口位置,缸垫水孔位置和尺寸进行了CFD仿真优化。仿真结果表明:改进后缸体内的流动死区基本消除,水套的整体冷却能力显著提高,实际应用效果良好。     

Distribution optimization of circulating water in air-cooled heat exchangers for a typical indirect dry cooling system on the basis of entransy dissipation

The flow and heat transfer of air-cooled heat exchangers play important roles in the performance of indirect dry cooling systems in power plants,so it is of benefit to the design and operation of a typical indirect dry cooling system to optimize the thermo-flow characteristics of air-cooled heat exchangers.The entransy dissipation method is applied to the performance optimization of air-cooled heat exchangers in this paper.Two irreversible heat transfer processes in air-cooled heat exchangers,the heat transfer between circulating water and cooling air and the mixing of circulating water,are taken into account and analyzed by means of the entransy dissipation method.The total entransy dissipation rate,which connects the geometrical parameters of air-cooled heat exchanger sectors and the heat capacity rates of the fluids to the heat flow rate in every sector,is obtained.Based on the mathematical relation and the conditional extremum method,an optimization equation group is derived,by which the air-cooled heat exchanger with known air-side parameters is optimized,showing that the entransy dissipation based optimization approach can contribute to the distribution optimization of circulating water in air-cooled heat exchangers of a typical indirect dry cooling system.     

Retrofit design of composite cooling structure of a turbine blade by fluid networks and conjugate heat transfer methods

This article discusses the development of the numerical methods of gas flow coupled with heat transfer, and introduces the fluid net-works method for rapid prediction of the performance of the composite cooling structures in turbine blade. The reliability of these methods is verified by comparing experimental data. For a HPT rotor blade, a rapid prediction on the internal cooling structures is first made by using the fluid network analysis, then an assessment of aerodynamic and heat transfer characteristics is conducted. Based on the network analysis results, three ways to improve the design of the cooling structures are tested, i.e., adjusting the cooling gas flow mass ratios for different inner cooling cavities, reducing the flow resistances of the channel turning structures, and improving the local internal cooling structure geometries with high temperature distribution. Through the verification of full three-dimensional gas/solid/coolant conjugate heat transfer calculation, we conclude that the modified design can make the overall temperature distribution more even by significantly reducing the highest temperature of the blade surface, and reasonably matching the parameters of different coolant inlets. The results show that the proposed calculation methods can remarkably reduce the design cycle of complex turbine blade cooling structure.     

通气孔对动叶冷却结构流动和换热特性的影响

为深入研究某型燃气轮高温旋转动叶片内部先进的复合冷却结构,采用三维气热耦合数值计算方法,模拟该叶片外部高温流场、内部前后冷却腔内蛇形折流通道复合冷却结构的流动性能与换热特性,研究前腔蛇形折流冷却通道在采用局部通气孔改进设计的条件下对整个旋转叶片外表面冷却效果与内部冷却通道流阻系数的改善程度。计算结果表明:在给定的冷气流量条件下,无通气孔设计时,叶片内部蛇形折流通道采用的气膜/冲击/扰流复合冷却结构能够对叶片整体带来较好的换热效果,并且叶片内、外表面温度分布都处于合理范围,但由于整个内部折流冷却通道流动阻力较高,导致对冷却气源供应压力要求过大,且前后冷却腔室进口设计压力差别较大;在内冷前腔局部位置设计冷气通孔结构,可有效降低前腔折流通道的流动阻力,在保证叶片换热效果没有受到明显影响的前提下,实现了所需冷气供应压力和冷气量同时显著下降,多腔冷却气体用量得到更好匹配。该改型设计提高了原型叶片的工程应用价值。     

小汽机表面式间冷散热器流动和传热数值研究

针对实际工程问题,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,对自然通风状态下,某表面式间接空冷散热器空冷塔的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究.确定了不同环境风速对空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量的影响,为间接空冷系统的优化设计提供理论依据.     

Study of coupled effect of impingement jet cooling of kerosene with solid structure

Characteristics of flow and heat transfer of kerosene impingement jets were studied numerically. The coupled effect of heat transfer of fluid and structure was investigated. Numerical simulation of fluid flow shows that compared to convective heat transfer of kerosene flow in cooling channels, impingement jet cooling significantly enhances heat transfer ability. At the same time, the pressure loss is below one atmospheric pressure. Both stress and strain of high temperature nickle-based alloy structure were analyzed with typical thermal loading and impingement cooling effect. The numerical results show that temperature distribution in the hot surface of the solid structure is relatively uniform and far below the maximum allowable temperature of the alloy material. The strength analysis shows that both stress and strain of the solid structure meet the material requirements.     

等离子喷涂枪喷嘴能量分布的数值模拟

为了给等离子枪体的设计提供理论依据,利用FLUENT软件对等离子喷涂枪水冷却流动和换热进行了数值建模与计算.由于等离子枪体的热压缩效应主要是靠内部水冷系统完成,理想的水冷系统应该能尽快地将等离子束流所产生的热量带走,因此,对等离子枪体冷却水流场进行了研究,得出了喷嘴的温度场和水流速度场,明确了喷嘴的能量分布.研究结果表明,等离子枪体损失功率的一部分能量集中在阳极斑点,其他均匀分布在喷嘴上.其结论对等离子喷涂枪的设计具有参考价值.     

塑料注射模具冷却系统设计

详尽介绍了塑料注射模具冷却系统的设计方法,其中包括：冷却系统中流动状态的分析,不同情况下对流传热系数的计算,热量的分配,总的热平衡方程的建立,必须由冷却系统带走的热量以及冷却水量和传热面积的确定。