车用温差发电装置换热性能的数值模拟研究

建立了用于汽车尾气温差发电器的尾气通道和冷却水通道热交换的三维模型,在运行工况下,对光滑尾气通道和带有平直翅片的尾气通道的换热性能进行了数值模拟,其中翅片通道结构包括了不同的翅片高度以及翅片间距.根据模拟结果并结合通道的压降,得到了翅片高度为9mm、间距为2mm的翅片通道结构为较优的通道结构.结合翅片尾气换热通道的换热...     

相变发汗冷却的数值模拟

以火箭发动机燃烧室相变发汗冷却为背景,对水在流过横截面为50mmxl0mm的铜管中充满直径为0．4mm孔隙率为0．31的不锈钢珠多孔介质时沸腾换热现象进行数值模拟。研究了重力角度、无重力条件下多孔介质的导热系数以及内部缺陷对沸腾换热的影响。结果表明,重力角度、多孔介质导热系数及内部缺陷均影响多孔介质中的沸腾换热：重力与...     

列管式相变储能换热器强化换热的数值研究

在考虑自然对流的情况下,利用FLUENT软件研究了进口工况、模型结构、相变材料物性及相变材料组合对列管式相变储能换热器储热换热性能的影响。结果表明:在进口功率一定的条件下,提高进口温度或进口速度对强化换热效果影响不大;管内添加翅片及提高相变材料导热系数对强化换热较为显著,最佳的翅片结构较光管结构的完全熔化时间缩短了30.7%,但在一定程度上削弱了自然对流的作用;对于管列数较多的情况,使用相变材料组合是一种有效的强化换热方式.     

废热温差发电器驱动的电化学制冷系统研究

提出了利用废热(工业废气、尾气余热等)温差发电器驱动的电化学制冷系统,并建立数学物理模型,分别研究废热温度和环境温度对系统的功率消耗、热效率、制冷功率和性能系数的影响.结果表明,温差发电器性能的模型计算值与文献测试值误差在6.8%以内;随着废热温度的增加,系统的输出功率、热效率和制冷功率随之增加,但性能系数急剧减小;随着环境温度的增加,系统热效率和制冷功率逐渐降低,但输出电压和性能系数逐渐增加;与TGM-127型系统相比,虽然HZ-2型系统的热电转换性能处于劣势,但其体积和重量明显减小,更适合应用在汽车、卫星等领域。     

楔形通道换热三维数值模拟

对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热进行了数值模拟研究。为了研究冷却叶片尾缘处正压面与背压面楔角对换热和流动的影响,在Re=1.0×104-1.0×105进行了稳态湍流三维数值模拟;为了研究冷却叶片尾缘扰流柱上下两部分在流动方向错位的距离对通道传热和流动的影响,在针肋顺排及Re=2.0×104的情况下进行了稳态湍流三维数值模拟。得出了平行通道最宜被采用以及针肋错位通道中随着针肋错位距离的增加通道的换热和压力损失都增加的结论。     

影响波纹换热管换热性能因素的数值模拟研究

为研究工业生产中应用的波纹换热管换热性能以及相关的影响因素,课题中应用FLUENT软件建立了6种当量直径相同,波高和波距不同的波纹管模型,以常温下水为工质,设置不同的雷诺数并进行数值模拟。模拟结果显示,波纹管的波高波距比和雷诺数作为影响波纹管换热性能的两个重要因素,对波纹管的换热系数有着较显著的影响。其中,在一定范围内波纹管的换热系数随着雷诺数的增大而增大,另外,当波纹管的波高波距比值在0.24～0.26范围之间时波纹管的换热系数可以达到一个相对较优的值。     

核心流强化传热对温差发电器性能的影响

半导体温差发电技术在汽车尾气余热的回收与利用方面具有很大的潜能。本文搭建了一套可以模拟汽车尾气排气的试验系统,并利用核心流强化传热技术研究其对采用热电发电模块回收汽车尾气的余热并将其转换成电能时的性能影响。     

铈低压冲击相变数值模拟研究

对金属铈低压冲击γ→α相变进行了数值模拟研究.冲击加载实验的速度剖面结果表明,铈的低压相变过程中两相之间的转换较为光滑,无明显间断,其相变过程存在动态因素.通过分析金属铈低压冲击加载和卸载下的典型物理过程,对材料本构关系、Hugoniot关系和相变与逆相变过程进行了理论研究.获取了铈低压相变前后的本构关系及状态方程,并建立了非平衡相变理论模型.数值计算结果与平面冲击实验符合较好,表明该相变动态模型能够较好地描述铈的低压冲击加载和卸载过程.     

肿瘤冻融相变传热过程的数值模拟

本文建立了肿瘤组织多孔介质冻融相变传热的数学模型.采用显热容法研究模拟了冷热交替治疗过程中肿瘤组织中温度场分布以及冰晶增长和融化过程.研究结果表明,当冷刀进入组织以后,组织内会产生冰晶的生长.当冷刀的温度上升时,开始时在冷刀侧附近冰晶融化,出现一个冰晶融化的相界面;随着冷刀温度的上升,逐步出现两个冰晶融化的相界面.血液灌注率的存在使组织冻结速度变慢.     

相变蓄热体的热工特性数值模拟

为了深入研究蓄热式换热器的蓄放能效果,提出了采用具有相变材料的蓄热体强化蓄放热,通过gambit软件建立了三维蓄热体相变传热过程的物理模型和数学模型,利用fluent软件模拟了具有相变材料的蓄热体与具有变截面管强化的蓄热体传热,得到了两者蓄放热过程温度场分布。根据模拟结果分析了相变材料及缩放结构对蓄热体蓄放热效果的影响,为优化设计蓄热式换热器提供了理论参考。     

槽内热磁耦合流动换热数值模拟

数值模拟研究了矩形槽内导电流体由于焦耳热作用和电磁力共同作用引起的流动换热现象.数值结果表明,在给定流体性质情况下,焦耳热作用引起对流为两涡,电磁力作用时获得四涡流动,随Ha数的增加,电磁力驱动对流作用增大,热、磁共同作用时,流场温度场与Ha2Pr/Ra大小有关,从而影响到对流换热的强弱,在临界Ha2Pr/Ra以下,焦耳热引起的对流为主,Ha数增加,减弱换热;在临界日Ha2Pr/Ra以上,电磁力驱动的对流为主,Ha数增加,换热强化.     

换热管单相数值模拟与实验研究

对光管进行CFD单相数值模拟和温度场分析,通过与制冷剂出口温度的实验结果进行对比,引入误差百分比验证数值模拟的可靠性。结果表明:在同一质量流速下,进口段的中心区域温度最高,出口段制冷剂温度最低且分布均匀;平均换热系数沿进口段至出口段方向减小且分布逐渐均匀;实验台热损失在3%内,对实验结果影响较小,确保实验数据的可靠性;制冷剂出口温度的模拟和实验结果的误差百分比为0.04%～0.11%,验证了数值模拟的可靠性。     

单柱微通道流动沸腾换热数值模拟研究

高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程,本文提出了耦合VOF方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟,分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律,查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明,由于局部蒸汽的覆盖,不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点,高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积,高过冷度会延缓转折点,但整体热阻将升高。     

发汗冷却中流动与换热的数值模拟

本文采用改进的低Re数k-ε模型-低Re数kθ-εθ模型以及局部非热平衡模型,将主流区和多孔壁面区进行耦合,通过数值模拟研究了发汗冷却过程中的流动与换热问题。计算结果表明:多孔壁面中靠近主流区的部分温度梯度很大;随着冷却剂流量的增大,壁面上的最高温度明显下降;就本文所选取的参数而言,在发汗冷却所用的冷却剂的量占总流量的1％左右时,冷却效果非常明显。     

凹槽通道中流动和换热的数值模拟

对凹槽通道中的流动和换热问题进行了数值模拟. Nu的数值结果与文献已有的激光全息干涉实验结果基本一致,但某些工况与实验结果差别大约达到了20%～30%.数值计算获得的温度场也与文献已有的激光全息干涉实验结果基本一致.流场的数值结果表明,入口第一个突出块上出现了回流,这可以解释为什么第一个突出块的平均Nu较小.当Re=2632时,在最后一个突出块后出现了涡列,所得到的数值结果是振荡的,表明流动与换热在这个参数下出现了自维持振荡,是非稳态的.     

丁胞型强化换热管的数值模拟

在换热器管道的内壁面上布置丁胞可以有效地增强管道内的传热.通过三维数值模拟,对含丁胞的圆形截面管道内的定常不可压缩湍流流动进行了数值模拟.本文采用RNG k-ε方程模型作为湍流计算模型和SIMPLE算法求解管道的流动传热情况.数值模拟结果表明,丁胞的大小、深度、排列密度等几何结构均对管道的换热效果有一定影响.在较低雷诺数下,含较小丁胞的管道换热效果好于含较大丁胞的管道;在较高雷诺数下,含较大丁胞的管道换热效果好干含较小丁胞的管道.     

基于FLUENT的液氮相变传热的数值模拟

为了给枪械中液氮相变容器结构的设计提供参考,文中采用FLUENT中mixture混合模型,通过UDF实现了密闭容器中液氮相变传热的数值模拟,分析了不同温度、传热面积和长径比对容器中压强和氮气体积分数的影响。根据数值模拟可知,随着温度和传热面积的增加,容器中压强和氮气体积分数都增大;随长径比的增大,容器中压强增大,而氮气体积分数减小。     

多孔介质融化相变自然对流数值模拟

根据体积平均理论,建立多孔介质中融化相变过程自然对流模型。数值模拟了以石英砂颗粒为骨架、冰为填充相的二维融化过程。数值结果表明,在融化区上部发生较强烈的自然对流,融化界面与水平线倾角随融化时间越来越大。     

纯铁相变和层裂损伤的数值模拟

基于Hayes多相状态方程、非平衡相变速率模型、非平衡损伤演化模型和含损伤的本构关系,建立了同时考虑相变和损伤的数值模拟方法。利用该方法对纯铁的对称碰撞实验进行了数值模拟,分析了纯铁的相变和层裂损伤的相互作用。结果表明,纯铁材料中发生相变时,等厚样品中才会发生层裂,并且数值计算的样品自由面速度、层裂位置与实验结果吻合。