相变填充床熔盐斜温层储热系统梯级储热特性

本文建立了双层相变材料熔盐斜温层储热系统的传热储热数值模型，分析了相变材料熔点/位置/含量/比例对储热系统斜温层厚度、流固温差和有效热效率等参数的影响规律。结果表明，由于相变材料的存在，储热系统斜温层分为高温斜温层，低温斜温层和相变层，出口温度出现三个平台，储热系统形成热能梯级输出，使有效放热效率升高。相变材料位置直接影响储热系统性能，高熔点相变材料靠近出口，提高了中高温段放热量。下层填充物占罐体高度比为0.15时，有效放热效率比单层时提高3%～10%。     

操作参数对熔融盐高温斜温层蓄热性能的影响

首先提出了一种新型熔融盐高温斜温层耦合蓄热单罐系统,然后基于多孔介质局部热平衡理论,建立了熔融盐高温斜温层蓄热的局部热平衡数值模拟模型,研究了熔融盐进口流速、进口温度及工作温差等操作参数对斜温层蓄热单罐热性能的影响,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究。发现:当进口速度为0 001 m/s级及降低工作温差等有利于降低斜温层厚度,模拟得到的蓄热单罐轴向温度分布变化与实验结果趋于一致。因此,合理选取这些参数对蓄热单罐的正常运行是非常必要的,结果可以用于指导蓄热单罐的设计。     

基于变传质强度因子Lee模型的流动沸腾模拟

本文基于不同流速下变传质强度因子的Lee模型,对低热通量下上升管内流动沸腾进行了数值模拟。通过分析气相分布、局部气泡行为解释了沸腾换热特性和局部传热恶化。结果表明：低热通量下,不同流速的平均气体体积分数沿管长线性分布,沿径向呈双峰状分布,峰值在壁面附近;高流速时,近壁处气体体积分数的增长速率最大。换热性能受流速影响显著,流速越大,换热系数越大;三种流速下换热系数最小值对应的气体体积分数相同,气相分布不同是换热特性产生差异的直接原因。低中流速下,壁温局部升高位置与换热系数骤降位置是一致的,表明壁面附近局部气泡附着会造成壁温的局部升高,导致传热恶化。     

多孔介质中熔融盐流体高温斜温层蓄热的热特性

对熔融盐高温斜温层蓄热过程进行了较深入的理论与实验研究.基于多孔介质局部热平衡理论,建立了多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热的局部热平衡数值模型,研究了熔融盐、多孔介质孔隙结构参数对多孔介质中熔融盐流体传热与流动的影响规律,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究.结果表明:与熔融盐单相流体斜温层(无填充多孔介质)蓄热系统相比,多孔介质填料能够减少斜温层的厚度和改善其形状,采用单位体积热容量(pc)s大于(pc)f,孔隙率(?)小于0.4有利于降低斜温层厚度及其移动速度.揭示了多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热系统的蓄热特性,为熔融盐高温斜温层蓄热的设计和运行控制提供依据.     

多孔介质高温蓄热的热性能分析

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用中的重要组成部分。本文对基于多孔介质和熔融盐流体的高温蓄热过程进行了计算分析,对蓄热时间、流体进口温度、进口速度对斜温层温度分布的影响进行了分析。结果表明进口温度对斜温层厚度的影响较小,进口速度的增加会导致斜温层厚度的增加。同时对流体和多孔介质的温度差进行了分析,得到了应用于局部热平衡和非热平衡的雷诺数判据。     

高速飞行器磁控阻力特性

采用低磁雷诺数磁流体数学模型,对外加磁场下的高超声速半球体流场进行数值模拟.选取三种简单理想磁场(轴向、径向、周向均布磁场),分析了不同磁场类型对流场结构、气动阻力与洛伦兹阻力的影响及作用机理.研究发现,轴向磁场径向"挤压"效应使得激波外形凸出,且壁面静压存在"饱和现象";径向磁场存在轴向"外推"效应,较大的磁场强度会导致肩部形成高温区;周向磁场下感应电场的存在导致增阻效果很差.进而对比了两种相同驻点磁感应强度特殊分布磁场(偶极子磁场、螺线管磁场)下的流场,发现了不同于理想磁场的径向"扩张"效应.按增阻效果从大到小依次为径向磁场、螺线管磁场、轴向磁场、偶极子磁场、周向磁场.     

稳态强磁场实验装置水蓄冷系统蓄冷过程分析及模式优化研究

分析了稳态强磁场实验装置(Steady High Magnetic Field Facilities,SHMFF)水蓄冷系统的特征,并介绍了安装于蓄冷罐用于验证自然分层法应用于该系统可行性的布水装置.利用冷水机组冷冻水进、出水温度变化对蓄冷过程中的斜温层厚度进行了概算,从而初步验证该布水器的性能.研究结果将为稳态强磁场实验装置水蓄冷系统是否采用自然分层法提高蓄冷量提供参考依据.     

熔盐单罐蓄热系统中斜温层黏性指进的稳定性分析

单罐填充床蓄热是一种重要的高温蓄热方式,而在充放热过程中不发生黏性指进现象,保持斜温层的稳定是蓄热系统是否可行的重要依据。本文对充放热过程中熔盐的流动方向、熔盐的密度和黏度对黏性指进的影响进行了详细的理论分析。结果表明熔盐自上而下流动,热熔盐置换冷熔盐时,熔盐流速不能超过临界流速;冷熔盐置换热熔盐时,熔盐流速要大于临界流速才能维持斜温层的稳定。熔盐自下而上流动,热熔盐置换冷熔盐时,必然会发生黏性指进;冷熔盐置换热熔盐时,没有流速的限制,斜温层能自然保持稳定。     

涡流二极管内空化流动的实验研究

为了研究涡流二极管内空化流动的发展过程及对其性能的影响,对其空化现象的标志性现象—空气柱进行了试验研究,试验中捕捉了空气柱的形成过程,记录了不同雷诺数及不同出口背压下的空气柱尺寸,最后测量并对比了不同空气柱尺寸下的涡流二极管的性能。试验结果表明;空气柱是微气泡由于亨利定律在旋转流场形成的压力梯度下而发生的输运效应形成的;空气柱随雷诺数的增大而增大,不同雷诺数下的增大速度有所不同;相同流量下,出口背压越大,空气柱尺寸越小,涡流二极管的性能越高。上述结论对涡流二极管的设计及其指导工程应用具有重要的价值。     

托卡马克真空室内线圈水冷管道接头强化二次流的数值研究

基于计算流体力学(CFD)理论，研究了不同曲率半径的螺旋导流片的托卡马克真空室内线圈水冷管道接头。利用湍流数值模拟方法，分析了线圈管道接头导流片曲率半径比、冷却水入口流速对线圈管道内流体平均雷诺数分布的影响。结果表明，不同导流片曲率半径比的线圈管道内的流体雷诺数分布曲线相似，平均雷诺数随入口流速的增加而增大，管道接头出口雷诺数随导流片曲率半径比的增大而减小，导流片曲率半径比小的管接头更适用于线圈水冷曲线管的二次流强化。此外，还为导流片曲率半径比为0.2的管接头拟合了管接头出口雷诺数与入口流速的关系式，为进一步研究类似于托卡马克真空室内线圈管道的曲线管接头的二次流强化提供理论基础。     

无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

 以无缓冲气化学氧碘激光器(COIL)实验器件的数据计算得到的混合喷管出口参数平均值作为光腔入口条件，对6种不同构型的扩压器从光腔入口至扩压器出口的流场进行了数值模拟，得出了各流场参数分布；对不同构型扩压器的流场特点、总压恢复性能进行了分析；研究了扩压器出口背压对流场参数的影响。结果表明：对于主流无缓冲气的COIL，等截面扩压器具有较好的压力恢复性能；增大扩压器出口背压可以使扩压器的压力恢复性能提高，然而，较高的背压使激波串向光腔方向移动，从而使光腔流场受到干扰，影响光腔的光束质量。     

Stationary Fluid Dynamic Behaviour of V-Shaped Diffuser/Nozzle Elements for Valveless Micropump

A novel type of V-shaped （isosceles triangle cross-section） diffuser/nozzle element is proposed for use for valveless micropump. Stationary fluid dynamic behaviour of V-shaped diffuser/nozzle elements in a valveless micropump is investigated by experiment and simulation. Both the results agree well with each other when the Reynolds number is higher than 100 and the pressure loss coefficient ratio of micropump nearly always keeps a constant. For a single V-shaped diffuser, the general trends of variation of pressure loss coefficient with opening angle and Reynolds number are opposite in small and large angles. Compared with conical and flat-wall diffusers, V-shaped diffuser shows the smallest pressure loss when the Reynolds number is 200.     

扁平管交错蛇形短翅片强化传热的研究

针对火电空冷凝汽器采用的扁平管蛇形翅片长度较大,空气在翅片间流动对强化传热的效果受到边界层发展抑制的缺陷,根据锯齿翅片通过破坏边界层发展强化传热的思想,提出一种扁平管交错蛇形短翅片结构。实验结果表明,扁平管交错蛇形短翅片的传热性能优于原有结构,在不同雷诺数Re范围,努塞尔数Nu增加了1.4%～16%;同时空气侧流动阻力也明显增加,摩擦系数f增加了18%～45%。由综合评价指标PEC也可以得到,扁平管交错蛇形翅片有效地强化了空气侧的换热。     

光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器(COIL)在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致"热堵"现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明:通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,"热堵塞"现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

阶梯状声扩散体形体优化方法

应用时域有限差分法计算阶梯状声扩散体扩散系数,结合免疫遗传算法分别对周期排布的六阶和十二阶阶梯状声扩散体的形体进行优化。首先,验证了时域有限差分法计算声场的有效性,之后采用两种方式进行优化设计:第一种是直接对多周期重复排布的扩散体形体进行优化;第二种首先对单周期扩散体形体进行优化,再将该扩散体重复周期排布。结果显示:第一种优化方式能获得扩散性能更优的周期排布的扩散体。单周期扩散性能最优的扩散体重复一定周期后,其性能不会保持最优,相反,扩散性能并非最优的单周期扩散体重复一定周期后的扩散性能却优于前者;扩散体总长度一定条件下,增加扩散体的阶次、降低重复周期数,可有效提升扩散体的扩散性能。因此,直接对多周期重复排布的高阶次扩散体形体进行优化,能够获得扩散性能最优的周期重复排布的扩散体。      

Characterization of a diffuser flow by time-resolved PIV

Computational fluid dynamics is extensively used in the design methodology of medical devices. However, for such applications, the predictive capabilities of CFD codes are highly dependent upon geometry, which most of the time is extremely complex, and flow conditions. The study concerns a ventricular assist device (VAD) where the exit flow, generated through a diffuser, is of particular importance for blood damage predictions. The difficulty to predict the flow lies in the fact that the Reynolds number range includes the transition Reynolds number of the separated diffuser flow as well as the critical Reynolds number of pipe flows. In order to choose the appropriate CFD methodology in terms of flow hypothesis and turbulence model, an experimental setup of the diffuser was built to run PIV velocity measurements and to analyze the flow pattern with the influence of Reynolds number. The flow is described with mean and variance values of the in-plane velocity components and timeresolved results are used to visualize the development of unsteady phenomena introduced in the diffuser separated region. An optimal filter is also used to remove noise in measured velocity vector fields.     

光腔与扩压器的一体化优化数值模拟

采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明:传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场;通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低;同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。     

Interaction of inner and outer layers in plane and radial wall jets

Large eddy simulations of turbulent radial and plane wall jets were performed at different Reynolds numbers using the Lagrangian dynamic eddy viscosity subgrid-scale model. The results were validated with experimental data available in the literature. Compared to the plane ones, the radial wall jets have an extra direction for expansion, which causes faster decay rates. Thus, the resulting pressure gradient distributions are different. However, the comparison of the results with the turbulent boundary layers under adverse and favourable pressure gradients reveals that these pressure gradients are not strong enough to cause any fundamental physical difference between plane and radial wall jets. In both cases, the local Reynolds number is an important determining factor in characterisation of the flow. The joint probability density function analysis shows that the local Reynolds number determines the level of intrusion of the outer layer into the inner layer: the lower the local Reynolds number, the stronger is the interaction of the inner and outer layers. These results can be used to clarify the scatter of the reported log-law constants in the literature.     

低雷诺数条件下低压涡轮气动设计

本文针对低雷诺数条件下低压涡轮效率较低的问题,提出了设计过程中应如何考虑雷诺数影响的思路,给出了适应低雷诺数环境下工作的叶片表面负荷分布形式,并进行了低压涡轮的气动设计。三维粘性计算的结果表明,应用本文所提出的负荷分布形式,能够有效的控制涡轮边界层的分离,降低气动性能对雷诺数的敏感程度,从而使得低压涡轮在高空低雷诺数条件下仍能保持较好的性能。     

叶片扩压器进口安装角对离心压缩机性能影响的数值与实验研究

对不同扩压器进口安装角下离心压缩机的性能进行了实验研究,并详细计算分析了相应的流场分布。分析表明, 不同的进口安装角对压缩机的流动有较大的影响,压缩机的性能曲线也有不同程度的左右偏移;进口处较大的正冲角和负冲角均会在扩压器叶片表面出现大尺度的分离涡团;在给定的流量工况下,应存在一个最佳的进口安装角,使得扩压器效率最高;设计工况下,最高效率所对应的冲角并非为零。