冰箱用微通道冷凝器分相集总参数模型

采用微通道换热器作为冷凝器的冰箱得到快速发展,对于该类冰箱的动态特性仿真需要建立可以实现冰箱用微通道冷凝器性能快速与准确预测的模型。首先将微通道冷凝器单个流程内的所有扁管简化成一根单管,每个流程简化为一个单元,进而建立微通道冷凝器的分相集总参数模型,并基于能量收敛准则对模型进行迭代求解。开发的模型嵌入已有的冰箱动态仿真平台,模拟24h的冰箱动态性能耗时小于3min;计算实例显示,预测的冰箱整体能耗与实验结果误差小于9.5%。     

双排对折型微通道换热器仿真模型开发

针对双排对折型微通道换热器,建立三维分布参数模型,基于双排对折的独特结构分别划分换热区和集流管的控制单元,并创新性提出一种基于流程的制冷剂流路描述方法。调研并整理了公开发表文献中记载的适用于微通道换热器的制冷剂侧和空气侧的换热及压降关联式,使模型能够应用于各类工况。建立模型的控制方程,并开发一种换热-压降交替迭代的快速求解算法,基于此计算换热器性能,并用试验数据验证模型的计算精度。结果表明,基于此仿真模型计算的换热器平均换热误差小于5%,制冷剂侧平均压降误差小于10%,满足实际工程需求。     

基于两相流流型的平行流冷凝器整体仿真模型与实验验证

引言平行流冷凝器作为一种新颖的换热器加之其不同于传统翅片管换热器的结构,因此其传热流动性能尚处研究之中。尤其是平行流冷凝器制冷剂侧微通道两相流机制及其转变不同于常规的管子,以往关于平行流冷凝器整体仿真模型的研究中,微通道两相流数值模拟大都采用传统大管径模型或者修正     

流化冰制冰系统换热器的动态仿真

建立流化冰制冰系统的动态仿真模型,模拟系统输入参数变化时系统的响应特性。将换热器进行简化,分别采用移动边界法与分布参数法建立流化冰制冰系统冷凝器与冰晶器的数学模型。在Simulink仿真平台建立制冰系统的连接关系,与试验结果对比,验证模型的正确性后改变系统的输入参数,改变冷凝器冷却水温度与压缩机转速,分析制冰系统的响应特性。结果表明:冷却水温度变化相较于压缩机转速变化时制冰系统各参数变化较大,响应时间也较长。根据制冰系统的响应特性,为制冰系统及其各个部件的设计提供依据。     

基于数字样机的空气弹簧快速开发

应用基于数字样机技术的快速开发有关理论,结合目前空气弹簧的研究现状,提出一种新的空气弹簧开发方法并建立了快速开发平台。其关键流程及技术要点为建立合适的APQP流程、快速三维建模、性能仿真及动态模拟仿真。     

机载补气增焓制冷系统动态仿真模型

补气增焓制冷系统具有系统能效比高、运转费用低等优势,被广泛应用于现代飞机的环境控制系统中。为了指导系统的设计与控制,开发了机载补气增焓制冷系统的动态性能仿真模型,并开展了实验验证。通过将补气压缩机工作过程分解,建立了基于物理机理的补气压缩机显式计算模型;通过制冷剂相区划分,建立了蒸发器和冷凝器的移动边界模型;并开发了基于质量引导的系统动态求解算法。实验验证表明,模型能够准确反映系统压力和温度的动态变化趋势;在系统动态响应时间内,模型对于系统压力和温度的时均预测偏差分别为2.55%和-3.29℃。     

微反应器内甲苯气固催化氧化反应动力学

微通道反应器具有优良的传热、传质性能，能有效避免催化剂床层内热点的形成，为研究强放热反应动力学提供有利条件。开展了微反应器内的V2O5/TiO2催化剂上的甲苯气相选择氧化动力学研究，在简化反应网络的基础上建立了动力学模型，并给出动力学参数。该模型能较好地反映和预测较宽的反应条件范围内的甲苯气固相催化氧化反应转化率及产物分布，为优化操作条件提供依据。     

基于AMESim泵驱动两相回路热管系统的传热特性

为降低机柜的散热负荷，减小散热系统的体积和质量，并且提高冷却系统的能量利用效率，提出利用微通道平行流换热器泵驱动两相回路热管系统方案，基于AMESim软件研究质量流量、换热器风量、环境温度、冷凝器结构参数对系统换热性能的影响。研究结果表明：制冷剂质量流量过大、换热器风量过大对系统制冷量无显著影响。室外温度是系统换热性能的重要影响因素，室外温度由10℃增加至35℃时，制冷量降低了57.9%。冷凝器流程布置和扁管排布需要考虑换热性能和流动阻力之间的平衡，平行流冷凝器为3流程，扁管数目为(12,12,10)时，系统运行性能最佳。     

二氧化碳热泵热水器微通道气体冷却器的仿真分析

设计了一种用于二氧化碳热泵热水器的新型微通道水冷气体冷却器,用有限单元法建立了换热计算模型并编制程序。对微通道内CO₂和水侧的流动与换热进行了数值仿真;运用该模型分析了各种参数下气体冷却器的换热性能及CO₂侧的压降。可用于指导优化设计。     

R1233zd（E）高温热泵用卧式冷凝器的换热动态模拟

建立了一种R1233zd（E）卧式冷凝器的动态仿真模型,其相比于稳态模型在预测系统运行特性方面具有明显优势。详细介绍了建模所用控制方程、离散方法、运算逻辑等,模型可以计算出冷凝器在每一时间步长下,每一个控制体内制冷剂、管壁、冷却水的状态参数。由于模型涵盖了换热管的几何参数,因此改变几何参数可以模拟采用不同换热管结构对冷凝器性能的影响,比较了采用不同齿距的换热管对换热器内部相区分布、换热量、出水温度的影响。模拟结果得出,采用齿距为1.3 mm的低肋管时,出水温度较光管提升1.5℃以上,达到稳定输出的时间提前1 min以上,换热量提升2.3倍。R1233zd（E）作为新型环保工质,缺乏相关的热泵模型研究,因此搭建该冷凝器模型是完成R1233zd（E）高温热泵模型的重要基础。     

The mass and heat transfer process through the door seal of refrigeration

As one of the main reasons causing leakage heat load in a refrigerator, mass and heat transfer through refrigerator door seal is of great importance to be studied. In this paper, a model is presented for numerical simulation of mass and heat transfer process through refrigerator door seal, and an experiment apparatus is designed and set up as wel for comparison. A two-dimensional model and tracer gas method are used in simulation and experiment, respectively. It can be found that the relative deviations of air infiltration rate between the simulated results and experimental results were less than 1％, and the temperature difference errors at two special points of the door seal were less than 2.03 °C. In conclusion, the simulated results are in good agreement with the experimental results. This paper initially sets up a model that can accurately simulate the heat and mass transfer through the refrigerator door seal, and the model can be used in refrigerator door seal optimization research in the follow-up study.     

Numerical study on gas and liquid slugs for Taylor flow in a T-junction microchannel

The rapid development of microfabrication techniques creates new opportunities for applications of microchannel reactor technology in chemical reaction engineering. The extremely large surface-to-volume ratio and the short transport path in microchannels enhance heat and mass transfer dramatically, and hence provide many potential opportunities in chemical process development and intensification. Multiphase reactions involving gas/liquid reactants with a solid as a catalyst are ubiquitous in chemical and pharmaceutical industries. The hydrodynamics of the flow affects the reactor performance significantly; therefore it plays a prominent role in reactor design. For gas/liquid two-phase flow in a microchannel, the Taylor slug flow regime is the most commonly encountered flow pattern. The present study deals with the numerical simulation of the Taylor flow in a microchannel, particularly on gas and liquid slugs. A T-junction empty microchannel with varying cross-sectional width (0.25, 0.5, 0.75, 1, 2 and 3 mm) served as the model micro-reactor, and a finite volume based commercial computational fluid dynamics (CFD) package, FLUENT, was adopted for the numerical simulation. The gas and liquid slug lengths at various operating and fluid conditions were obtained and found to be in good agreement with the literature data. Several correlations in the T-junction microchannel were developed based on the simulation results. The slug flows for other geometries and inlet conditions were also studied.     

回路热管微通道换热器蒸发冷却实验

采用微通道换热器作为数据中心回路热管冷却换热器,在微通道冷凝器侧进行了蒸发冷却实验。实验利用焓差平台测量了不同因素对采用蒸发冷却技术的微通道冷凝器换热影响,并分析了室内外不同温差、室外不同湿度条件下采用蒸发冷却的微通道冷凝器及蒸发器的进出口空气温差。实验结果表明：采用蒸发冷却可使冷凝器入口空气温度实现大幅温降,并增加冷凝器及蒸发器的进出口空气温度差值,喷淋后可使流经热管空气降温0.3～1.9℃,增大2%～20%的系统换热量,冷凝器换热效率得以提升,并可扩大回路热管换热器使用地区,延长回路热管年利用时间。     

微通道结构数值模拟及实验性能评价

Fluent软件的数值模拟结果显示伞形微通道结构比U形直线形微通道结构具有更加高效的混合效率,但该结构也存在流动死区,结合优化方向提出一种压降更小、混合效率较优更适用于液-液非均相反应的菱形微通道结构。同时,本文利用前述3种不同微通道结构反应器及常规反应器开展丙烯酸十四酯的合成评价对比实验,红外光谱及核磁谱图对反应产物的分析表征均证明了丙烯酸十四酯的生成。常规反应器和微反应器在相似工艺条件下,丙烯酸十四酯的收率仅为82%,停留时间更是长达300min,而微反应器中收率均达到90%以上,停留时间不超过3.5min,且菱形微通道结构反应器比U形直线形和伞形微通道结构反应器所得丙烯酸十四酯的收率都大,达到97%,说明菱形微通道结构更加有利于物料间的充分混合反应,这与菱形微通道结构数值模拟显示的结果是一致的,从而验证了数值模拟结果的可靠性。     

基于深度学习的显微离焦图像法颗粒深度测量

显微成像条件下的三维流场测量是微通道流动等研究的基础,其难点在于颗粒深度位置的测量。由于显微镜头景深极小,成像时通道内大部分颗粒处于离焦状态。本文首先基于几何光学原理分析了显微成像前后离焦 不对称的特点,随后基于Inception V3卷积神经网络搭建了颗粒深度预测模型,并通过光线追踪方法生成粒径 1~10μm的10种颗粒在深度范围-50～50μm内的仿真显微图像,应用深度预测模型对其进行训练及预测,颗粒深度预测结果显示1～3μm颗粒的相对误差在±13%以内,4～10μm颗粒的相对误差小于±5%。最后在微通道中拍摄粒径分别为2.6μm和5μm的聚苯乙烯微球在深度范围-50～50μm内的显微图像,应用同一深度预测模型进行训练及预测,两种颗粒深度预测结果的相对误差分别为小于±15%和±5%。结果表明,所提出的基于深度学习的显微离焦图像法能够有效测量微通道内颗粒深度位置,为图像法流场测量技术增加了新的思路。     

Simulation of fluid dynamics in a microchannel Fischer-Tropsch reactor

Fluid dynamics in a microchannel of a new-generation Fischer-Tropsch reactor for artificial petroleum synthesis is reported. Liquid and gaseous product downflows are modeled in the annular flow approximation. The conjugate flow of gaseous and liquid products is investigated in terms of integral momentum balance equations with capillary effects and microchannel wall roughness taken into consideration. A simulation procedure appropriate for the method of deposition of catalyst particles onto the inner wall is suggested for modeling a random inner surface of the microchannel. The simulation procedure takes into account the variation of the synthesis product composition and the variation of the thermal properties of the liquid and gas phases along the microchannel length. A stable computational procedure has been devised for calculating fluid dynamic parameters of the two-phase flow. The effects of the synthesis gas flow rate and conversion, microchannel diameter, chain propagation constant, temperature, and pressure on the two-phase flow parameters and on the aerodynamic resistance of the gas have been investigated.     

循环流化床锅炉蒸发区动态简化数学模型

气包压力与气包水位是确定锅炉是否安全稳定运行的重要参数，其中气包水位又是锅炉主要控制参量之一，要实现给水的自动调节，就必须掌握其动态特性。建立循环流化床（CFB）锅炉蒸发区动态模型，对研究锅炉的动态特性和确定控制策略具有重要意义。本文在分析前人工作的基础上，建立了新的简化的锅炉蒸发区的动态数学模型．利用所建模型对气包的动态特性进行了仿真研究，结果证实了模型的有效性。