轴向进气位置对转静盘腔传热影响的分析

本文对具有不同轴向进气位置的两个转静盘腔的流动和传热进了数值模拟。这两个盘腔除进气位置不同外,具有相同的几何结构,进气流量及温度边界条件。在盘腔的核心区采用标准k-ε紊流模型,近壁区采用单方程模型。求解并分析了包括流体域,固体域的整体温度分布以及流固界面上的努塞尔数分布。     

球形和泪滴形凹陷涡发生器传热实验和数值计算

凹陷涡发生器是一种高效的燃气轮机涡轮叶片冷却结构,本文对分别具有球形和泪滴形凹陷涡发生器阵列的表面传热与流动性能开展了实验和数值计算研究。本文分别采用Standardκ-ω,SST和Reliazableκ-ε三种湍流模型计算了凹陷涡发生器表面湍流传热与流阻性能,并与实验结果进行了对比,确定了Standardκ-ω是研究凹陷传热和流动最精确的湍流模型。通过该研究,获得了球形和泪滴形凹陷涡发生器在雷诺数范围8500~60000内的传热及流阻和流动特性。该实验研究表明,与光滑通道内湍流流动相比,球形凹陷传热性能提高约60%,摩擦因子增加约70%;泪滴凹陷传热性能提高约90%,摩擦因子增加一倍左右。泪滴形凹陷表现出更好的传热性能和综合热性能。     

五种低雷诺数κ-ε模型的考核

低雷诺数k-ε模型适用于从湍流旺盛区到固体壁面的全范围,比标准k-ε模型的适用范围更宽。本文采用经典算例,对五种低雷诺数k-ε模型进行数值计算考核.计算结果表明在选取的算例中,NH模型的预测能力略优于其它模型;而标准k-ε模型则虽比大多数低雷诺数模型的计算量小,但对分离流动的预测能力较差。     

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.     

燃气透平叶栅端壁传热特性的数值研究

采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化。结果表明;马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致。湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大。采用v~3—f湍流模型能较好地预测端壁传热分布。来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化。     

曳力和湍流对超临界水流化床传热特性的影响

本文采用基于颗粒动力学的欧拉双流体模型,对比研究了曳力和湍流对超临界水流化床传热特性的影响,选取了Gidaspow、Syamlal-O'Brien和Wen-Yu三种曳力模型以及标准κ-ε、RNGκ-ε、Realizableκ-ε湍流模型三种高Re数湍流模型及低Re数κ-ε湍流模型。研究结果表明,在三种曳力模型中,Gidaspow曳力模型在超临界水流化床中更为适用;对于所采用的四种κ-ε湍流模型,利用三种高雷诺数湍流模型模拟所得床层与壁面间传热系数基本一致且大于采用低雷诺数模型模拟所得传热系数,而综合考虑,RNGκ-ε湍流模型更适于超临水流化床传热特性的研究。     

水平管外混合制冷剂的降膜滴状流动数值研究

降膜滴状流动因高传热和低成本等优点应用十分广泛,本文采用数值计算方法研究了水平管外混合制冷剂的降膜滴状流动和换热特性。首先采用流型和分离长度验证的方法提出一种可行的模拟计算方法,通过与实验对比验证了此方法和模型的可靠性,然后分别研究了雷诺数与管间距对管外降膜滴状流动形态和换热特性的影响。结果表明管间距为5 mm时,随着雷诺数变大,对流换热系数逐渐变大;当雷诺数为80时,随着管间距的增大,对流换热系数变化幅度较小。本文的研究方法和结果可以为混合制冷剂的降膜滴状流动的流型与传热研究提供参考。     

轴向通流旋转盘腔中流动与传热数值研究

本文采用三维N-S非定常计算方法对旋转盘腔中的流动与传热进行了数值研究.数值计算结果表明;下游盘的Nu数径向分布与实验结果吻合较好,上游盘趋势吻合但数值上有一定差别;旋转盘腔中流体的整体转动速度小于旋转圆盘的转动速度.进一步计算结果表明,重力的影响大小与整体流态转速相对坐标系转速的比值密切相关,该相对转速越大影响越小,反之越大.     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明:对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

不同湍流模型对热等离子体射流模拟的影响

本文应用大气压等离子体射流传热与流动的三维数学模型,在相同初始条件下,计算得到了采用不同湍流模型时氩等离子体射流对称轴线上的温度、速度及空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果表明采用标准κ-ε模型和Realizableκ-ε模型时与实验结果相差较大,而采用RNGκ-ε湍流模型时模拟结果与实验数...     

二维顶盖驱动半圆腔内流动MRT-LBM研究

本文采用多弛豫时间格子玻尔兹曼方法(multi relaxation time lattice Boltzmann method—MRT LBM)对二维顶盖驱动半圆腔内流动进行了数值模拟,得到了雷诺数为500～50000范围内半圆腔内流场分布情况。在二维顶盖驱动半圆腔流场中,随雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、混沌流等状态。本文计算结果表明,MRT-LBM模型可显著提高计算的稳定性,适用于大范围的雷诺数流动情况。     

应用高分辨率迎风格式精确分析透平叶栅三维湍流流场

应用高收敛率、高精度和高分辨率的数值计算方法,通过求解全三维可压缩雷诺平均的Navier－Stokes方程和q－ω低雷诺数双方程湍流模型,数值模拟了VKI跨音速叶栅内的三维流场,对叶棚内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明,本文采用的计算方法可以精确模拟叶轮机械内部的复杂流动。     

格子Boltzmann亚格子模型的研究

为了将格子Boltzmann法应用于大雷诺数流动的模拟,本文将Smagorinsky亚格子模型和LBGK模型相结合,并对该亚格子LBM模型进行了研究。利用该亚格子LBM模型,对二维顶盖驱动流进行了模拟,得到了若干大雷诺数下流线图和方腔中心线上无量纲速度分布。计算结果与基准解进行比较,两者相互吻合。     

间断伽辽金方法在燃机空气系统中的应用

间断伽辽金方法(DGM)对守恒变量及梯度变量具有一致的任意高阶计算精度,因此该方法也具有较高的热流计算精度。本文搭建了二次空气系统单元机理实验台,并采用DGM对中心进气转静系开展了数值计算,取得了误差小于10%的对流换热系数计算结果。此外本文结合SST-γ-Re_θ转捩模型,应用有限体积方法(FVM)及DGM,对燃气轮机旋转盘腔内流动与传热进行了预测,并取得了与实验结果吻合较好的传热预测结果。此两转转系及转静系典型问题验证了DGM对燃气轮机二次空气冷却流动传热预测具有一定优势,展现了DGM在燃气轮机二次空气系统中广阔的应用前景。     

方形分离器内气固两相流动的数值模拟

本文采用颗粒随机轨道模型，并与ｋ－ε模型及应力代数模型相结合，对方形分离器内的三维气固两相流动进行了数值模拟，气相计算得到了与实验结果基本一致的湍流流场，两相计算得出了与实验基本符合的分离器分离效率曲线。计算结果表明，在方形分离器内的旋风流动计算中，ｋ－ε模型及应力代数模型均得到比较合理的结果，并与实验符合较好；两相流动的计算初步分析了方形分离器的分离性能及分离机理，得到对工程设计有指导意义的结论。     

交叉三角形波纹板流道在过渡流状态下的传热与阻力特性

交叉三角形波纹板流道中流动常处于过渡态。本文研究了交叉波纹板中的周期性完全发展流动及热传递。利用周期性降低几何流道的复杂性以及简化模拟对象。为了模拟这个拓扑结构中的过渡流,利用了已经验证的低雷诺数k-ε,湍流模型来说明流动中的湍流流动。得到了三维复杂计算区的温度、速度以及湍流场。计算了在恒壁温和恒热流密度两种边界条件下的摩擦系数和平均Nusselt数及其与雷诺数的关系。湍流中心从上层壁面的波纹处移向下层壁面的波纹处并逐步增强。     

矩形方腔内流动分叉现象的数值研究

为了研究矩形方腔内空气的流动特性,本文对不同初始条件、不同雷诺数下方腔内的流动状况进行了数值模拟。计算结果表明,当方腔内的雷诺数较大时,方腔内空气的流动会出现分叉现象,即对不同的初始条件,尽管边界条件完全相同,计算所得的流场却不一样。而当雷诺数小于某一值时,流场与初始条件无关,无分叉现象出现。     

低温液体流动沸腾数值计算中的相间传热模型

采用双流体模型预测了液氮在垂直管内的流动沸腾过程,着重考察和评价了五个常用的相间传热模型对数值计算结果的影响,找出了最优的相间传热模型;同时,研究还发现相间传热模型对流动压降的预测并无明显影响.     

微通道换热器流动和传热特性的研究

通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。