棋盘拓扑矩形通道换热器的流动及换热特性研究

选取矩形换热器的最基本换热单元,通过数值模拟方法对不同截面尺寸的矩形通道换热器的流动和换热特性进行了探究。研究发现：在截面高宽比相同的情况下,随着水力直径的增加,流动阻力逐渐减少,传热性能下降,但换热器的综合换热性能提高;当中心矩形截面面积不变的前提下增大截面高宽比,水力直径不断降低,流动阻力随之增大,换热性能与高宽比并非为线性关系,在研究范围内高宽比为4的结构换热效果最佳。     

矩形微通道截面高宽比对流动压降的影响

利用Fluent流体计算软件,对采用水作为介质,硅为材料的矩形微通道在质量流速为0.03～0.45 g/s,雷诺数在100～1100,矩形截面高宽比在0.10～10之间的层流流动进行了数值模拟研究,并对结果进行分析比较,得出了矩形截面高宽比与微通道层流流动压降之间的关系以其数学表达式.     

波纹管内流动与换热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent,采用数值模拟方法究了幅值不同的两种波纹管传热状况,发现幅值为4mm的波纹管的传热状况优于幅值3mm波纹管的传热状况,这是由前者管内湍流强度高于后者所致.同时,回归了两波纹管的换热准则方程,为波纹管的校核计算及工程应用提供依据.     

旋转矩形通道流场特性的数值模拟

应用FLUENT软件对旋转矩形通道内气流流场进行三维粘性数值模拟，分析了RNG k-ε湍流模型和RSM模型在模拟旋转矩形通道气流流场的差别，以及旋转直通管道在不同流量及不同转速下其气流流场的变化规律。结果表明：RSM模型比RNG模型能更好地模拟湍流驱动二次流；通道内的主流和二次流特性随流量和转速发生显著变化。     

矩形微流道内电渗流影响因素的数值模拟

针对电渗泵的设计参数优化问题,建立电渗驱动流的数学模型,应用有限控制容积法对矩形流道断面上双电层场和速度场的耦合控制方程进行数值求解.详尽分析流道断面深宽比、流道当量直径、电解质溶液浓度和外加电场强度对电势、速度和流量的影响,并给出电渗流量和平均速度与影响因素之间的拟合公式.仿真结果表明:流量随流道深宽比的增大而减小,当流道深宽比为1时,流量最小;流量随流道当量直径的平方增加;平均速度与电解质溶液浓度和外加电场强度有关、与流道深宽比和当量直径的大小基本无关.     

带侧向出流孔的梯形通道内部换热特性数值研究

采用非结构化网格和标准k-ε湍流模型,求解三雏N-S方程,对带侧向出流孔的梯形通道内表面流动情况进行了数值模拟,具体研究了孔径为0.03,通道进口雷诺数为30000,测流比分别等于1,0.3,0时梯形通道内的流动及换热情况.结果表明:随着侧流比的减小,通道内表面沿流向相同位置换热趋于一致;平均努赛尔数随之单调递增.     

矩形花键轴冷挤压的数值模拟分析

采用金属成形有限元分析软件DEFORM,模拟CG125摩托车发动机主轴的矩形花键冷挤压成形过程,得到挤压过程中的模具受力图及坯料的应力分布图.结合数值计算的结果,探讨冷挤压过程中的塌角与金属堆积现象.工艺实验表明,该冷挤压工艺与模具设计合理,数值模拟分析对冷挤压模具设计具有一定的指导意义.     

带射流收缩通道内部换热特性数值模拟

采用数值模拟的方法对简化后的燃气涡轮发动机进气道支板内部换热特性进行三维数值模拟,具体通过对带射流收缩型通道内部的流场结构和换热分布进行研究来揭示其内部换热机理,并与采用热色液晶全面表面瞬态测量技术测得的换热实验结果进行对比,从而验证计算方法的可行性.研究结果表明:射流在通道内呈现对涡结构流动,矩形出气缝的位置对通道内部流动和换热特性影响较大,换热计算结果与实验测量结果基本吻合,所用的数值模拟方法较为真实的预测了带射流收缩型通道内部的换热特性.     

矩形翅片椭圆管热交换器流动和换热特性的数值模拟

利用CFD计算方法,对矩形翅片椭圆管热交换器进行了数值模拟,得到其在不同风速下的流动和换热特性,并就椭圆管和圆管之间阻力与换热特性进行了计算比较,分析讨论了片距及管排数对阻力特性的影响,为风洞热交换器设计提供依据。     

内燃机燃烧室零件循环瞬态传热模拟

采用数值分析技术,并基于三维和耦合的观念,通过润滑油膜为一维热阻的假设,建立了内燃机燃烧室内移动活塞组—润滑油膜—气缸套之间的传热联系。建立了零件系统三维耦合过渡工况和循环瞬态传热的有限元离散理论,并开发了计算零件系统过渡工况不稳定传热和循环瞬态传热的有限元分析软件。在过渡工况求解所建立的稳定工况温度场的基础上,分析了CUB100内燃机燃烧室零件系统的循环瞬态传热过程。     

非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性

利用正交函数法对定热流密度加热、壁面温度在周向可任意变化条件下,气体在微矩形槽道内的热充分发展滑移流动的换热特性进行理论分析,获得相应条件下的Nu数计算方法及换热特性,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及不同加热条件对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响。结果表明,在任何加热条件下,微矩形槽道内的平均Nu数均低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nu数,且随Kn数的增加而减小。高宽比越小,平均Nu数下降越大。在相同的高宽比和Kn数下,单边加热条件下的换热性能相比相同加热条件的常规大槽道内的换热性能下降最小。     

三维方管层流冲击射流流动与传热的数值研究

通过求解三维稳态不可压缩N-S方程和能量方程,对半封闭层流方管冲击射流的流动与传热特性进行了数值研究。根据计算结果分析了射流中四个偏心速度峰值形成的原因,在层流范围内考察了射流雷诺数和冲击高度对流场结构和传热性能的影响。计算结果表明,冲击射流的传热特性受流场结构的控制,冲击面附近水平断面上四个偏心速度峰值的形成,导致在相应断面上形成温度分布的四个偏心最小值,以及在冲击面上形成局部Nu数的四个偏心峰值。     

内置扭带换热管三维流动与传热数值模拟

对自转扭带换热管内流体的运动进行了分析,根据流体在自转扭带管内的切向运动特点,提出将自转扭带等效虚拟于静止扭带的思路。建立内置螺旋扭带换热管流体流动的三维物理模型,采用大型CFD软件FLUENT6.0中的RNG k-ε模型对内置扭带换热管内的流动与传热进行了数值模拟,得到了内置扭带换热管流体流动的速度、压力、湍流强度场分布规律及传热特性。比较了静止、旋转及旋转等效虚拟静止扭带换热管的传热和阻力降特性,分析了不同螺距对强化传热和阻力降的影响。速度场的模拟值与激光测速仪试验值进行了比较,二者吻合较好。     

翅片管换热过程的数值模拟

以切削-挤压复合成型新工艺加工的新型翅片管为研究对象,给出大长径比的翅片管换热过程的数学模型及其有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS的二次开发语言APDL编写程序,对翅片管换热过程中温度场的分布进行数值模拟,得到翅片管两侧的平均对流换热系数;对不同尺寸的翅片管进行换热过程模拟计算,并根据结果总结出翅片管几何参数对对流换热系数的影响规律;对有限元计算结果进行实验验证,两者结果比较吻合;并以计算结果为依据,对翅片管结构进行优化。     

激光制造中载气式同轴送粉粉末流场的数值模拟

应用气固两相流理论对载气式同轴送粉系统中粉末流出送粉喷嘴后的粉末流场进行模拟计算,研究分析粉末流场浓度分布规律及粉末流参数(聚焦焦距和聚焦半径)的变化规律,计算结果与数字粒子图像测速的试验结果吻合较好.结果表明,载气式同轴送粉系统中,送粉喷嘴结构参数一定时,粉末流浓度和粉末流参数受送粉量及送粉气流量的影响.送粉气流量主要影响送粉喷嘴出粉口处粉末流的速度,对粉末流浓度分布和粉末流聚焦参数影响较小;送粉量增加,聚焦点处浓度值增大,粉流聚焦焦点略微下移,焦距处半径增大,聚焦焦深减小.建立粉末流简化物理模型,所建模型对同轴送粉喷嘴的设计和性能优化具有参考价值.     

NUMERICAL SIMULATION FOR INCOMPRESSIBLE TURBULENT FLOW IN THE IMPELLER OF SEWAGE PUMP

The 3-D turbulent flow in the impeller of sewage pump is simulated. The time-averaged N-S equations and the k-ε turbulent model is modified. The calculation is carried out in body-fitted coordinated grid by applying SIMPLE-C algorithm. The calculated velocity, pressure distributions of the turbulent flow in the sewage pump are obtained for the first time, which will be helpful for the optimal design and performance prediction of sewage pumps on the basis of flow field simulation.     

热量运输机理及在管内螺带强化传热的应用

在较小流速和较低粘度的假设条件下,通过对流体微元能量方程变换,提出热量运输的观点.据此观点分析影响对流传热的主要因素并发展场协同理论.对螺带插入换热管内的流体受力情况进行分析,指出各个力对流场的影响.结合热量运输的观点,提出改善管内流动阻力、提高综合传热效率的方法.运用数值模拟得到管内流体流动和传热特性的分布规律.分析表明螺带后光管长度大约500～600 mm时,此段光管具有最大的综合传热系数.分析还表明在较长换热管条件下,螺带插入长度有更大的调整空间,可根据实际情况调整螺带长度以获得较大的传热系数或者较低阻力损失,而综合传热系数依然保持较高水平.证实了在热量运输机理指导下开发新的强化传热结构的可行性.     

电子束焊接数值模拟中分段移动双椭球热源模型的建立

直接利用移动双椭球热源模型对电子束焊接过程进行数值模拟时,计算量庞大,计算效率低下。为此,在移动双椭球焊接热源模型的基础上,经分析推导得到了分段移动双椭球热源数学模型,并通过实际的物理试验和数值模拟对该模型进行了验证。结果表明,采用该热源模型可以在保持良好计算精度的基础上极大提高计算效率,使模拟实际复杂焊接构件的焊接过程成为可能。