夹套冰温库内流场的数值模拟

随着计算机技术的飞速发展,计算流体力学(CFD)越来越广泛地应用于各个领域。通过CFD对复杂流动问题进行研究,能够较精确地反映流场的流动情况。利用CFD技术对夹套冰温库内的流场进行了稳态数值模拟,分析了夹套冰温库内流场的分布情况,讨论了该库体结构下不同送风速度对库内流场均匀性的影响。研究表明,具有夹套结构的冰温库,库内流场分布均匀,采用顶部静压箱送风,底部四周回风的送回风方式,能够使库内形成自上而下的均匀活塞流,不同送风速度对冰温库内流场的影响很小。研究结果证明数值模拟能较好地反映现实情况。     

船舶伙食冷库气流流场的分析研究

基于浙江某船业16500t货轮伙食冷藏库建立几何模型,以一个2.85m(长)×2.47m(宽)×2.68m(高)的实际肉库为对象,基于Fluent软件的标准k-ε模型对肉库的流场进行数值模拟。模拟结果显示,整个冷库内的流场存在一个中心大回流区,随着冷风机吹风速度的增大,流场主流越贴近壁面流动,同时冷冻库内的速度也表现处均匀和紧凑的特点。基于船舶航行对船舶冷库运行的要求,为了提高货物的冷藏质量、减少能耗,试验研究了1.8~2m/s作为冷风机最佳吹风速度的可行性,研究结果可为改善库内货架结构和优化回流区域分布提供参考。     

冷藏集装箱内部流场及送风方式的研究

冷藏集装箱内部流场的均匀性是影响货物储存质量的重要因素之一。文中通过建立CFD三维数学模型,利用FLUENT软件对所建立的模型进行不同参数的模拟分析。分析结果表明:冷藏集装箱内部流场存在明显的不均匀性,箱体前部与后部的温度存在明显的差异,不利于货物的储存。根据以上分析研究,利用均匀送风理论,设计出两种新型送风风道型式,根据对所设计的风道进行计算分析,研究发现:新型冷藏集装箱与原始冷藏集装箱相比温度场和速度场都有明显改进,且在箱体中部的流场涡流现象减小,有利于货物的储存,该研究为冷藏集装箱的优化设计提供了参考依据。     

不同自然冷源引入方案下冷库内流场研究

研究四种自然冷源引入方案对满载货物自然冷源和机械制冷双向切换库贮藏环境的影响，为双向库自然冷源制冷系统的设计提供参考。采用计算流体力学方法，对自然冷源四种引入引出方案分别建立模型，研究不同方案下货物区温度场和速度场的分布特点。不同方案时冷库内流场特点相差很大。其中，采用上进下出方案时货物区温度标准差最小，库内温度保持在合理范围，货物中间层和底层平均流速相对较高且均匀，分别为0.38 m/s和0.78 m/s,能够很好的保证换热效果。结论：自然冷源引入引出方式对双向库货物贮藏环境影响很大，设计时应注重考虑不同方式对库内空气流动性的影响。本文中上进下出方案相对更佳，能够为货物提供一个良好的贮藏环境。     

挡板对数据中心热环境影响的模拟研究

针对数据机房高架地板下静压箱内送风压力不平衡导致地板格栅送风不均匀而引起机柜过热的问题,以某大型数据中心内气流组织为研究对象,采用6SigmaRoom软件进行数值模拟,求解获取地板静压箱内架设挡板时数据中心内机柜进口温度分布,温度场分布和不同高度平面的速度场分布,进而对比静压箱架设挡板末端不同高度对数据中心内机柜最大进口温度的影响,最后运用供热指数(SHI)、回热指数(RHI)、机架冷却指数(RCI)和回风温度指数(RTI)详细分析其优劣.研究结果表明:静压箱架设挡板能改善数据中心的气流组织,且架设的挡板末端越高,其节能程度越高.与未架设挡板的数据中心相比,静压箱挡板末端为0.56 m时SHI降低43.1％,静压箱中压力分布更均匀,可有效解决数据中心近空调端机柜过热的问题.     

挡板对数据中心热环境影响的模拟研究

针对数据机房高架地板下静压箱内送风压力不平衡导致地板格栅送风不均匀而引起机柜过热的问题,以某大型数据中心内气流组织为研究对象,采用6SigmaRoom软件进行数值模拟,求解获取地板静压箱内架设挡板时数据中心内机柜进口温度分布,温度场分布和不同高度平面的速度场分布,进而对比静压箱架设挡板末端不同高度对数据中心内机柜最大进口温度的影响,最后运用供热指数(SHI)、回热指数(RHI)、机架冷却指数(RCI)和回风温度指数(RTI)详细分析其优劣.研究结果表明:静压箱架设挡板能改善数据中心的气流组织,且架设的挡板末端越高,其节能程度越高.与未架设挡板的数据中心相比,静压箱挡板末端为0.56 m时SHI降低43.1％,静压箱中压力分布更均匀,可有效解决数据中心近空调端机柜过热的问题.     

风速对液氮冷藏车内温度的影响

采用对比实验,分析不同风速对液氮冷藏箱体内温度分布及降温速率的影响。研究结果表明:单排喷嘴间距0.5m工况下,随着风机风速增大,温度分布方差减小,降温速率降低,冷藏厢体内温度分布均匀性增强,冷藏厢体强制对流换热效果越明显。     

轿车车室内温度场和速度场的数值模拟

数值模拟了汽车车室内的温度场和速度场,忽略太阳辐射,采用RNG模型,近壁面用壁面函数法进行处理,分析了不同的送风速度,送风温度,出口压力对汽车室内温度场和速度场分布的影响,对车室内的温度场和速度场的均匀性做出评价并对其优化。结果表明在车室后排空间添加一个送风口,可以有效地改善车室内温度场和速度场分布的均匀性,温度场均匀性提高了36.5%,速度场均匀性提高了45.2%。     

考虑双向耦合效应的格子Boltzmann气固两相湍流模型

在流体粒子概率密度函数输运方程中考虑颗粒对流体的反作用力,发展了考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型,引入Smagorinsky亚格子模型模拟高雷诺数气相流场.对经典后台阶气固两相流动进行模拟,气相和颗粒相速度分布与实验结果进行比较,发现考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型结果明显优于单向耦合结果.进一步研究不同惯性颗粒在流场中的弥散特性,小颗粒(St ～ O(0.1))对流体的跟随性较好,在流场中分布较为均匀;而St ～O(1)的颗粒难被流场涡卷吸进入涡内,呈现倾向性弥散现象;大颗粒(St ～ O(10))由于自身惯性进入流场涡,在流场中分布较为均匀.     

耦合传热下低温柱体温度均匀性的优化分析

通过数值模拟方法分析了一个由液氮屏环绕的圆柱体温度均匀性,液氮屏与圆柱体之间具有一定距离、且内部送风,通过对对流、导热及辐射传热耦合作用的圆柱体温度分布进行分析,确定了液氮屏长度、空间进出风口位置和进风速度对柱体温度分布的影响规律。模拟结果显示:在允许的空间内,液氮屏长度越长,圆柱体的平均温度越低,当L_2/L_1=2时,圆柱体温度均匀性提高63%;采用下进上出的方式,圆柱体的平均温度较低,温度均匀性最好,温度不均匀度σ在0.03℃左右;进风速度越大,温度均匀性越好。进风速度为1.7m/s时,圆柱体的平均温度为-194.6℃,温度均匀性最好,σ为0.02℃。     

冷藏车内部流场的数值研究

冷藏车厢内部的空气流场是冷藏运输和冷藏车设计与应用中的要点,因此以一台冷藏车为研究对象,建立了一个冷藏车内部气流组织特性的数学模型,分析了各种因素对内部气流的影响。该研究结果对促进中国冷藏汽车技术的发展有重要的意义。     

冷库预冷流动传热物理场分布研究

冷库预冷是传统的果蔬采后预冷方法,前人研究通过数值模拟使冷库预冷过程的流场和温度场可视化,本文进一步分析空气流速、局部平均空气龄、温度、熵产、(火用)损和(火积)耗散等物理场的分布特性,指出其间存在密切联系。塑料筐周围的空气流速和流向与内部的局部平均空气龄有关,并影响内部的传热速率。传热熵产率、传热(火用)损率和(火积)耗散率的分布特性及其变化趋势相似,局部高值与局部平均空气龄较低的区域均出现在塑料筐的表面。     

亚大气压六相交流电弧放电等离子体射流特性数值模拟

以临近空间高超声速飞行器和航天器再入大气环境飞行过程中其表面产生的高密度非平衡态等离子体为研究对象,基于本研究组所建立的多相交流电弧放电等离子体实验平台(MPX-2015),开展了非平衡态氩等离子体射流特性的二维数值模拟研究.在亚音速条件下二维、非平衡数值模拟所得到的计算结果与实验测量结果符合良好.超音速条件下的数值模拟结果表明,随着真空腔压强的降低,等离子体射流流速明显增大,覆盖钝体头部的等离子体鞘套的厚度先减小,而后又增加,鞘套的空间均匀性以及等离子体向钝体表面的总传热量均显著降低,而钝体头部的局部电子数密度则增大.数值模拟结果为在MPX-2015上开展超音速条件下的实验研究提供了理论指导.     

“绿色”液体激光介质的热流场特性研究

选取掺钕四氟化钆钠(Nd3+:NaGdF4)纳米晶分散到二甲基亚砜作为"绿色"液体介质,构建单侧抽运和液体横流系统,使用ANSYS软件对液体介质稳定热流场分布进行模拟分析。结果表明:当流道形状、流动状态、壁面相同时,液体流场分布基本相同,泵浦光的频率对流场分布影响很小;液体介质入口的流速会影响流线分布,流速越快,流线越密;泵浦区域中,介质沿着液体流动方向温度逐渐升高;在液体流向变化小的区域,可获得较为均匀的温度分布。     

超市集中供冷风陈列柜系统的开发及研究

在传统陈列柜的理论基础上设计了新的冷风柜及其供冷风系统,以集中供冷风的方式打破了传统的柜内循环送风的模式。实验研究了多台柜系统冷风分配的均匀性及柜内温度场的特性,并对比研究了冷风柜系统与传统制冷陈列柜系统的柜性能,实验结果表明了通过调节风量分配装置,多台并联柜具有较好的柜内风速分布,同时其柜内的温度分布均匀,达到了超市陈列柜的性能要求;另外,相对于传统陈列柜,冷风柜具有更好的融霜特性。     

射流等离子发生器实验与模拟

针对自主设计的等离子体发生器,通过实验分析了常压下等离子热射流形态的发展状况,并对常压下的空气放电特性进行了数值模拟,以等离子发生器为原型,将等离子电弧的电场、磁场、温度场以及速度场进行了直接耦合计算,得到了等离子体电弧的速度场和温度场的分布情况. 针对不同间隙对放电结果的影响进行了分析,结果表明,放电间隙由1.5 mm增大到3.5 mm时,热射流速度由41.5 m/s增大到62.4 m/s,温度由3 650 K降低到1 960 K. 当间隙过窄时,温度过高将会烧蚀电极,影响电极使用寿命.      

Lattice Boltzmann Simulation for Complex Flow in a Solar Wall

In this letter,we present a lattice Boltzmann simulation for complex flow in a solar wall system which includes porous media flow and heat transfer,specifically for solar energy utilization through an unglazed transpired solar air collector(UTC).Besides the lattice Boltzmann equation(LBE) for time evolution of particle distribution function for fluid field,we introduce an analogy,LBE for time evolution of distribution function for temperature.Both temperature fields of fluid(air) and solid(porous media) are modeled.We study the effects of fan velocity,solar radiation intensity,porosity,etc.on the thermal performance of the UTC.In general,our simulation results are in good agreement with what in literature.With the current system setting,both fan velocity and solar radiation intensity have significant effect on the thermal performance of the UTC.However,it is shown that the porosity has negligible effect on the heat collector indicating the current system setting might not be realistic.Further examinations of thermal performance in different UTC systems are ongoing.The results are expected to present in near future.     

跨流域高超声速绕流环境Boltzmann模型方程统一算法研究

如何准确可靠地模拟从外层空间高稀薄流到近地面连续流的航天器高超声速绕流环境与复杂流动变化机理是流体物理的前沿基础科学问题. 基于对Boltzmann方程碰撞积分的物理分析与可计算建模, 确立了可描述自由分子流到连续流区各流域不同马赫数复杂流动输运现象统一的Boltzmann模型速度分布函数方程, 发展了适于高、低不同马赫数绕流问题的离散速度坐标法和直接求解分子速度分布函数演化更新的气体动理论数值格式, 建立了模拟复杂飞行器跨流域高超声速飞行热环境绕流问题的气体动理论统一算法. 对稀薄流到连续流不同Knudsen数0.002 ≤Kn_∞ ≤1.618、不同马赫数下可重复使用卫星体再入过程(110–70 km)中高超声速绕流问题进行算法验证分析, 计算结果与典型文献的Monte Carlo直接模拟值及相关理论分析符合得较好. 研究揭示了飞行器跨流域不同高度高超声速复杂流动机理、绕流现象与气动力/热变化规律, 提出了一个通过数值求解介观Boltzmann模型方程, 可靠模拟高稀薄自由分子流到连续流跨流域高超声速气动力/热绕流特性统一算法.     

CPU散热器散热效果分析

对平直型散热器在顶送风和侧送风进行了数值模拟,结果表明顶送风温度场左右对称,而侧送风入口温度较低、出口温度较高,固体区域温度比侧送风时整体降低了10℃左右,强化了散热器散热。因此对于不均匀热源应在基板上尽量分开布置,功率密度前密后疏型布置可以有效降低基板温度。要根据流场和温度场的耦合关系来设计散热器的形状,充分利用流场。可以增加风扇风速或充分利用风扇出口处高速区域,来增加散热器的换热系数从而降低热阻。     

Predicted flow characteristics of a wire-nonparallel plate type electrohydrodynamic gas pump using the Finite Element Method

The aim of this paper is to numerically investigate the interaction between the electrostatic field and the fluid flow in a wire-nonparallel plate configuration of electrodes. The governing equations: Poisson equation for electric field, continuity equation for charge transport and the momentum equation for gas flow were solved using the Finite Element Method assuming a highly non-uniform mesh distribution. The main outcome of this study is the determination of velocity versus pressure characteristics of the pump, which provides useful information for predicting the pump performance and for control purposes. In addition, the efficiency and optimum geometric configuration are evaluated using this model. The numerical results show that a higher voltage leads to larger velocity and higher pressure, where the gas velocity is a linear, but pressure is a non-linear function of the supplied voltage. It was also found that there is an optimum wall angle for which the air volumetric flow rate from the outlet of the pump reaches the maximum value.