卧式低温液体贮罐电加热增压排放数值模拟

针对卧式液氧贮罐电加热排放过程,对其内部的物理场进行了数值模拟,分析了流体的流动对温度分层的影响以及温度分层现象的成因。研究结果表明,在电加热增压排放过程中,贮罐内部在竖直方向上存在明显的温度分层现象,大体上呈现出了平缓的递增趋势,但是由于加热壁面的扰动及冷热流体之间的换热影响,中间区域出现了比较大的梯度分布,导致了贮罐内部压力的上升。在浮升力的驱动下,贮罐内壁和加热壁面之间的液氧呈现出了近似于封闭腔内自然对流的流动状态,并且随着排放的进行,加热壁面和贮罐内壁之间的漩涡会进一步分裂成更小更复杂的漩涡,呈现出复杂的流动状态。     

“稳态对比法”测量不良导体的导热系数

以稳态法的实验装置为基础,通过调节加热源的电压保证待测样品及标样的散热盘的散热温度(电压)相同,记下加热盘和散热盘的温度(电压),根据傅里叶导热方程,以及标准样品的导热系数直接获得待测样品的导热系数.该方法避免了传统方法因散热盘散热过程的理论处理及数据读取引入的误差.     

等离子体反应器中传热与流动的三维数值模拟

本文采用我们新发展的三维计算机程序,对有载气和颗粒从单个喷孔侧向喷射的等离子体反应器中的传热与流动以及颗粒的运动轨迹与加热历程进行了三维数值模拟,并与相应的二维数值模拟结果进行了比较。模拟结果表明侧向喷入的载气所引起的三维流动效应相当明显,不同的颗粒在反应器内的运动轨迹与加热历程也有明显差别。     

高速气流中激光加热平板数值模拟与分析

 采用流固耦合方法,数值模拟了高速流场中激光作用下来流速度对平板温度分布的影响。结果表明:无激光辐照时,高速气流中平板有较高的气动生热平衡温度,且平板-气流之间的换热系数随来流速度增大而增大;在平板前沿换热系数增长最快,沿平板长度方向增速趋于平缓。分析了激光辐照时高速气流中激光加热平板的温度分布情况,考察了来流速度不同时,气动生热、散热和激光辐照对平板温度的影响,给出了激光辐照后的温升情况和温度分布,分析了在不同速度来流下,对流散热、摩擦生热和激光加热之间的竞争关系,结果表明,平板温度具体分布主要是加热过程竞争的结果。     

CFD在换热器局部结构优化设计的应用

本文利用CFD模拟手段对电加热水箱换热器流动传热特性进行三维数值计算,通过对流场和温度场的分析,改进原设计中不利于热量传递的结构特征.在保证水箱基本结构尺寸不变的前提下,对箱体内两块折流板的位置及其几何形状进行多种结构模型的数值模拟和比较分析,实现了基于CFD数值模拟结果进行换热器局部结构优化设计的工程应用.     

水平细长通道中的流动沸腾实验研究

本文主要研究了去离子水在截面为矩形(1 mm×2 mm)的水平长直细通道中的流动沸腾,实验中采用了可视化手段观察通道中的各种流型的演变。实验采用均匀加热和模拟逆流加热两种手段对通道进行加热,并对不同工况下两者的沿程局部换热系数进行了分析对比分析.两者的局部换热系数都逐渐增加,模拟逆流加热条件下的换热系数曲线增势较陡,干涸流的出现会导致换热系数降低.同时,实验中观察到了6种流型,并对流型的分布做了介绍。     

薄膜沿均匀加热平板下落的直接数值模拟

采用拉格朗日有限元法(FEM),对均匀加热下落薄膜进行了直接数值模拟.在线性阶段,由数值结果得到的空间增长率与线性稳定性理论的结果是一致的.在非线性阶段,对于4种不同的小扰动频率,薄膜流动最终分别发展为饱和周期波、准周期波、多峰波状结构以及弧立波(solitary hump).表明该数值模拟方法有着相当高的精度.     

大功率AlGaInP红光LED散热基板热分析

采用有限体积数值模拟、瞬态热阻测试方法以及热沉温度一峰值波长变化的关系,对三种散热基板上大功率AIGaInP红光发光二极管(LED)进行热特性分析.三种LED采用相同型号、规格,散热基板,区别在于散热通道以及材料.测量样品的瞬态温度响应曲线,基于结构函数理论模型对温度响应曲线进行数学处理,得出包含热阻与热容的结构函数,区分出样品内部热流通道上各个区域的热阻与热容,进而发现散热瓶颈区域.测试样品在不同热沉温度下的电致发光光谱,通过热沉温度一峰值波长系数为区别样品散热性能提供定性判断依据.通过模拟与测试结果比较,为优化陶瓷基板内部散热结构,设计最佳的散热模型提供重要参考依据.     

阿尔法磁谱仪配电系统的热控系统设计及实验研究

本文以阿尔法磁谱仪中的配电系统为研究对象,阐述了利用热管解决配电系统局部温度过高的热控问题。通过数值模拟,采用体点散热问题的仿生优化方法,获得了高导热性的热管在母板中的人工构造,构建了一种有效的热控系统。数值模拟和实验结果对比验证了数值模拟模型的可靠性和仿生优化方法的可行性,也说明了热管在均温和传热方面的优良作用。     

脉冲管制冷机动态特性数值计算研究

针对脉冲管制冷机内部交变流动及多孔介质蓄冷机的特点建立了数值计算模型,采用改进的数值模拟方法对脉冲管制冷机内部气流的交变流动、换热以及制冷过程进行了详尽的数值研究,得到了脉冲管制冷机内各参数的动态变化,分析了各动态参数变化对制冷机整机性能的影响,并从提高数值方程的计算精度和收敛性方面给出了改进的数值模拟方法。模拟分析与实验结果符合良好。该模拟方法的特点从基本流动换热微分方程出发,尽可能多的考虑实际制冷机工作过程中的各种不可逆因素,包括实际气体的物性变化,各部件的流动阻力和传热损失。     

过渡区微尺度流动的有效黏性多松弛系数格子Boltzmann模拟

为提高采用二维九速离散速度模型的格子Boltzmann方法 (LBM)模拟微尺度流动中非线性现象的精度和效率,引入Dongari等提出的有效平均分子自由程对黏性进行修正(Dongari N,Zhang Y H,Reese J M2011 J.Fluids Eng.133 071101);并针对以往研究微尺度流动时采用边界处理格式含有离散误差的问题,采用多松弛系数格子Boltzmann方法结合二阶滑移边界条件,对微尺度Couette流动和周期性Poiseuille流动进行模拟,并将速度分布以及质量流量等模拟结果与直接模拟蒙特卡罗方法模拟数据、线性Boltzmann方程的数值解以及现有的LBM模型模拟结果进行对比.结果表明,相对于现有的LBM模型,引入新的修正函数所建立的有效黏性多松弛系数LBM模型有效提高了LBM模拟过渡区的微尺度流动中的非线性现象的能力.     

离心泵启动过程内部瞬态流动的二维数值模拟

为分析离心泵启动过程外部瞬态特性的内流机理,建立求解叶轮启动和加速过程泵内部非定常流动的数值模拟方法,以二维离心泵为模型进行启动过程内部流动的数值模拟研究.以绝对坐标系描述伞场流动,采用动网格方法实现离心泵启动过程中叶轮加速旋转引起的流场变形,选用人涡模拟(LES)描述湍流.分析了叶轮启动过程巾内部非定常流动结构和演化过程及其与外部瞬态特性的关系,并与准稳态假设下的流动模拟结果进行了对比分析,定性地分析了离心泵在启动过程中的瞬态效应,验证了采用动网格方法求解启动过程瞬态流动的可行性.     

离心泵瞬态操作条件下内部流动的数值模拟

为研究离心泵在瞬态操作条件下的内部非定常流动演化过程,分析外部瞬态特性的内流机理,采用滑移网格方法对快速启动过程中的离心泵内部流动进行数值模拟.建立了包含循环管路和泵在内的完整系统模型,分析了叶轮从静止到最高转速的瞬态过程的流动演化,比较了管路阻力特性对瞬态特性的影响,探讨了数值方法对求解三维瞬态流动的适应性.分析结果表明,基于非定常流动分析的瞬态外特性预测结果与实验结果能较好吻合,所采用的计算方法和得到的结果为瞬态操作条件下离心泵内部流动的诊断和优化建立基础.     

数值模拟两相汽蚀流动的新模型和算法

提出了数值模拟两相汽蚀流动现象的新汽蚀模型和算法.提出的汽蚀模型和算法耦合了考虑紊流粘性效应的Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,可以自动模拟空泡起始点、空泡长度和汽蚀空泡形状.在流场计算和界面修正的迭代计算过程中,跟踪并得到液相/气相界面.数值模拟了圆锥形圆柱体和半球形圆柱体在不同汽蚀系数下的汽蚀流动现象,得到了与实验值完全吻合的数值模拟结果,并且与已发表的数值研究结果进行了比较.计算结果表明提出的汽蚀模型和算法能够有效地模拟汽蚀流动中的气泡界面和气泡长度,汽蚀模型和算法的正确性和实用性得到了相应的验证.     

基于CFD/CSD的舵面控制气动弹性数值模拟方法

在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程, 发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程, 结构动力学采用线性模态叠加方法, 其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法, 对流通量采用计算HLLC格式, 非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中, 气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法, 气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现, 飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证, 结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.      

树脂基碳纤维复合材料各向异性导热系数研究

本文通过实验测试与数值预测结合研究了平纹、斜纹树脂基碳纤维复合材料的各向异性传热性能。实验方面,采用基于电加热膜加热的稳态"三明治"结构进行测试,得到了材料厚度与面内方向导热系数随温度的变化规律。模拟方面,观测复合材料内部微观结构,重构建立了代表性单胞模型,在三维方向分别模拟其一维稳态导热过程来预测材料不同方向的导热系数。研究结果表明,实验获得的树脂基碳纤维复合材料厚度与面内方向导热系数均随材料热面温度升高而近似线性增大,面内方向导热系数约为厚度方向的2.8倍,因密度相近,平纹、斜纹机织结构材料各主轴方向导热系数偏差小于10%。数值预测结果与实验结果基本符合,并对引起实验与数值结果偏差的来源进行分析。     

比值法液体比热容测量方案设计

在电热法测量液体比热容实验中,通常运用牛顿冷却定律进行系统散热的修正.基于对系统散热的计算和分析,本文提出通过两个不同的电加热过程的系统散热比值的方法来测量液体比热容.实验测试结果显示该测量方案可操作性强,精度高,适于在大学物理实验教学中普及和推广.     

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.     

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。     

氮氢电弧加热发动机气体流动特性分析

采用数值模拟的方法对低功率氮氢电弧加热发动机内的气体流动状况进行了分析研究,根据发动机内气体流动特性,确定了电弧加热发动机内的热边界层和流动边界层的定义方法,考察了主流区和边界内的能量转化过程。研究表明,在发动机约束通道内,电弧的热能主要在主流区转化为气体的热能,提升气体的焓值,而在发动机喷管扩张段的电弧贴附区域,电弧加热起到提升边界层内气体焓值和动能的作用.进一步的分析表明,缩小约束通道直径以及增加工作电流都有助于增加主流区气体对推力的贡献,从而提高发动机的性能。