汽车尾气催化转化器内的对流换热

为了建立汽车尾气催化转化器冷启动过程温度场变化的数学模型,必须正确地选取对流换热系数关联式。本文选用三个典型的对流换热系数关联式,对无化学反应条件下催化剂载体的温升过程分别进行了数值模拟。同时建立实验台,测量不同工况下载体温升过程中温度场的变化。数值模拟与实验结果的对比表明,在催化转化器冷启动过程的不同阶段,应使用不同的对流换热系数关联式进行描述。     

环境温度与对流换热系数对电池散热性能的影响研究

为提高动力电池散热能力,优化工作性能,本文采用数值模拟方法,分析环境温度、对流换热系数对填充相变材料动力电池散热效果的影响,并对比分析导热系数为0. 21 W/(m·℃)的纯石蜡和导热系数为16. 6 W/(m·℃)的复合相变材料散热性能。结果表明,环境温度升高,电池温升速率加快,相变材料相变时间点提前,相变时间缩短,电池冷却效果变差;对流换热系数增加5 W/m~2,相变材料相变时间延长2 000 s,电池温升推迟,但当电池持续工作、相变材料完全融化时,电池温度不再受控制,这说明单一的相变冷却已不能满足电池散热要求,须外加空气冷却、液体冷却辅助散热。     

聚合物电致发光二极管面光源的热分析

针对聚合物电致发光二极管(PLED)面光源的结构特点,建立了PLED面光源正负极双通道的散热模型.采用有限元分析软件对PLED面光源在光强为1000 cd/m2时的热特性进行模拟,获得其在自然对流和强制对流下的温度场分布图,从仿真结果知PLED器件的最高温度TH均处于PFO-BT发光层,分别为43.934℃和26.23...     

液冷辅助热管动力电池热管理性能研究

电池的冷却系统是电动汽车电池发展的重要研究课题。基于夹层结构的热管冷却系统来测量锂电池在25℃环境温度和3C放电倍率下的表面温度。文章分析了自然对流、热管和液冷辅助热管冷却方式,通过对比锂电池表面T_max来比较冷却系统的性能,与自然冷却相比,热管和液冷辅助热管冷却系统的最高电池温度分别降低了8.21%和30.09%,实验结果表明液冷辅助热管的冷却系统在较高热负荷下是有效的。20、30和40 L/h的水流循环能够将T_max平均减少31.74%,实验结果表明该冷却系统的冷却性能会分别随着冷却液流量的加快和冷却液温度的降低而提高。     

LED板状肋片散热器性能的方向效应

为考察装配板状肋片散热器的多角度照射型LED灯的自然对流散热性能的方向效应，以一款LED投光灯的关键散热结构为研究对象，采用实验测量法验证数值模拟的计算精度，并将数值模拟的温度和流体数据用于分析3种驱动电流和7个出光倾角下最大温升和温度均匀性的散热机制。结果表明：不同倾角下的散热器肋间风道内的流速分布的较大差异，是导致最大温升和温度均匀性变化的根本原因；最高温度点的上、下游流速的差值可用于定量解释温度均匀性的变化规律。不同倾角下肋片间距对最大温升的影响趋势表明：最佳间距附近的散热器性能对倾角的敏感度最高，散热能力的方向效应不容忽视。     

液冷薄片构型激光器及其热管理技术

为了解决增益介质的热效应问题,提出了一种浸没式构型液冷激光器方案,该构型激光器在10Hz重复抽运频率下,获得了615mJ的能量输出,光光转换效率为21%,斜率效率为23%.基于流体力学和热力学原理,建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型,利用软件模拟和有限元分析法,研究了在不同流速、泵浦功率条件下,整个增益区的温度场、速度场的分布特性;并基于增益区温度场的分布,分析了液冷条件下通过增益区的激光波前畸变特性.结果表明,增益介质的最大光程差为0.7666λ,冷却液最大光程差为-4.7331λ,说明该构型激光器有着良好的热管理性能.     

太阳能制氢腔式吸热器混合对流的数值模拟研究

混合对流热损失是影响太阳能与生物质超临界水气化耦合制氢腔式吸热器热效率的关键因素之一。本文以动力工程多相流实验室建成的生物质超临界水与太阳能聚集供热耦合制氢腔式吸热器为研究对象,对腔式吸热器混合对流换热进行了数值模拟研究。通过使用RNGkε湍流模型,研究了制氢吸热器在外界风吹掠环境下的混合对流热损失,获得了腔式吸热器在不同风速、风向吹掠下的混合对流换热准则Nusselt数。模拟结果表明,侧向风与侧迎向风对腔内对流热损失影响最大,当风速超过某一数值(Richardson数>1),外界风诱发的强制对流会在对流热损失中占主导作用,且随着风速增加,混合对流热损失随Re提高而增大。     

高重复频率水冷Nd:YAG激活镜放大器的温度特性

为解决高重复频率大能量激光放大器的热管理问题,采用数值模拟与实验分析的方法,对背面水冷Nd:YAG激活镜放大器的流体散热进行了研究.基于低雷诺数k-ε湍流模型,建立了流-固共轭传热多物理场藕合分析模型,对比分析了近壁面处理方法对流体流动、对流扩散和热传导过程及温度分布的影响,分析研究了不同冷却液流量和泵浦参数对流场特性、激光介质温度和波前分布的影响.数值模拟表明:激光介质的温度分布与固液边界层内的黏性作用密切相关,且冷却液的热扩散主要发生在100μm范围内;激光介质的热沉积分布中心对称,而温度分布沿水流方向不对称,最大温升位于出水口端且基本保持不变;增益介质前表面的温度分布与介质的波前分布随冷却液流量非线性变化,而随泵浦参数线性变化;实验结果与数值模拟符合较好.     

弧线管传热与污垢性能的实验研究

本研究先进行了弧线管的传热性能实验,得出了弧线管管内强制对流换热关联式。以硬度 800 mg/L的人工硬水作为工质,在流速 0.20 m/s,管外水浴温度 80℃和相同管内工质入口温度的条件下,进行了弧线管及其对应光管管内污垢的对比实验。结果表明,弧线管有良好的传热与阻垢两方面的综合性能。     

通道内空气热磁对流的协同分析

为研究通道内空气热磁对流的流动规律,用数值模拟方法,研究了磁场作用下二维模型水平通道内的流动换热过程,获得了通道内的磁通密度分布和空气温度轴向分布,在此基础上,建立了一维通道内空气热磁对流的数学模型,就温度场和磁场的相对关系对水通道内热磁对流过程的影响进行了数值计算,获得了通道内不同温度场、磁场以及其不同相对位置下的通道空气流量,并讨论了磁极形状对空气流量及其变化的影响。     

空气与高温烧结水泥颗粒球间气固换热规律研究

本文对空气与高温烧结水泥颗粒的气固换热规律进行了非稳态实验研究和数值模拟。通过实验分析了空气速度、颗粒初始温度、颗粒大小对对流换热系数的影响,水泥颗粒直径为8.88 cm和5.94 cm,水泥颗粒初始温度约为500℃和700℃,空气速度范围1～4 m/s,得到了实验范围内空气绕流烧结水泥颗粒的对流换热经验关联式。结果表明:高温烧结水泥颗粒冷却过程中辐射换热热流密度与对流换热热流密度相当,不可忽略;实验所得准则数Nu_f与Re_d的指数关系为0.5。对直径为8.88 cm的水泥颗粒对应的试验工况进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合较好,误差在20%以内。     

温度敏感型磁流体热磁对流特性研究

建立了描述外磁场作用下温度敏感型磁流体热磁对流特性的数学模型,数值模拟了回路中热磁对流的流动与传热特性.搭建了磁流体热磁对流回路装置,采用粒子示踪测速技术(PIV)测量了磁流体的流速,用热电偶测量了磁流体的温度分布.通过实验值和数值模拟结果,分析了不同磁场大小、不同热负荷,以及不同冷却温度下回路的运行特性.     

二极管激光器阵列微通道冷却实验研究

针对某二极管激光器阵列现有冷却器的实际问题,设计并制作了一种铜基液冷微通道冷却器.采用细密的短微通道来代替原来较宽的长通道,大幅度提高了有限空间内的对流换热面积,并可充分利用入口效应来增强换热,从而在保持较低流动阻力、较高流体流量和较低流体温升的前提下,显著提高了冷却器整体冷却能力,并改善了冷却器与热源器件界面上的温度分布均匀性.在本实验最大流量G=70 mL/s情况下,微通道部分的压降只有10.3 kPa;当冷却器与热源器件界面上的平均温升为25.7 K时,冷却器的散热能力可达730 W,相当于128.5 W/cm2的界面热流密度.实验结果还验证了Shah和London提出的表观阻力系数关联式、用于预测平均努谢尔数的Sieder-Tate关联式以及Shah&London关联式.     

封闭方腔热磁对流强化换热的实验研究

自然对流是由非保守体积力驱动的流体流动,这种体积力可以是重力、离心力以及电磁场力等;通过外加梯度磁场来影响流体的流动,产生强化换热效果的方法是一种新型的强化技术．本文利用永磁体产生0．3 g左右的加速度,采用马赫干涉仪对封闭方腔内空气的热磁对流的强化换热现象进行了实验研究,得到了温度场的干涉图像,并与理论模拟结果进行了比较,发现磁场对空气的自然对流换热有一定的强化作用．     

扁平管外蛇形翅片空间的流动换热性能数值模拟

扁平管外纤焊蛇形翅片是直接空冷凝汽器翅片管的一种常见形式,研究扁平管外蛇行翅片空间的空气流速和温度分布规律,对指导直接空冷凝汽器的设计和运行具有重要意义.针对不同空冷凝汽器管束夹角、不同空气温度以及不同空气入口流速,分别对空气侧流场和温度场进行了数值模拟,得到了空冷器外流场和温度场,以及对流换热Nu和摩擦系数f随Re和空冷器夹角的变化规律.数值模拟结果表明,不同的空冷器管束夹角显著影响其流动和换热特性,夹角越大,凝汽器空冷效果越好.     

自然对流情形下激光辐照液体贮箱的机理

利用激光辐照靶目标时,被辐照部位可能是液体贮箱。通过实验测量与数值模拟的紧密结合,揭示了液体处于自然对流状态时激光辐照下贮箱侧壁温升及液体速度场的演化规律。结果表明:激光辐照初期,铝板中心温升率较高;随着壁面附近液体温度的升高,光斑附近速度边界层内的最大流速增大,传热强度亦增大,导致铝板温升率降低;当铝板吸收的激光能量能够基本被水的对流带走时,铝板中心的温升率趋于零。     

湍动发生器内流场数值模拟及结构优化分析

对流浆箱内整流元件─湍动发生器进行了基于二相流动的数值模拟.主要是针对阶扩型和渐扩型两种湍动发生器结构形式,通过改变入口流速和湍动发生器结构参数进行了多种情况下的数值模拟计算.探讨了这些因素对湍动发生器的湍动发生性能影响,其结果对湍动发生器的结构优化具有较好的指导意义.     

自然对流对横纹管内湍流对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下横纹管内的流动传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,横纹管内下侧Nu数大于上侧Nu数,随着Re数的增加,管内下侧Nu数与上侧Nu数的差值逐渐减小。考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数与不考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数基本相等。强制对流的Re数越低,自然对流对横纹管单侧传热影响越明显。横纹管槽宽越小,槽深越深,自然对流对单侧传热影响相对越小。通过非线性拟合,分别得出横纹管内下侧传热Nudown/Nuave-b、上侧传热Nuup/Nuave-b与浮升力参数Bo的关联式。     

强制对流和自然对流作用下枝晶生长的数值模拟

建立了一个基于格子玻尔兹曼方法 （LBM） 的二维模型,对强制对流和自然对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行了模拟研究. 与传统的基于求解Navier-Stokes方程计算流场的方法不同,本模型采用基于分子动理论的LBM对凝固过程中的传输现象进行数值计算. 用三组粒子分布函数分别建立了计算流场、由对流和扩散所控制的浓度场和温度场的LBM演化方程. 通过求解LBM演化方程获得固/液界面前沿的浓度和温度分布. 然后,基于溶质平衡方法计算了枝晶生长的驱动力. 为了对模型进行验证,将模拟在强制和自然对流作用下枝晶上游尖端的稳态生长特征分别与Oseen-Ivantsov 解析解和修正的Lipton-Glicksman-Kurz 模型预测结果进行了比较, 模拟结果和理论预测结果符合良好. 模拟结果还表明,对流使热量和溶质从上游传输到下游,从而加速了枝晶在上游方向的生长,而抑制了下游方向的生长,形成了非对称的枝晶形貌. 关键词： 微观组织模拟 枝晶生长 对流 格子玻尔兹曼方法     

变工况下缩放型流道涡轮动叶中激波对吸力面气膜冷却的影响

为了研究涡轮缩放型流道动叶中尾缘燕尾型激波与叶片吸力面相互作用对气膜冷却的影响,本文对不同转速和不同吹风比下无导叶对转涡轮高压动叶吸力面上激波与二次流对冷却流动及壁面静温的影响进行了数值研究。冷却孔位于高压动叶吸力面约30%轴向弦长处,沿叶高均布。共模拟了三种转速(高压动叶),分别为5460r/min、6970r/min和7800r/min;在每个转速下分别模拟了两种不同冷却气流进口速度,分别为10m/s和20m/s。从模拟结果可见,高压动叶吸力面上静温过激波作用位置后会有明显的上升,且在不同工况和不同冷却条件下静温升的大小存在差异。在高压动叶吸力面两端,冷却效果下降明显,二次流成为影响气膜冷却的主导因素,尤其是在叶片顶部。