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。     

5kW太阳模拟器与斯特林发动机吸热器的辐射换热特性研究

以设计的5 kW太阳模拟器为光源,加热斯特林发动机的吸热器.首先以蒙特卡洛光线追迹法确定太阳模拟器与斯特林发动机吸热器间辐射热流分布,然后将辐射热流分布的计算结果以边界条件形式传递给CFD模型,对吸热器的温度分布特性进行数值计算;吸热器壁面温度采用安捷伦数据采集仪及热电偶温度计进行测试,吸热器壁面温度数值模拟结果与实验...     

壁面热特性对超声速燃烧室热环境的影响

在分析燃烧室壁面的对流-辐射耦合换热特性基础上,考虑燃烧室热环境与冷却系统间的相互关系,提出了一种以燃烧室材料许用温度为约束的非均匀冷却壁面热特性设计方法.以某型超声速燃烧室为例,采用混合分数平衡化学反应和液滴离散相模型,计算分析了壁面热特性对燃烧室壁面热流构成、热环境及冷却系统热负荷的影响.结果表明,壁面热特性对超声速燃烧室热环境的影响值得重视,非均匀冷却壁面热特性设计能有效减少燃烧室热损失.     

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.     

螺旋管内超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm曲率为0.057的螺旋管内进行了超临界氮的对流换热实验,研究探讨了螺旋管入口温度、壁面热流密度对沿程壁面温度分布以及平均换热系数的影响,与前人关于螺旋管内常规流体流动换热的平均Nu的经验关系式进行了比较。并基于FLUENT软件进行了数值计算,并与实验结果进行了比较。分析表明,数值计算对壁面温度的预测有一定的适用性。     

三维燃烧介质和壁面温度的非接触联合重建研究

温度分布在线实时测量对于燃烧过程优化和污染物控制具有重要意义, 针对以往非接触三维温度分布重建过程的耗时性问题和忽略壁面辐射的不足, 本文提出了一种新的离散重建模型, 用于三维吸收、 发射和散射性高温燃烧介质以及壁面温度的快速联合非接触测量. 该模型以四个CCD(Charge Coupled Device) 为测量传感器, 通过构建辐射逆问题求解方程, 从CCD输出的辐射投影图像重建温度分布. 介质中不同投影方向内的辐射传递过程通过离散传递法来描述, 介质的散射和壁面反射则通过离散坐标法来近似. 离散后计算局部辐射强度的病态方程通过最小二乘余量法来求解, 论文对其计算速度进行了优化. 通过非对称温度分布测量算例分析了该模型的有效性, 讨论了测量噪音、 介质和壁面辐射特性对重建精度的影响, 并与其他方法对比分析了模型的重建速度. 计算结果表明本文提出的离散模型可以有效地用于大型高温燃烧介质和壁面温度分布的联合非接触测量. 即使在有噪声的情况下, 该模型也能获得准确的测量结果, 与其他计算方法相比, 采用改进的最小二乘余量法, 能有效地提高温度分布的重建计算速度.     

类Apollo返回舱外形肩部热流的数值影响因素分析

预测类Apollo返回舱外形在高焓来流下的气动热特性,研究网格Reynolds数、壁面温度、多种化学反应模型以及限制器对预测热流的影响.采用ESI-CFD-FASTRAN软件作为数值模拟平台,使用基于温度梯度及分子扩散效应的热流模型;空间离散采用Roe-FDS格式,时间推进采用点隐式;采用等温壁面条件.数值计算表明:（1）热流在返回舱头部驻点处达到一个极值,沿着壁面热流不断下降,经过返回舱肩部热流有突越上升;（2）满足网格Reynolds数小于10的网格获得的热流较为准确;（3）使用Gupta模型计算得到的热流与Park85模型得到的类似,但是获得的热流分布类似;（4）采用湍流模型获得的头部肩部热流结果与层流结果相同;（5）二阶minmod限制器实现了高阶格式,其计算得到的热流结果在肩部略高,但是整体分布略低于不带限制器的格式.因此,在计算中采用满足网格Reynolds数壁面网格,采用带限制器的高阶格式计算获得的热流分布更加准确;由于头部热流主要贡献并非来源于湍流,因此对于肩部热流采用层流模型足够准确.      

基于热响应法的航天器推进剂质量测量热模型

本文以热响应法测量航天器微重力条件下贮箱推进剂剩余质量为背景,建立了航天器贮箱内外热环境耦合作用下的整体热分析模型,通过将航天器贮箱外部热环境视为第二类浮动热边界条件,实现贮箱气液两相分布下的热分析解耦计算,为热响应法提供精确的温度场计算方法。采用该方法,针对热响应法测量微重力条件下某航天器贮箱内部推进剂质量所需的温度场分布,通过数值仿真获得了空间在轨阶段,热响应法加热工作时贮箱内外热环境整体耦合下的温度场分布,并依据特定检测点的瞬态温度变化,反演得到了剩余推进剂的质量。研究发现采用热响应法测量推进剂质量时,贮箱温度场不仅受贮箱内部加热影响,在轨外部热环境也会明显影响贮箱壁面温度的均匀性。     

壁面材质和温度场对熔融硅润湿角的影响

本文建立了毛细模型, 采用微流动两相流水平集法计算了熔融态硅液与壁面的润湿角, 以人造金刚石作为壁面材料的计算结果与实验结果进行比较, 验证了该模型和计算方法的正确性. 在此基础上, 分别选用碳化硅、石墨和人造金刚石作为壁面材料, 探讨了不同壁面材料表面张力和壁面黏附力对润湿角的影响规律. 结果发现, 相同温度下的毛细力作用使得熔融硅液出现起伏上升现象; 润湿角均有不同程度的减小然后增大, 最终趋于稳定; 初始阶段, 由于气/熔融硅液表面张力与气/壁面表面张力之差变化较大, 液面起伏波动较大; 随后趋于稳定上升. 同时发现石墨作为壁面材料时, 以上变化更易趋于稳定. 该研究为熔体中生长晶体硅获得更稳定的生长环境提供了理论依据.     

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.     

空气热储存、光合作用和土壤垂直水分运动对黄土高原地表能量平衡的影响

地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题. 本文利用黄土高原陆面过程试验(LOPEX)资料, 在将垂直感热平流项引入地表能量平衡方程的基础上, 估算了空气热储存和光合作用储存的大小, 并分别用水分守恒关系和两层土壤温度方法计算了浅层土壤水分垂直通量, 考察了空气热储存、光合作用储存和水分垂直运动热量输送对地表能量平衡的影响.结果表明: 黄土高原区自然植被下垫面的空气热储存、光合作用储存和土壤水分垂直运动热量输送平均日变化峰值分别达到1.5, 2.0和7.9 W·m^-2; 在能量平衡方程中引入这三项后, 地表能量闭合度由88.1%提高到89.6%. 空气热储存、光合作用储存和水分垂直运动热量输送对于改善黄土高原地表能量不平衡状况有一定作用, 研究区域的半干旱气候背景和植被状况是导致各热储存量与其他试验区存在差异的根本原因.     

电动汽车空调热泵微通道换热器扁管布置方式对制热性能的影响

本文针对电动汽车空调热泵系统的室内微通道换热器制热性能进行了研究.首先对换热器的流程排布进行了优化分析,得到四流程12-13-13-12模型性能最优.在优化分析的基础上,实验研究了室内换热器扁管横竖布置方式对单体及系统制热性能的影响.结果发现在单体实验中,扁管竖置布置时的内部制冷剂分布均匀度远好于扁管横置布置,其换热量与出风温度比扁管横置布置分别提高了11.2%~16.5%与6.3%~8.4%.系统制热实验结果表明,扁管横置布置的制冷剂分布均匀度仍小于扁管竖置布置,且其受压缩机转速影响较大.而当扁管竖置布置时,制冷剂分布均匀度随着压缩机转速增大而减小.而随着室外环境温度的降低,扁管竖置布置的优势减弱。     

黄土高原地表能量不闭合度与垂直感热平流的关系

地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题.本文利用在陇中黄土高原观测的陆面过程资料,分析了气候地表能量不闭合度和短期地表能量不闭合度的分布特征,研究了地表能量不闭合度与垂直速度之间的关系,发现地表能量不闭合与垂直速度具有很好的相关性.并且,估算了近地层垂直感热平流通量,分析了考虑垂直感热平流后的地表能量平衡的特征,发现引入垂直感热平流输送对地表能量不闭合度有明显的改进. 关键词： 黄土高原 非均匀性 垂直感热平流 能量不闭合度     

Mathematical modeling of convective-conductive heat transfer in a rectangular domain in a conjugate statement

The results of mathematical modeling of convection of a viscous incompressible liquid in a rectangular domain with sources of mass input and output are presented. A conjugate statement within the framework of the Boussinesq approximation is used. The regimes of forced and mixed convection in a domain have been investigated. The domain has two vertical walls and one horizontal wall of finite thickness, two zones of liquid input and output, and a free surface. A plane nonstationary problem within the framework of the Navier-Stokes model for the liquid phase and the heat conduction equation for the solid phase are considered. The distributions of the hydrodynamic parameters and temperatures characterizing the main regularities of the processes under investigation have been obtained. Circulation flows have been identified. The vortex formation mechanism and the temperature distribution in the solution domain under the regimes of forced and mixed convection and different locations of mass input and output zones have been analyzed. It has been found that natural convection should be taken into account when modeling convective heat transfer with Gr number values from 10⁵ and higher.     

Effect of nonstationary thermal gravitation-capillary convection on temperature distribution in a thin vertical wall

Time dependences of temperature distributions in a thin metal wall were studied experimentally under two conditions of convective heat transfer in a tank model. In the first case, the vertical working wall was heated from within due to a convective heat flux from the opposite wall heated monotonously, and it was cooled due to heat transfer to the ambient medium. Dependence of the temperature field on a thin wall at the stage of convective flow development was retraced with the help of the thermographic camera and thermocouple sensors. In the second case, the tank wall was heated uniformly by IR radiation from the outside, and non-stationary convective flow and volumetric liquid heating were formed inside. Time dependence of temperature distribution over the wall height is studied. It is shown that the flow structure and convective heat transfer in a fuel layer with free boundary are subjected not only to the buoyancy force, but also to the thermocapillary effect. The local features of the flow affect temperature distribution in a thin wall.     

空间目标红外辐射理论计算

建立了空间目标的热平衡方程,利用节点网络法求解其表面温度场分布;然后利用普朗克公式计算了空间目标的红外辐射强度;最后对大气层外某空间目标的表面温度场分布和红外辐射强度分布进行了数值计算。     

Pneumatic Drying of Solid Particle: Experimental and Model Comparison

Abstract

This article presents a mathematical model approach to studying the drying phenomena of solid particle in a pneumatic (flash) dryer. The analysis is focused on the pneumatic momentum, mass, and heat balance of the solid particle when it moves inside the reactor. A fixed bed fluidization model was used to calculate the forces balance on the single solid particle. By solving mass and heat balance occurred in the particle, the water/liquid removal efficiency can be calculated. To validate the model calculations, we conducted a set of experiments and compared the simulation with the experimental data. High-moisture, natural concrete sand, the additional material for portland cement, was used and dried along a vertical cylindrical tube with length of 2 m and diameter of 6.68 cm. The drying gas was supplied by a high-capacity air blower which was connected to the burner to produce 120 m³/h of drying gas with maximum temperature of 800°C.     

竖直环形通道内液氮流动沸腾的MUSIG模型分析 Part 1:轴向气泡直径和界面面积浓度的预测

近年来群体平衡模型受到了极大的关注。MUSIG模型(多尺寸组模型),为群体平衡模型和双流体模型的结合提供了一个框架。文中介绍了MUSIG模型,并采用MUSIG模型分析了环形通道中的液氮流动沸腾。详细分析了不同壁面热流量、液体入口速度和过冷度时通道内气泡相界面面积、当地气泡直径、空泡系数等参数沿轴向的分布。     

Natural convection in a fluid with nonuniformly distributed volumetric heat generation

Characteristics of natural convection are analyzed for a heat-generating fluid in an enclosure cooled from the side, with nonuniformly distributed internal heat sources. A theoretical analysis based on analytical estimates and direct numerical simulations is presented. Under certain conditions, the characteristics of natural convection are found to be independent of the details of heat source distribution in horizontal cross sections of the flow domain. The corresponding distributions of bulk temperature and heat transfer to the wall are uniquely determined by the vertical distribution of the horizontally averaged heat source strength.     

液滴撞击液膜的流热耦合界面追踪方法数值模拟

采用界面追踪方法研究蒸馏过程中液滴撞击高温薄液膜的流动和传热特性，将数值结果与解析解和实验进行比较验证模型的正确性，研究气液界面和热流分布的演变过程.同时，分析液滴We数和无量纲液膜厚度对传热的影响.液滴撞击后的热流密度分布显示：液膜可分为撞击区、过渡区和静态区.由于液滴的撞击作用，强制对流是撞击区内主要的传热机制.增大液滴的韦伯数或减小无量纲液膜厚度会加强热量传递.随着液滴韦伯数的增加，冲击引起的扰动增强，在动量和能量共同作用下，平均热流密度明显增大，撞击区冠状水花越明显.无量纲液膜厚度越小，平均热流密度越大，且有更长的时间保持高热流密度换热.