超临界CO2在垂直圆管内对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在垂直圆管(Din=2mm)内在高进口雷诺数和低进口雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究,以研究变物性、浮升力和热加速对流动和换热的影响.实验结果发现,在低进口雷诺数情况下,向上流动中管子入口处出现了局部壁面温度下降,而在向下流动中未观察到此类现象;在高进口雷诺数情况下,向上流动中壁面温度发生了异常分布,这主要是因为向上流动中浮升力使得湍流发生了层流化现象,而在向下流动中未观察到此类现象.     

旋转活塞发动机缸体壁面瞬态温度的测定和分析

一、引言 内燃机燃烧室的内壁由于同温度周期性变化的燃气相接触,也呈现着周期性的温度变化。但是壁面的温度振幅要比燃气温度振幅小得多,并且同换热系数α_g有关,α_g越大,壁温振幅也越大。 对于往复式内燃机,已有一些作者应用薄膜热电偶测定了壁面的瞬态温度,但对于旋转活塞发动机(简称转子机),尚未见于文献报道。在本文中,     

非对称纳米通道内流体流动与传热的分子动力学

采用分子动力学方法研究了流体在非对称浸润性粗糙纳米通道内的流动与传热过程,分析了两侧壁面浸润性不对称对流体速度滑移和温度阶跃的影响,以及非对称浸润性组合对流体内部热量传递的影响.研究结果表明,纳米通道主流区域的流体速度在外力作用下呈抛物线分布,但是纳米通道上下壁面浸润性不对称导致速度分布不呈中心对称,同时通道壁面的纳米结构也会限制流体的流动.流体在流动过程中产生黏性耗散,使流体温度升高.增强冷壁面的疏水性对近热壁面区域的流体速度几乎没有影响,滑移速度和滑移长度基本不变,始终为锁定边界,但是会导致近冷壁面区域的流体速度逐渐增大,对应的滑移速度和滑移长度随之增大.此时,近冷壁面区域的流体温度逐渐超过近热壁面区域的流体温度,流体出现反转温度分布,流体内部热流逆向传递.随着两侧壁面浸润性不对称程度增加,流体反转温度分布更加明显.     

液相工质中热声效应数值模拟研究

基于求解可压缩流体的N-S方程,分别计算水及R134a两种液相工质在二维空间内的热声波产生及传递过程,分析初始压力及左侧壁温阶跃值对两种工质热声压力波产生的幅值及波传递到右边界后与壁面的热流交换影响情况。结果表明,初始压力对两种工质热声波产生的幅值及与向右边界换热的热流影响不大;压力幅值及右边界传热热流强度随左侧壁温度阶跃值增大而增大;在相同边界条件下,R134a可以产生更大幅值的压力波,并且与右边界换热的热流较大。     

锯齿型通道流动与换热的自维持振荡实验研究

本文对锯齿型通道内流动与换热的自维持振荡特性进行了实验研究。从可视化实验中观察到,Re300时,流场随时间几乎没有明显的变化;Re300,流动出现了明显的回流现象,且随着Re数增大,回流形成的涡增大,流动产生的涡的位置随时间呈有规律的周期性变化;在恒热流边界条件下,通道上、下壁面温度沿流动方向的变化与数值模拟所得到的Nu数、壁温的变化规律一致。     

竖直细圆管中超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验。通过实验发现,质量流量、进口温度对壁面温度分布以及压降有很大影响;并讨论了换热发生增强和恶化的原因;用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。并基于FLUENT软件进行了数值计算,与实验结果进行比较,分析表明,数值计算预测壁面温度分布和压降有一定的适用性。     

倾斜波动壁面上液膜表面波演化特性的影响

对倾斜波动壁面上流体表面波的演化规律进行了研究. 考虑壁面形状为正弦波动壁面的情况, 分析液膜流动的线性稳定性, 并研究不同倾斜角度下扰动波波形随时间的演化情况及流经不同壁面形状时扰动波的波形变化. 对整体的波形结构分析可知, 随着时间的演化, 扰动波的演化过程呈现为更大波长的近周期变化规律, 与平板上的流动结构对比发现波动情况变得更加复杂; 当液膜流经波动壁面时, 扰动波在空间上不再呈现规律性变化, 且随着壁面倾斜角度的增加, 扰动波的振幅逐渐增加; 在相同的壁面倾角下, 波动壁面上的扰动波振幅大于平板壁面的扰动情况, 且波形扭曲程度更明显; 随着Re的增加, 扰动波振幅逐渐增加, 其对应波形的扭曲程度加深, 且随着壁面振幅的增加, 静态波振幅及扰动波振幅均随之增加, 对应的行进波周期不变. 最后, 分析了壁面倾斜角度对流动稳定性的影响.     

非稳态流动对管内湍流换热的增强机理

通过对非稳态管内湍流流动及换热的数值模拟,发现决定非稳态信号强弱的因素对换热效果的影响不同。频率因素的影响非常有限,而振幅因素的影响在无量纲幅值小于1的情况下也不明显,但是当无量纲幅值大于1时,管内流动的换热强化非常显著,同时管内流动的阻力系数也有显著增加。由于幅值大于1带来的流动反向导致管道内的流动剧烈振荡,靠近壁面处的速度梯度在短期内发生大幅度改变并降低壁温,从而导致换热效果的显著增强。     

封闭小通道内液态碱金属热驱动换热实验研究

本文选用钠钾合金工质来研究封闭循环小通道内液态碱金属的热驱动换热性能.主要研究了热驱动现象产生的条件,冷热端壁面温度分布特性及浮力数Bu、旋转雷诺数Reω对热驱动换热强度的影响.研究发现,热驱动现象出现在旋转莱利数Raω大于等于6.88x 106时;在研究参数范围内,换热增强因子随Reω和Bu增加,都呈线性增大趋势,实验验证了二者是影响热驱动换热的主要因素.     

壁面换热和压力梯度条件下边界层演化的LES研究

本文采用大涡模拟(LES)方法对壁面换热边界条件下有压力梯度的分离边界层流动问题进行了数值模拟研究,对不同壁面热边界条件下分离边界层进行了统计特性及瞬态流场分析.结果表明:与绝热壁面条件相比,等温冷壁面条件(0.8倍来流总温)下附着边界层内的速度剖面比绝热壁面更加饱满,边界层形状因子降低、分离泡也被显著抑制,其时均分离泡尺寸无论是在流向还是法向均更小;等温冷壁面条件下分离剪切层展向涡脱落的位置提前,展向涡卷起的频率降低,分离剪切层内相干结构尺度整体减小,促使分离边界层转捩加速和再附位置前移。     

热声波数值模拟的虚假振荡研究

采用可压缩流动的SIMPLE算法对一维封闭空腔内由边界突然加热所引起的非稳态热声波进行了数值模拟,对流-扩散项采用了中心差分、一阶迎风差分、QUICK、及MIJSCL等不同格式。计算表明各种格式均存在不同程度的虚假振荡现象,其大小与热声波的强度及离散格式的形式等多种因素有关。这些结果对热声波的进一步研究及高效可靠的对流差分格式的开发具有重要意义。     

Influence of stack geometry and resonator length on the performance of thermoacoustic engine

Thermoacoustic engines convert heat energy into high amplitude sound waves, which is used to drive thermoacoustic refrigerator or pulse tube cryocoolers by replacing the mechanical pistons such as compressors. The increasing interest in thermoacoustic technology is of its potentiality of no exotic materials, low cost and high reliability compared to vapor compression refrigeration systems. The experimental setup has been built based on the linear thermoacoustic model and some simple design parameters. The engines produce acoustic energy at the temperature difference of 325–450 K imposed along the stack of the system. This work illustrates the influence of stack parameters such as plate thickness (PT) and plate spacing (PS) with resonator length on the performance of thermoacoustic engine, which are measured in terms of onset temperature difference, resonance frequency and pressure amplitude using air as a working fluid. The results obtained from the experiments are in good agreement with the theoretical results from DeltaEc.     

驻波型热声发动机的数值模拟

通过对驻波发动机热声边界条件的分析 ,给出了一种用“打靶法”进行迭代运算的循环模式 ,从而避开繁重的矩阵运算 ,计算效率得到有效地提高。最后以一个实例证明本方法计算结果与实验吻合较好。     

热声制冷机声场中非线性效应

热声制冷的基本原理是热声效应,但热声效应一般只在高声强下发生,随之将产生强烈的非线性效应.本文在自行研制的热声制冷机试验台上,研究了板叠对声场非线性的影响以及非线性对热声系统性能的影响.结果表明,板叠的存在使得声波明显衰减,压比约减小5%,并且各次谐波的幅值和增长速率较无板叠时均有所降低;非线性效应限制了基波的增长,导致了高次谐波产生,且基波和高次谐波的增长均有发展为饱和的趋势.板叠的存在产生明显的声制冷效果,制冷温度随驱动功率增大先增加后减小.在50 W时达到最低温度5.1℃.     

An aeroacoustically driven thermoacoustic heat pump

The mean flow of gas in a pipe past a cavity can excite the resonant acoustic modes of the cavity--much like blowing across the top of a bottle. The periodic shedding of vortices from the leading edge of the mouth of the cavity feeds energy into the acoustic modes which, in turn, affect the shedding of the next vortex. This so-called aeroacoustic whistle can excite very high amplitude acoustic standing waves within a cavity defined by coaxial side branches closed at their ends. The amplitude of these standing waves can easily be 20% of the ambient pressure at optimal gas flow rates and ambient pressures within the main pipe. A standing wave thermoacoustic heat pump is a device which utilizes the in-phase pressure and displacement oscillations to pump heat across a porous medium thereby establishing, or maintaining, a temperature gradient. Experimental results of a combined system of aeroacoustic sound source and a simple thermoacoustic stack will be presented.     

多段式回热器的斯特林热声发动机CFD仿真

热声回热器的温度梯度使得轴向气体存在不同粘性,因此单一水力直径的丝网会引起回热器的直流损失。为了减小该损失,文中提出了多段式回热器结构,建立了适用于大振幅下斯特林热声发动机的三维CFD计算模型。计算结果验证了多段式回热器能有效提高热声发动机的整机性能。该研究有助于增加对回热器的进一步认识和理解。     

Nonlinear saturation of the thermoacoustic instability

A weakly nonlinear theory of the thermoacoustic instability in gas-filled tubes is developed in the time domain by exploiting the difference between the instability time scale and the period of standing waves. By carrying the expansion to fourth order in the perturbation parameter, explicit results for the initial growth, nonlinear evolution, and final saturation are obtained. The dependence of the saturation amplitude upon the temperature difference in the stack, the tube geometry, stack plate spacing, Prandtl number, and other parameters is illustrated.     

Numerical investigations of flow and energy fields near a thermoacoustic couple

The flow field and the energy transport near thermoacoustic couples are simulated using a 2D full Navier-Stokes solver. The thermoacoustic couple plate is maintained at a constant temperature; plate lengths, which are "short" and "long" compared with the particle displacement lengths of the acoustic standing waves, are tested. Also investigated are the effects of plate spacing and the amplitude of the standing wave. Results are examined in the form of energy vectors, particle paths, and overall entropy generation rates. These show that a net heat-pumping effect appears only near the edges of thermoacoustic couple plates, within about a particle displacement distance from the ends. A heat-pumping effect can be seen even on the shortest plates tested when the plate spacing exceeds the thermal penetration depth. It is observed that energy dissipation near the plate increases quadratically as the plate spacing is reduced. The results also indicate that there may be a larger scale vortical motion outside the plates which disappears as the plate spacing is reduced.     

同轴型行波热声热机的实验研究

自行设计搭建了国际首台同轴型行波热声热机的实验装置 ,以氮气为工质 ,获得频率为1 3 7Hz的谐振声波。回热器热端温度达到 2 0 0℃左右时 ,热声热机开始起振 ,平均振幅 0 .1 4bar     

热声谐振管的实验研究

本文主要介绍作者热声谐振管研制方面的工作，作者成功地研制了热声谐振实验装置系统。