轴流式循环泵自流特性研究

基于试验测试和数值计算对轴流式循环泵的自流特性进行研究,获得了自流转速、自流损失和损失系数随自流流量的变化规律,初步揭示了自流工况下轴流式循环泵内的流动规律.研究表明:轴流式循环泵的自流转速与自流流量成线性递增关系,设计流量下自流转速约为设计转速的48.6%;自流损失与自流流量成指数递增关系,自流损失系数随自流流量的增加呈先快速下降后趋于稳定的变化趋势;导叶和叶轮内的自流损失分别占整泵自流损失的54.4%和36.5%,导叶工作面发生的大尺度流动分离现象是决定轴流式循环泵自流损失大小的主要因素.研究工作为轴流式循环泵自流转速的预测和自流特性的优化提供了有益的参考.     

波纹通道中流动非稳态特性的数值研究

本文对两种不同间距的波纹通道中的流动进行了非定常的数值模拟,给出了间距和雷诺数对反映涡脱落频率的无量纲斯特劳哈尔数的影响情况,比较了二维和三维数值模拟的差别。增大雷诺数或者减小间距将会使斯特劳哈尔数增大,而斯特劳哈尔数随雷诺数增大而增加的趋势会趋于平缓。雷诺数相同的情况下,三维模拟会得到振幅更大且形式更复杂的速度随时间振荡的曲线,而且波纹通道间距越大,速度振荡曲线的振幅也越大且形式越复杂。     

矩形弯曲冷却孔绕流的数值研究

本文以平板矩形孔为对象,利用商业软件NUMECA的Fine/Turbo求解器,并采用Spalart-Allmaras一方程湍流模型,在定常假设的条件下,通过数值模拟得到不同速度比时直方孔和弯曲方孔附近的三维流动结构,探讨冷却孔弯曲对减弱肾形的效果。同时讨论了肾形涡发展演变的拓扑结构。     

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。     

涡轮静叶尾缘开槽冷却特性的数值研究

本文用三维数值模拟的方法,对某具有尾缘开槽冷却的涡轮静叶栅进行了详细的气热耦合计算与分析,研究了具有尾缘开槽冷却形式的涡轮静叶片的冷却特性,并结合叶片表面温度分布和静压分布对比分析了叶片在不同吹风比下该冷却方式对流场气动性能的影响。气热耦合计算结果表明:此种尾缘开槽的冷却形式可以对叶片尾缘高温区起到有效的冷却效果,同时使主流通道的气动喉口向上游迁移,在冷却槽口区域引起主流的压力波动。     

长叶片透平级非定常汽流激振数值研究

通过应用商用软件ANSYS-CFX数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ε两方程湍流模型的方法对不同流量下的汽轮机末级流场进行了详细的非定常研究分析。本次数值计算的计算域包括末级静叶域、动叶域和弧形扩压段,同时采用叶片约化法减少了计算成本。动叶的围带和拉金(PSC)均考虑在计算域之内以获得更为真实的流场结果。结果表明:末级总总等熵效率和长叶片表面静压呈现明显的周期性波动;随着流量的减小,总总等熵效率和叶片载荷均明显降低,扩压段中出现分离涡,并逐渐扩展到动叶栅通道中;分离涡的频率较低,并对长叶片所受到的气流激振产生影响。     

振荡流热管自激强化传热特性实验研究

针对回路型振荡流热管,从自激强化(被动强化)传热的角度出发,通过实验对比分析,分别研究了热管采用非均匀截面结构、管内工质为Cu-H2O纳米流体以及热管采用不等径结构时的强化传热特性.实验研究结果表明:采用上述三种强化传热的方法,在特定条件下,都分别不同程度地起到了强化传热的效果,为振荡流热管强化传热的进一步研究奠定了基础.     

波纹曲面气膜冷却特性数值模拟

本文对波纹曲面的气膜冷却特性进行数值模拟,主要研究了吹风比和主流雷诺数对有效温比和主流侧换热系数的影响.研究结果表明:波谷区域的冷却效果要明显优于波峰区域;有效温比受吹风比的影响较大,并随着吹风比的增大而增大;主流侧换热系数受主流雷诺数的影响较大,并随着主流雷诺数的增大而增大.     

高温平板气膜冷却流热耦合数值模拟

本文采用流热耦合的数值计算方法,对某高温平板气膜冷却实验台试验段进行了数值模拟,主要研究内容包括:数值预测热障涂层对超级合金平板的热保护作用、主流加入水蒸气后对气膜冷却效果的影响以及平板内部温度沿板厚方向分布的特点.通过对数值模拟结果的分析发现,热障涂层能够有效地保护超级合金平板表面;主流加入水蒸气后气膜冷却效率会降低.此外,在射流孔附近区域,平板内部温度沿板厚方向的分布是非线性的,越远离射流孔,该温度分布越接近线性.     

光纤受激布里渊散射的散射特性数值研究

基于受激布里渊散射Langevin噪声模型,通过近似的三波耦合方程组,采用了时域有限差分法,对光纤中受激布里渊散射过程进行数值模拟计算。对长度为10 km,折射率为1.5132的单模光纤,分析了50μs内光纤中的光场和声波场的时间和空间变化特性和散射光的功率变化特性。数值模拟中,在一定的抽运入射光作用下,把Stokes光作为起振光入射到光纤的另外一端,发现起振光的存在与否会影响到抽运光场、散射光场和声波场的时间空间振幅变化,并且得出存在Stokes光时散射光的功率随时间趋于饱和以及没有Stokes光时散射光功率随时间的近似线性变化。     

二维方腔非稳态自然对流数值模拟研究

本文针对二维方腔中非稳态自然对流过程进行了数值研究,方腔一侧被等温冷却,另一侧受到三块热板脉动加热,热板温度满足两种不同规律,脉动周期0.01 s<τ<500 s,脉动大小0<α<0.40,所研究的自然对流问题取Ra=106,工质为空气(Pr=0.70)。研究结果表明:方腔中冷板瞬时对流换热量与相应稳态时有很大差异;在一定条件下,热板温度脉动周期和脉动量对冷板的换热量均有很大的影响。     

稳态热晕非等晕效应的数值分析

运用高斯光束展开的方法,分析圆对称平顶光束在大气传输中的热晕及其非等晕效应。通过对热晕及非等晕效应引起的波前畸变作泽尼克多项式展开,得到了各阶泽尼克系数,进而求得热晕校正残差,数值计算得到的热晕拟合校正残差与现有理论公式得到的结果基本一致。对非等晕效应的数值模拟结果表明:在热畸变参数较小,且给定口径尺寸的情况下,热晕角度非等晕校正残差与非等晕角θ的平方成正比,热晕聚焦非等晕校正残差与信标高度的1.71次幂成反比。     

镁颗粒群非稳态着火过程数值模拟

建立了镁颗粒群着火的一维非稳态有限影响体模型, 数值模拟颗粒群中镁颗粒的着火过程. 研究表明, 当镁颗粒表面反应加剧之后,颗粒相温度急剧上升, 迅速达到着火, 而其周围气相的温升速率却远小于颗粒的温升速率; 在着火过程中气相温度只在颗粒表面附近升高比较明显, 整体温度升高不大. 分析了颗粒群内部参数和环境参数对镁颗粒群着火的影响. 随颗粒浓度的增加, 颗 粒群变得易于着火, 其着火时间变短, 但颗粒浓度增大到一定程度后, 继续增大该值将对颗粒群的着火起消极作用. 环境压力对颗粒群着火的影响比较小,在1-5 atm范围内颗粒群的着火性能基本不变. 气相中氧气浓度对颗粒群的着火性能影响也不显著, 但当氧气浓度过小时, 对着火过程的影响将大大增强.颗粒粒径、气相/颗粒相初温、辐射源温度对颗粒 群着火的影响巨大,小粒径、高温度促使颗粒群快速着火.数值模拟与文献中试验 结果的变化趋势相一致.     

稳态热晕非等晕效应的数值分析

运用高斯光束展开的方法,分析圆对称平顶光束在大气传输中的热晕及其非等晕效应。通过对热晕及非等晕效应引起的波前畸变作泽尼克多项式展开,得到了各阶泽尼克系数,进而求得热晕校正残差,数值计算得到的热晕拟合校正残差与现有理论公式得到的结果基本一致。对非等晕效应的数值模拟结果表明:在热畸变参数较小,且给定口径尺寸的情况下,热晕角度非等晕校正残差与非等晕角θ的平方成正比,热晕聚焦非等晕校正残差与信标高度的1.71次幂成反比。     

光学炮塔气动载荷的非稳态特性

采用耦合J-B模型的IDDES模型与双时间步LU-SGS方法开展炮塔非稳态气动载荷的数值仿真研究。炮塔流动会发生分离,天顶位置的分离角大于90°;当流动绕过炮塔时,形成马蹄涡、脱落涡街等非稳态流场结构,导致气动载荷也具有非稳态特性;炮塔顶点的脉动静压功率谱在1.6～40.0 kHz进入各向同性均匀湍流的惯性子区,基本满足Kolmogrov的−5/3定律;气动力以阻力为主,横向力的脉动幅值大,气动力矩则以俯仰力矩为主,滚转力矩的脉动幅值大,偏航力矩可以忽略不计;气动力和力矩的功率谱主要集中在1 kHz以下,存在多个尖峰频率,主频约为230 Hz（斯特劳哈尔数为0.15）。在ATP系统设计之初,需要考虑光学炮塔所受气动载荷的非稳态特性,并规避尖峰频率尤其是主频的谐振破坏问题。     

翼型空化绕流特征和流激特性的关联分析

基于DES湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对空化初生和片状空化阶段791翼型非定常绕流进行了数值模拟,着重分析了不同空化阶段翼型绕流的流动特征、压力脉动特性及两者间的关联关系。研究表明:翼型表面空穴的非稳态演变与翼型动力特性变化相互映射;在空化初生阶段,主空穴的周期性变化和翼型展向外缘处空泡团的周期性脱落是此阶段流激振动的主要激励;在片状空化阶段,主空穴和U型空穴结构的周期性变化是此阶段的主要激励;空泡脱落处的压力脉动幅值远大于无空穴区域和空穴发生区域。研究结论为翼型空化绕流诱发振动机理研究的深入提供了一定的参考.     

基于涡激振动的压电能量收集特性数值研究

本文设计了一种基于涡激振动的流体动能收集装置。该器件主要包括钝体和PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电悬臂梁,涡街的交替脱落引起梁发生振动,通过压电效应将振动能量转为电能.基于流固耦合计算对该结构压电能量收集特性,以及压电悬臂梁的升阻力系数、振幅和频率等特性进行了数值分析,并着重研究圆柱型钝体与PVDF压电悬臂梁的位置对装置发电效率的影响。结果表明,圆柱与悬臂梁直接相连(即L=0.5D)会得到较高电压输出,在雷诺数Re=6000时,振幅峰值为A=0.97D,输出电压峰值达到0.923V。     

叶顶下游孔位对气膜冷却特性影响的数值研究

本文通过数值模拟方法对凹槽叶顶区的气膜孔的位置进行了研究,通过将一个下游气膜孔布置在叶顶前缘来研究气膜孔位置对叶顶区传热的影响。数值模拟结果表明,下游区气膜孔被布置到前缘区,改善了叶顶前缘的低绝热冷却效率区,获得了均匀的气膜保护,同时对下游区的气膜冷却效率影响不大,无论是放在前缘第一气膜孔上游还是靠近吸力边布置,下游区绝热效率和平均传热系数几乎不受该气膜孔在前缘位置的影响。     

U型管地下换热系统非稳态传热数值模拟

地下换热器是地源热泵系统重要的组成部分,单U型管是当前广泛使用的地下换热器形式。本文建立了单U型管地下换热器的真实尺寸三维数值模型,通过模拟结果同试验实测数据的对比,验证了模型的正确性。本文随后对单U型管地下换热器在冬季工况下连续运行和间歇运行的换热率进行了数值计算,得出了换热率随时间变化的规律。本文还对连续运行工况下U型管作用半径随时间变化的规律进行了研究。本文得出的结果可以用来指导地源热泵工程的设计。     

太阳能热气流发电系统非稳态耦合数值分析

对包含蓄热层的太阳能热气流发电系统的传热与流动特性进行非稳态耦合数值模拟.建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部传热与流动数学模型.分析了不同蓄热介质的太阳辐射响应特性对系统昼夜发电峰谷差的影响,计算结果表明:采用热容较高的土壤作为蓄热介质可以有效降低昼夜平均温度的峰谷差,从而有效调整系统的昼夜发电峰谷差;蓄热层表面温度越高,系统不可逆性越大,能量损失和可用能损失越大;蓄热层导热系数越大,蓄热层表面温度越小,烟囱出口平均温度和平均速度越高,通过烟囱出口的能量损失越大.