螺旋扭曲椭圆管内纵向涡流动特性与强化传热机理的CFD分析

以水为介质,采用CFD软件ANSYS Fluent对螺旋扭曲椭圆管内流体的流动规律与强化传热机理进行了研究。研究发现,螺旋扭曲椭圆管特殊的螺旋形管壁形状可诱发管内流体旋转形成纵向涡,且纵向涡的强度不随流动距离的增大而衰减,持续性能良好;纵向涡的存在使得螺旋扭曲椭圆管内流体得速度分布产生明显变化,增强了管内流体速度场与温度场间的协同性能,进而强化流体传热。     

基于CFD的射流抛光喷射距离的分析和优化

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响,基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型,采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模,使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算,得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求,比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果,结果显示,射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.     

一种基于新型插值单元的稳态传热边界元法

为了提高边界元法在求解稳态热问题时的计算精度,通过使用一种新型单元插值方法(称为扩展单元插值法),实现对稳态传热问题的求解。扩展单元是在传统不连续单元的边界配置虚拟节点,把原非连续单元变成高阶的连续单元,并将其作为新型的插值单元。利用虚拟节点和内部源节点构造出的插值函数,可以精确插值边界上的连续和不连续物理场,插值精度要比原始不连续单元高两阶。另外,边界积分方程只在传统的不连续单元的内部节点处建立,只包含内部源节点的自由度,而虚拟节点的自由度可通过与内部源节点之间的关系消除掉,因此最终系统方程的求解规模不会增加。这种新型的插值单元继承了传统连续和不连续单元的优点,克服了它们的缺点。数值结果表明,此种单元插值方法用于求解稳态传热问题时可获得较高的计算精度和收敛性。     

大直径射流的放电特性及其等离子体参数和活性粒子分布的光谱诊断

大气压等离子体射流因其产生的等离子体羽富含活性粒子而在废水净化、元素探测、材料处理等方面具有良好的应用前景。通常等离子体羽的直径较小,限制了其工作效率。针对于此,利用交流电压激励大气压氩气等离子体射流,产生了直径约为14 mm的大尺度均匀等离子体羽。采用发射光谱法对电子密度和氧原子浓度随不同实验参数的变化关系进行了研究。光电测量结果表明,当外加电压峰值或氩气流量增加时,等离子体羽发光亮度增加。当电压峰值较低时,等离子体羽的上下游在电压的每个周期均有两个光脉冲信号,且上游光信号强度比下游的大。随着电压峰值增大,上下游等离子体羽的光信号强度都增大。当电压峰值较高时,上下游等离子体羽的光信号在每个电压周期呈现三个放电脉冲。不论每个电压周期放电脉冲数目多少,上下游等离子体羽的发光信号均具有同步性。利用光谱仪采集了300～800 nm范围内上下游等离子体羽的发射光谱,发现它们中均含有OH和N₂的谱线及ArⅠ和OⅠ谱线。其中,上游等离子体羽的ArⅠ谱线强度比下游的大,但OH和N₂的谱线强度比下游的小。利用谱线强度比对上、下游等离子体羽的电子密度进行了研究。结果表明,上游等离子体羽的电子密度在1014 cm-3量级,高于下游羽的电子密度（1013～1014 cm-3量级）。并且,上游和下游等离子体羽的电子密度均随外加电压峰值的升高而增加,随氩气流量的增加而增加。利用光化线强度法,研究了下游羽中氧原子浓度随实验参数的变化规律。结果表明,氧原子浓度沿气流方向降低;对于一个等离子体羽,平均而言氧原子浓度随外加电压峰值升高而增加,随氩气流量增加而增加。对于以上实验现象,利用气体放电的基本理论进行了定性解释。     

结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究

为研究结冰环境中热合成双射流激励器工作特性,采用离散相模型(discrete phase model,DPM),结合动网格方法,数值研究了结冰环境中来流速度、液滴含量、液滴直径对激励器工作特性的影响.结果表明,来流速度较小时,双射流激励器出口形成热合成射流融合区,由于热射流的加热作用,温度较高,环境中的过冷液滴难以进入...     

聚能射流对固体火箭发动机的冲击起爆

为研究聚能金属射流对固体火箭发动机的冲击响应，开展了聚能装药空射实验及某尺寸发动机在无防护情况下的射流冲击实验，使用高速摄影仪记录了爆炸响应过程，并测量了不同距离及方向的空气超压和破片速度。利用AUTODYN有限元计算软件对实验过程进行了数值模拟，通过调整流固耦合的网格大小，避免了耦合泄漏。实验结果表明，火箭发动机受到射流冲击后，会发生剧烈爆炸，推进剂完全反应，破片速度达4 700 m/s以上，距离发动机爆炸中心1 m处的空气超压达到19.78 MPa，爆炸中心温度达到3 000 ℃以上，该推进剂爆炸能量略高于常规炸药。模拟结果显示，射流以头部速度7 000 m/s的速度冲击发动机壳体后，射流头部的尖端被严重烧蚀，且速度降至约5 600 m/s；推进剂在受到射流侵彻1～2 mm后，发生剧烈反应；爆炸冲击波以球形沿圆柱孔装药传播，并通过圆柱形中心孔冲击另一侧推进剂，发生装药的二次冲击起爆，同时伴有回爆现象，在推进剂中心的高斯点出现了3次超压波峰；距离发动机中心1 m处3个高斯点的平均空气压力峰值为18.75 MPa，与实验结果吻合较好。     

湍流参数对凝汽器数值模拟的影响

通过对一凝汽器的二维数值模拟,研究了湍流黏性系数和湍流扩散系数对凝汽器流动与传热特性的影响。结果表明,湍流参数的取值,对凝汽器不凝结率的计算影响较大,对壳侧压降也有一定影响。在凝汽器数值模拟中,采用两方程的RNGκ-ε模型米确定湍流参数,在管束区内部形成湍流参数较大的区域,能更准确描述凝汽器内的复杂流动。与常湍流参数的...     

板式离子风散热系统性能研究与优化

为探究板式离子风散热系统的性能和提供系统优化的新思路,提出一种针-平行板电极的板式离子风发生器,讨论针的位置、板间距、板厚等参数对风速和对流换热系数的影响,利用热红外成像仪分析板电极产生离子风时的温度分布以及焦耳热效应对热传递的影响。结果表明针电极距板外10 mm、板间距10 mm和板厚1.5 mm为优选方案,最大传热系数达25 W·m^-2·K^-1。