剪切力驱动下混合对流问题的介观模拟

本文采用能量守恒耗散粒子动力学(eDPD)方法研究了内含椭圆热源的封闭方腔内的对流换热问题。提出一种处理曲面边界和移动边界的新方法,模拟了剪切力驱动的混合对流换热问题以及椭圆热源被迫旋转引起的混合对流换热问题,分析了剪切力方向、理查森数Ri和椭圆被迫旋转对混合对流换热特性的影响,并且得到了不同条件下的流线图和等温线图。研究结果表明,横向剪切时Ri数对方腔内的传热影响并不显著而纵向剪切时Ri对方腔内的流动与传热的影响非常明显;椭圆热源被迫旋转给流场带来扰动,使等温线发生扭曲,但是整个流场的结构没有发生根本性的改变。     

微细多孔介质中对流换热研究

本文对空气、氦气和二氧化碳流过微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为40～225μm,通过单吹法的实验方法进行瞬态实验,得到了多孔介质内部对流换热系数。数值模拟了气体流过微细多孔结构内部的对流换热的非稳态过程,得到多孔介质内部对流换热系数。数值结果与实验结果基本一致,并与已有结果基本吻合。     

高Rayleigh数条件下竖圆环夹层内自然对流换热的实验研究

对内壁维持恒热流和外壁向环境冷却的大高宽比竖圆环夹层内自然对流换热进行了实验研究。实验装置高宽比分别为２３５和６６６７，半径比分别为２．０３和３．９２。实验数据整理考虑了热辐射影响以获得对流规律。由于已有工作均未考虑高Ｒａ数区域，首次得到Ｒａ数高达１０￣９的区域内平均Ｎｕ数的换热准则式。在低Ｒａ数区域，亦取得了与前人工作一致的结论。本文结果改进了高Ｒａ数区域换热规律的预测能力。     

有压差平板微通道内电渗流动换热的介观模拟

采用能量守恒的耗散粒子动力学方法(eDPD)对平行平板微通道内的电渗流动与换热问题进行了模拟,电势分布由Poisson-Boltzmann方程描述。获得了不同电动参数下的纯电渗速度及温度分布并分别与解析解及有限元方法对比以验证正确性及精度。进一步模拟了有压差驱动下纵向电场在壁面异质电势微通道内引起的电渗微混合与对流传热问题,研究结果表明纵向电场对通道内的流动与传热具有明显的影响,而压力梯度的增大会导致电渗作用被逐渐削弱。     

微细多孔介质中对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微细多孔介质内部的对流换热进行了实验研究。实验段为烧结多孔介质,颗粒的平均直径为0．2 mm。通过“单吹法”的实验方法进行瞬态实验,并用两种不同的数据处理方法得到了多孔介质内部对流换热系数。数据处理方法1利用局部非热平衡能量方程,结合实验数据,数值求得了多孔介质内部对流换热系数。方法2利用实验数据直接求得内部对流换热系数。研究表明:用数据处理方法1得到的多孔介质内部对流换热系与用方法2得到的结果相差在10％以内,与已有结果基本吻合。     

自然对流的LB方法模拟及其非线性特性

采用LB方法和QUICK差分方法模拟了方腔内竖直平板自然对流和底部加热方腔内自然对流换热问题.实现了LB方法对具有孤立体的封闭空间内耦合的流动和传热问题的数值模拟,所得数值结果与QUICK差分方法的数值结果及已有的烟可视化实验结果一致;两种方法对底部加热方腔内自然对流问题的预测结果均出现了静态分岔和动态分岔;根据底部加热方腔内自然对流换热数值结果给出的极限环型速度相图和功率谱表明,两种方法得到的数值结果的非线性特性一致.     

降压地面模拟技术中的临界压力研究

利用降压地面模拟技术,可以抑制自然对流的影响,从而通过地面试验结果还原空间密封舱内的流动换热情况.降压法的关键在于确定临界压力,使得自然对流对流动换热的影响刚好得到忽略.本文使用数值模拟方法确定临界压力比,以方腔密封舱内的流动换热情况为例,计算了不同 Gr/Re2 数和压力比下密封舱内的流动换热情况.得到了舱内气体温度分布和对流换热系数.通过比较空间情况和地面情况的计算结果,分析了自然对流给流动换热带来的影响,给出了判断临界压力的准则式,并给出了临界 Gr/Re2 数.     

不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。     

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。     

泡沫金属与板翅结构强化换热研究

本文对空气流过镍、铜材料泡沫金属结构和2种板翅结构的对流换热进行了实验研究.结果表明:在本文实验参数范围内,与空槽道相比,两种板翅结构分别使空气的对流换热系数增加了3～5倍和7～9倍;相同的实验条件下镍、铜材料的泡沫金属结构分别使空气的对流换热系数增加了9～11倍和10～12倍;与相近孔隙率的板翅结构相比,泡沫金属结构的流动阻力更大些.本文还对泡沫金属与板翅结构内的对流换热进行了数值模拟,得到较好的模拟结果.     

R134a管外强化沸腾实验数据处理新方法

在水平管外沸腾换热实验中,热流密度沿管长方向的变化幅度较大,采用Wilson方法所得到的管内对流换热系数偏高,而管外沸腾换热系数偏低.为解决这一问题,本文提出了一种新的数据处理方法-局部换热系数法,并采用这种方法对实验测定R134a在水平放置的机械加工强化表面沸腾传热管的实验数据进行分析和处理,得到了较合理的结果.     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

离子风强化平板对流传热的数值模拟

本文应用多物理场耦合计算软件COMSOL对离子风作用下强化平板对流换热的过程进行了数值模拟.研究了空气在高压电场下的对流换热现象,得到线-板电极模型相应的流场和温度场分布,并与文献中的实验结果进行了对比,验证了多物理场耦合数值方法的准确性。通过研究不同电压下传统风扇风冷、离子风和离子风与风扇共同作用下的对流换热系数变化规律,发现空气放电强化传热较传统方式有明显优势。还研究了不同极板距与板长比和不同板长情况下对流换热系数的变化规律.     

斜翅型冷凝强化换热管传热性能的实验研究

对一种斜翅型外翅片带内螺纹的冷凝强化换热管进行传热性能的实验研究。管外冷凝换热的制冷剂为R134a,管内对流换热的介质为水。分别在定热流密度与定水流速的条件下进行一系列工况的实验,得到相应的实验数据。在定热流密度条件下,利用Wilson图解法得到管内的换热系数数据及相应的计算关联式。在定水流速的条件下,利用分离方法得到管外冷凝换热系数数据及相应的计算关联式。将强化管换热系数数据与光管换热系数的理论计算值进行了比较,结果表明:冷凝强化换热管管内对流换热的强化倍率为2.4,管外凝结换热系数随壁面过冷度的增加而增大,管外凝结换热的强化倍率为:1.78～3.92。     

三维紧致修正方法和圆筒内自然对流数值模拟

本文发展了差分法求解流动与换热问题的三维非均分网格7点紧致格式,并利用延迟修正方法将其与SIMPLE算法相结合形成了一种三维紧致修正方法。利用所发展的紧致修正方法对圆筒内同心开缝圆筒的三维自然对流与换热问题进行了数值模拟,所获得的数值结果与实验结果一致。采用Richardson方法证实所发展的三维紧致修正方法大约具有4阶精度。进一步的数值计算表明,在特征参数Ra数大于一定值时,由圆筒内同心开缝圆筒的三维自然对流问题简化的二维模型数值结果与实验结果逐渐加大,用三维模型才能得到比较可靠的结果。     

深低温球内伪稳态自然对流换热研究

基于CFD仿真软件FLUENT,建立了封闭球形容腔内氦气关键物性参数随温度变化的深低温自然对流仿真模型。利用该模型对封闭球形容腔内20～100 K温度下不同瑞利数(10~8Ra10~(11))伪稳态自然对流换热进行了数值模拟,得到了速度场分布、温度场分布和努塞尔数(Nu).开展了液氢温区球形封闭容腔内氦气伪稳态自然对流换热试验。通过与试验数据的对比分析,验证了本文所提出的深低温自然对流模型的有效性。利用最小二乘法,获得了深低温球形容腔内氦气自然对流换热准则数方程。     

缝隙度对封闭圆内开缝圆环自然对流换热的影响

本文用差分法对封闭圆内不同缝隙度的开缝圆环自然对流换热进行了数值模拟,结果表明,R_a=1.3×10~5时,在不同缝隙度下存在双环流和叁环流两种流型,并且随缝隙度的改变总散热量存在一个峰值。     

多孔介质中超临界C O2对流换热数值模拟

本文对超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热进行了数值模拟研究.结果表明,超临界条件下二氧化碳剧烈的变物性对多孔介质中的对流换热会产生很大影响;局部热平衡条件下对流换热系数的数值计算值比局部非热平衡条件下的计算结果大;对流换热系数随着颗粒直径的增大而增大.     

航天器密封舱微重力对流换热的数值分析

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。     

热复杂边界条件三维热应力场数值模拟研究

本文以制动盘为研究对象,基于三维对称有限元模型,运用顺序耦合数值模拟方法对制动盘制动过程传热与受力进行了探讨,分析了在热流密度、对流换热系数、辐射换热系数与时间相关的复杂的二、三类边界条件下,温度场与应力场的瞬时变化。研究结果表明,数值模拟结果与实验结果吻合程度高,证明了采用数值模拟方法对具有复杂边界条件的对象进行热应力研究与预测的可行性,同时为其他领域的传热与应力研究提供了理论依据。