阵列喷嘴干冰喷雾冷却特性数值研究

针对高热载荷电子设备散热冷却问题,开展阵列喷嘴干冰升华喷雾冷却特性数值模拟研究。分析了阵列喷嘴入口速度、喷雾高度和模拟热源加热热流密度对干冰喷雾冷却特性和温度均匀性的影响。结果表明：入口速度50 m/s时,热源表面平均温度达到最低值276.3 K;喷雾高度为3 mm时,热源表面的温度均匀性效果最佳。提高干冰入口速度和降低喷雾高度可强化冷却效果和热源表面热均匀性,模拟热源加热热流密度对干冰喷雾冷却换热系数影响不明显。     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间C2n的选取

针对非均匀湍流路径光传播的数值模拟,为减小相位屏间湍流强度均匀的假设所引起的模拟误差,数值分析了在种选择相位屏间折射率结构常数C2n的可能方案.通过计算平面波和球面波的Rytov指数和Fried参数,对比五种方案得到的Rytov指数和Fried参数与理论结果的相对误差.结果表明,当相位屏间C2n选择为相位屏间湍流大气实际的折射率结构常数的路径平均值时,模拟误差最小,该选择方案为相位屏间C2n选取的最伟方案;当根据相位屏间湍流大气的Rytov指数相等的原则来设置相位屏分布时,选择相位屏间C2n为两相邻相位屏处折射率结构常数的儿何平均值时,在一定的误差允许范围内,该选择方案具有可取性.     

非均匀湍流路径光传播数值模拟中相位屏间C_n~2的选取

针对非均匀湍流路径光传播的数值模拟,为减小相位屏间湍流强度均匀的假设所引起的模拟误差,数值分析了五种选择相位屏间折射率结构常数Cn2的可能方案。通过计算平面波和球面波的Rytov指数和Fried参数,对比五种方案得到的Rytov指数和Fried参数与理论结果的相对误差。结果表明,当相位屏间C2n选择为相位屏间湍流大气实际的折射率结构常数的路径平均值时,模拟误差最小,该选择方案为相位屏间C2n选取的最佳方案;当根据相位屏间湍流大气的Rytov指数相等的原则来设置相位屏分布时,选择相位屏间C2n为两相邻相位屏处折射率结构常数的几何平均值时,在一定的误差允许范围内,该选择方案具有可取性。     

PICPMCC 数值模拟四阳极直流辉光放电

利用OOPIC 代码并结合MCC 方法考察四阳极低气压直流辉光放电中粒子间的碰撞, 并对其进行了数值模拟。首先分析OOPIC 代码的计算流程, 给出模拟的边界条件和时间、空间步进; 然后对所得到的等离子体密度、温度的分布情况进行了分析。结果表明, 放电气压、电流以及环电极的有效宽度均影响等离子体密度和温度的径向分布。当气压为300Pa 时, 电子密度在径向较大范围内是均匀分布的, 而当气压升高到800Pa 时, 其径向不均匀增大, 且总的密度和电子的平均温度下降。放电电流的增大使得等离子体密度和温度均相应升高。但环电极有效宽度的减小使得等离子体密度的分布更不均匀, 并使总的密度和平均温度均下降。     

三维动态混合对流过程中的温度均匀性分析及实验验证

以数值模拟和实验验证相结合的方法研究了三维动态混合对流过程中的温度场发展规律,并定量地分析了在Re=1×10~5,Cr=±3.36×10~(12),Pr=0.7,L/H=3/4条件下矩形腔体内温度均匀性的动态变化特性。研究结果表明,对于相同大小的Grashof数和Reynolds数,当Gr0时,腔体内有着更高的升/降温速率,而其升/降温过程中的整体温度不均度则高于Gr0时的换热过程。当Gr0时,竖直方向的温度不均匀度是影响腔体内温度均匀性的主导因素(σ_(竖直)》σ_(水平));而当Gr0时,竖直方向和水平方向上的温度不均匀度共同影响腔体内的温度均匀性(σ_(竖直)≈σ_(水平))。     

不同进风型式下气体冷却服中空气流动与换热的研究

根据气体冷却服的特点,对不同进风型式下气体冷却服中空气流动与换热进行研究。建立了进气口加设挡板层、进气口带均流器型和直吹型3种型式气体冷却服(服装夹层)中冷却空气流动过程的数学模型。对气体的流动过程进行分析,结果表明:不同的进风型式对气体冷却服空气层的温度分布状况、平均气流流速、平均温度、对流散热量影响较大;其中进气口加设挡板层的服装空气夹层温度分布最均匀,进气直吹型的平均气流流速最大,对流散热效果最好。研究结果为气体冷却服进一步的布风优化设计提供了理论和应用依据。     

车载移动冷柜系统蒸发器性能研究

基于CFD软件,建立车载移动冷柜系统蒸发器仿真计算模型,并实验验证模型的准确性,选取R134a为工质,计算分析了不同质量流量对柜内温度分布的影响。研究表明:环境温度为305K,质量流量为20kg/m2·s~22kg/m2·s时,运行15min后,箱体内平均温度接近273K;当运行2h后,最低温度约248K,且温度分布均匀;最快冷却速度为0.5h,比国家标准提高了2.5h。     

风速对液氮冷藏车内温度的影响

采用对比实验,分析不同风速对液氮冷藏箱体内温度分布及降温速率的影响。研究结果表明:单排喷嘴间距0.5m工况下,随着风机风速增大,温度分布方差减小,降温速率降低,冷藏厢体内温度分布均匀性增强,冷藏厢体强制对流换热效果越明显。     

非均匀采样的功率谱反演大气湍流相位屏的快速模拟

对大气湍流功率谱非均匀采样可以有效改善传统功率谱反演法低频采样严重不足的缺陷, 实现高精度的大气湍流相位屏的模拟. 但采用的直接求和运算计算复杂度高, 相位屏的模拟速度极慢. 将非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)引入到大气湍流相位屏的模拟, 可以实现相位屏的快速模拟. 从随机过程的谱分解出发, 将大气湍流相位随机过程表示为有限谐波分量叠加和的均方极限. 通过一个高斯核函数的卷积, 将非均匀分布的谐波复振幅映射到均匀网格空间, 进而利用快速傅里叶变换, 降低计算复杂度, 加快大气湍流相位屏的模拟速度. 以大气湍流的Kolmogorov 谱为例, 利用NUFFT仿真得到大气湍流相位屏, 并对相位屏的模拟精度、模拟速度和误差进行统计分析. 结果表明, NUFFT的引入可以实现快速、高精度的大气湍流相位屏的模拟.     

圆柱筒式脉冲光源辐射均匀性的模拟

圆柱筒式脉冲均匀光源在各种光学标定中有广泛应用.应用Monte-Carlo方法对光子进行跟踪模拟,通过变权重法和固定权重法两种算法得到出光面接收的相对光照度.当内壁反射类型、光源的位置、圆柱筒的高度与直径比不同时,出光面形成的光照度均匀性不同.通过模拟结果可知,当内壁为漫反射时,圆柱筒长度与直径比越大,出光面的光照度越均匀;但当比值大于3/2时,均匀性已无明显变化.最终得到满足标定实验要求的圆柱筒的最佳结构.     

含缺陷超导体在场冷励磁下的力学特性研究

对含有中心孔洞缺陷的长圆柱状超导体在场冷却（FC）励磁过程中产生的磁通钉扎力学特性进行了研究。考虑了临界电流密度非均匀性和粘性磁通流动效应的影响,得出了孔洞大小、临界电流密度非均匀系数及外场励磁速度这三种不同取值情况下的应力分布曲线,通过定义应力集中系数σ_pm/σ₀分析了孔洞的应力集中效应。结果表明：场冷却时,超导结构内的体力全为拉伸状态,并且相同磁场条件下的环向应力σ_θ（r）始终是径向应力σ_r（r）的2倍左右;孔洞半径a/R、临界电流密度非均匀系数m以及外磁场励磁速度db_a/dt的变化均会引起超导体内应力峰值σ_{r, max}（r）和σ_θ,max（r）的增大;当外磁场B_a/B_p在较小范围取值时,a/R和m的变化对应力集中具有显著影响。     

含缺陷超导体在场冷励磁下的力学特性研究

对含有中心孔洞缺陷的长圆柱状超导体在场冷却（FC）励磁过程中产生的磁通钉扎力学特性进行了研究。考虑了临界电流密度非均匀性和粘性磁通流动效应的影响,得出了孔洞大小、临界电流密度非均匀系数及外场励磁速度这三种不同取值情况下的应力分布曲线,通过定义应力集中系数σ_pm/σ₀分析了孔洞的应力集中效应。结果表明：场冷却时,超导结构内的体力全为拉伸状态,并且相同磁场条件下的环向应力σ_θ（r）始终是径向应力σ_r（r）的2倍左右;孔洞半径a/R、临界电流密度非均匀系数m以及外磁场励磁速度db_a/dt的变化均会引起超导体内应力峰值σ_{r, max}（r）和σ_θ,max（r）的增大;当外磁场B_a/B_p在较小范围取值时,a/R和m的变化对应力集中具有显著影响。     

数据机房热管背板系统极端工况研究

热管背板系统在数据机房的散热领域中具有广泛的应用前景。本文主要通过实验对热管背板系统散热性能进行研究,分析背板的进风温度与风量对换热量的影响。对机房的温度场进行模拟分析,结果显示,当热管正常工作时,机房空间温度分布均匀;当机房处于部分热管发生故障的极端工况时,受故障热管的影响,机房运行温度上升,引起部分机柜进风温度超标。采用增大风量的方法来应对极端工况并分析该方法的局限性。     

轿车车室内温度场和速度场的数值模拟

数值模拟了汽车车室内的温度场和速度场,忽略太阳辐射,采用RNG模型,近壁面用壁面函数法进行处理,分析了不同的送风速度,送风温度,出口压力对汽车室内温度场和速度场分布的影响,对车室内的温度场和速度场的均匀性做出评价并对其优化。结果表明在车室后排空间添加一个送风口,可以有效地改善车室内温度场和速度场分布的均匀性,温度场均匀性提高了36.5%,速度场均匀性提高了45.2%。     

轿车车室内温度场和速度场的数值模拟北大核心

数值模拟了汽车车室内的温度场和速度场,忽略太阳辐射,采用RNG模型,近壁面用壁面函数法进行处理,分析了不同的送风速度,送风温度,出口压力对汽车室内温度场和速度场分布的影响,对车室内的温度场和速度场的均匀性做出评价并对其优化。结果表明在车室后排空间添加一个送风口,可以有效地改善车室内温度场和速度场分布的均匀性,温度场均匀性提高了36.5%,速度场均匀性提高了45.2%。     

高速碰撞SPH方法模拟中的初始光滑长度和粒子间距

采用光滑粒子流体动力学方法对高速碰撞问题作数值模拟,分析初始光滑长度和非一致粒子间距对计算结果的影响,提出修正光滑长度法,并引入XSPH速度纠错公式.数值结果表明,初始光滑长度越大,弹丸的刚性越小,h₀的合理取值范围应为d₀<h₀≤1.5d₀;粒子间距越小,材料的刚性越小.非一致粒子间距和均匀粒子分布的计算结果吻合的较好.     

室温下低温背景红外场景生成方法实验研究

针对高空红外场景模拟的需要,提出了模拟低温背景红外场景的新物理概念和半实物仿真实验装置.将锗单晶制作的初始透明的半导体屏放置于低温系统前端,通过控制其小于禁带宽度的局部辐射系数,在室温下(≥27℃)得到低温背景(≥-30℃)的红外场景.对液氮槽和半导体致冷器生成的冷背景的效果、辐射功率差随写入光功率的变化及低温背景和目标的温度对比度进行了实验测试.实验结果表明,液氮生成的冷背景可达-30℃,半导体致冷器为3℃;在一定范围内增大写入光的功率可以提高半导体屏的转换效率,写入光功率过高会造成辐射功率值的饱和;随着写入光功率的增加,温度对比度也大幅升高.     

六回路环形炉膛循环流化床悬吊屏结构布置对气固流动影响的试验研究

在六回路环形炉膛循环流化床冷态试验台上进行冷态试验研究,考察悬吊屏的结构布置对环形炉膛气固流动特性的影响。结果表明,短边悬吊屏的有无、内环布置/外环布置和屏的数量,对六回路循环流率的大小和分布影响很小。环形炉膛上部气固流动呈现"环-核"流动结构,悬吊屏对气固流动的影响限于屏区附近,使得屏区颗粒速度和颗粒浓度减小。屏宽的变化主要引起屏区范围的扩大或缩小。短边悬吊屏布置于外环壁面附近时,离出口越近的屏其屏间颗粒浓度越大,磨损越严重。悬吊屏下部,两片屏间整个屏区颗粒速度向上且分布较均匀;炉顶附近悬吊屏壁面附近存在贴壁下降流。屏间距的减小将加重悬吊屏的磨损。     

一种新型的液闪阵列成像屏空间分辨特性

针对低强度射线成像,自主研制了一种像元为0.1 mm高探测效率的液闪阵列屏.为此,基于倾斜刀口边缘响应的测量原理,建立了理论模拟方法和实验研究方法,对该液闪阵列屏开展了空间分辨性能研究.通过理论模拟,给出了液闪阵列屏在14 MeV中子和1.25 MeV伽马射线激发下的调制传递函数,并与像元为0.1,0.3和0.5 mm的闪烁纤维阵列屏进行了理论对比.在60Co伽马射线源上,对液闪阵列屏和像元为0.3和0.5 mm的两种国产闪烁纤维阵列屏进行了调制传递函数实测研究.理论模拟和实验结果一致,均表明液闪阵列的空间特性优于闪烁纤维阵列屏,而且具有更好的均匀性,对1.25 MeV伽马,空间分辨接近0.9 lp/mm,而其他两种纤维阵列屏仅达到0.5 lp/mm,对于14 MeV中子,液闪阵列屏的空间分辨可达到1.8 lp/mm.