发动机冷却水三维流动数值模拟基础研究

本文在作者已完成的不可压缩流体三维流动数值模拟研究的基础上，对发动机冷却水三维流动的数值模拟方法进行了基础性研究。文章对具有发动机冷却水腹复杂形状的箱体内的水进行了三维流动模拟计算，介绍了数值模拟的基本方法，并对计算结果进行了分析，说明了该方法的有效性。该文介绍的内容是深入研究实际发动机冷却水三维流动数值模拟的基础。     

来流马赫数对叶栅吸力面可压边界层稳定性影响研究

针对叶栅高速流动稳定性预测及转捩问题,采用理论分析与实验测量相接合的方法。首先推导出正交曲线坐标系下三维扰动波的抛物化稳定性方程（PSE）,在风洞实验中,采用叶栅表面压力测孔测量了设计叶栅表面静压分布。根据表面静压分布测量值,通过求解Falkner—Skan方程以获得不同来流马赫数下边界层内速度、压力、密度等参数的分布。将以上结果作为边界层平均流动值,结合数值离散化的正交曲线坐标系非线性抛物化稳定性方程（PSE）对流动的稳定性进行特征值分析。数值离散采用六阶精度差分格式,采用大步长隐格式法求解方程以保证求解的稳定性。计算结果表明本文所选用的实验叶栅由于加工量较小并采用后部加载叶型设计,边界层流动相对稳定。来流马赫数增加对边界层稳定性有微弱影响,会导致流动趋于不稳定。     

发动机水流分布试验研究

气缸盖内冷却水的合理分布,有利于降低气缸盖内热负荷,改善各缸工作均匀性以及缸盖可靠性,提升冷却系统效率.进行气缸盖上水孔水流分布的试验研究,也可为气缸盖内冷却水流动数值模拟提供边界务件或者流场的试验验证.本文通过压差法,基于皮托管原理,实现了对某柴油机气缸盖每缸各上水孔冷却水流量的测量,分析了发动机各缸冷却水流量分布均...     

高强化柴油机气缸套周围冷却水流动的数值模拟和试验研究

针对柴油机的冷却进行精确计算，必须对柴油机内部流场进行深入的三维数值模拟和试验研究。首先分析了柴油机冷却水流动的数值模拟计算方法，建立了某柴油机气缸套周围复杂水腔的三维实体模型，并采用FIRETM软件对水腔模型进行计算，得到冷却水在缸套复杂水腔内的三维流场；再运用流量压力测量法和流动显示法对透明气缸套水腔内的冷却水流动进行试验。对比分析结果表明数值模拟计算的冷却水流动方向和流量大小与试验测量和观察结果相一致缸套水腔改进后冷却水的流量和压力分布合理，水腔内微涡和流动死区减少，缸套穴蚀减轻，此数值模拟方法是合理的。     

内燃机缸内层流流动的二维数学模型

本文建立了理想轴对称发动机的二维冷态缸内层流流动模型,即利用先进的数值分析技术在大型计算机上求解描述缸内过程的偏微分方程组。方程的离散采用随活塞运动的可伸缩差分网格,通过在控制容积上积分控制方程得到有限差分方程。计算过程基于SIMPLE算法,在其中加入压力修正和温度修正进行迭代求解。分别计算了气门瞬时开闭的四冲程运动和进气与排气的二冲程运动。与其它文献的理论计算和实验比较表明,计算结果是合理的。     

伯努利方程式在水泵节水中的应用

用伯努利方程的原理说明在流动流体的缩口处的吸力作用。将多节离心水泵的轴承冷却水作为吸入流体,与主流体混合使用可以节约大量自来水。1.冷却水流失锅炉进软水用GC2(1/2)×6×6型离心水泵,需用自来水冷却两端轴承。所用冷却水管公称直径φ15毫米,24小时常通,每天要白白流失自来水约61.02吨。在自来水水源紧张的当前,节约自来水已成为当前的当务之急。     

150单缸机试验台冷却系统流动与传热计算分析

基于Flowmaster软件建立了150单缸柴油机试验台冷却系统流动与传热模型,并在某大功率发动机上进行了验证。在此基础上分析得到了冷却水温度和流量、气缸套和气缸盖温度变化对冷却水总传热流量的影响规律,以及管道尺寸、壁面粗糙度、冷却水流量对冷却水流动总阻力的影响规律。     

坦克动力舱内三维空气流动数值模拟

建立了坦克动力舱内三维空气流动数学模型，应用k—ε双方程湍流模型描述湍流流动，冷却风扇局部区域处的空气流动以旋转坐标系控制方程求解；将散热器芯部作为多孔介质处理，采用非结构化网格与网格自适应技术实施区域离散化。数值算例的结果显示，这种数值模拟方法可以用于坦克动力舱内的空气流动分析。     

一维热扩散方程的格子Boltzmann方法分析

针对一维热扩散方程的数学特点,建立了热扩散方程离散速度模型,构造了其平衡态分布函数,采用Chapman-Enskog展开和多尺度技术,构建了用于求解一维热扩散方程的D1Q3模型,进行了验证性数值实验。实验结果表明,模型的数值解与文献的解析解吻合良好,其两者的误差随网格细化而大幅度减小,从而说明了本文构建的格子Boltzmann模型可用于求解一维热扩散方程。     

基于冷却水流速分布模拟的凝汽器性能数值分析

冷却水流速是影响凝汽器性能的主要因素之一,为了实现基于冷却水流速实际分布的凝汽器性能模拟,借鉴多孔介质的阻力源项加载思想提出了基于冷却管入口实体建模的凝汽器水侧流动计算模型,以某600MW火电机组的低压凝汽器为例,在设计工况下对该凝汽器水侧流动进行了数值模拟,获得了凝汽器水侧管束截面上的冷却水流速分布,并基于上述冷却水流速分布的模拟结果,分别数值计算了冷却水流速均匀分布和不均匀分布两种情况下凝汽器汽侧的蒸汽流动,获得了相应情况下的凝汽器性能。计算结果表明：对于本文研究的凝汽器,基于多孔介质模型和基于冷却管入口实体建模的凝汽器水侧流动模拟得到的管束截面上的冷却水流速分布在流动细节上存在差异;冷却水流速均匀分布和不均匀分布两种情况下获得的凝汽器性能有差异,凝汽器压力相差10.9Pa,总平均传热系数相差12.6W/（m²·K）。建议对于冷却水流速不均匀分布比较严重的情况,在研究凝汽器性能时考虑冷却水流速不均匀分布的影响。     

基于冷却水温求解的凝汽器全三维数值模拟

文章通过求解与凝汽器壳侧传热相耦合的冷却水温的微分方程,实现了基于冷却水温求解的凝汽器全三维计算,计算模型更接近真实的物理模型。对某600MW机组凝汽器的计算表明,计算结果可以展现出凝汽器壳侧蒸汽流动换热以及冷却水温分布的三维性,计算结果更为合理。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

运用计算流体力学的方法,采用多孔介质模型对凝汽器水侧流场进行了数值模拟.从计算所得三维流场可清楚地掌握影响凝汽器工作的重要因素：该凝汽器进口水室漩涡的存在使流动阻力增加,流动恶化;高速流体集中于水室中心区域,会影响换热器的换热性能.其整体阻力特性与试验数据吻合较好,表明该模型和计算方法正确.解决了凝汽器水侧数值计算建模的困难和网格数量问题,为动力装置冷却水系统整体的数值模拟提供基础.图6参5     

某高拱坝中期通水冷却降温影响因素敏感性分析及最优温控措施

为准确了解某高拱坝坝段混凝土中期通水冷却降温影响因素的敏感性及其最优温控措施,采用有限元仿真分析方法,定性定量分析了中期降温阶段冷却水通水流量、通水温度、通水时长、混凝土单层层厚对坝段混凝土日降温速率的影响程度,发现通水流量及通水温度影响最大;进而构建了混凝土日降温速率与通水流量、通水温度之间的非线性回归方程,从定量角度给出了最优温控措施;这可为同类工程中期降温阶段的温控措施提供参考依据。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

机组旁路系统减温减压装置热力特性的计算机分析

基于ＩＦＣ公式和一维搜索法实现水蒸气热力性质的计算机计算和水蒸气焓－－熵图的计算机查找,利用两相流理论和可压缩流体动力学原理,把水蒸气与冷却水混合流动多级多孔节流问题转化为非线性方程的迭代求根问题,实现了机组旁路系统减温减压装置热力特性的计算机分析。     

燃气轮机高温叶片内部冷却技术概述

综述了燃气轮机典型的内部冷却结构和设计手段.通过文献分析,提出内部冷却典型强化换热手段包括带肋通道冷却、扰流柱冷却和冲击冷却,重要设计手段包括一维管网和三维数值优化.管网计算基于实验总结的经验公式,计算效率高,关键在于动量方程的求解算法;三维数值优化可以降低设计对人工经验的依赖,关键在于合理选择优化目标和优化算法.分析表明,旋流等新的强化传热形式、微型冷却等新的叶片冷却模式、旋转和真实通道几何对内部冷却详细传热和流场的影响都将得到进一步研究,叶片设计技术将由人工经验性的设计逐渐向计算机自动化方向发展.     

舰船燃气轮机高压涡轮动叶多维热耦合设计方法

针对舰船燃气轮机复杂高效冷却叶片设计,基于压力修正算法建立冷却叶片一维管网设计方法;通过快速求解可压缩边界层微分方程获得叶片外换热边界,基于参数化的叶片网格生成方法,采用全隐式有限体积的固体导热求解方法,构建了冷却叶片的耦合传热模型,开发了耦合传热计算程序。对某高压涡轮动叶进行多维热耦合设计,确定冷却流路及冷气分布,通过三维气热耦合计算验证了设计方案的可行性,通过对比分析验证了多维热耦合设计方法对主要流通单元的流量、压力误差小于5%,具备较高的工程应用价值。     

基于焓差法分析自然通风冷却塔出口水温的影响因素

采用焓差法建立了自然通风冷却塔出口水温的热力计算模型,并把凝汽器和冷却塔作为一个整体综合研究和分析了冷却塔出口水温的各种影响因素及其影响规律．结果表明：冷却水量、填料断面风速、凝汽器蒸汽负荷以及环境空气的相对湿度均对冷却塔的进口和出口水温有明显影响,且上述因素对进口水温的影响大于对出口水温的影响．     

New Developments in Reboilers and Evaporators

Abstract

A prototype cooling tower was used to explore the potential of using cooling towers compared with radiator cooling systems with 3 MW diesel engines. The working parameters were the water mass flow rate, water inlet temperature, air mass flow rate, and humidity ratio. The water mass flow rate was relatively the most effective. Three methods of calculation were used to evaluate performance—namely, heat and mass balance, psychrometric chart, and the heat and mass transfer method. The first was the best in comparison with experiments. The economic analysis of both the cooling tower and radiator systems showed that it would be more economical in the long run to use cooling towers for diesel engines.