发汗冷却换热过程的实验研究与数值模拟

本文对水平矩形槽道内湍流对流换热与发汗冷却进行了实验研究和数值模拟。实验结果表明:随着冷却气体流量的增加,发汗冷却壁面温度、局部对流换热系数和Nu数都迅速下降;在注入率为1％时,壁温下降了约40％,对流换热系数降低至50％左右。随着注入率的增大,壁面热流先是增加,在F=0.7％-0.8％左右时达到一个最大值,随后下降。St/St0随着注入率的增大而降低; St／St0的实验值与由已有关联式以及数值计算得到的值基本吻合。     

模拟生物组织冻结过程实验与分析

冷冻外科中组织冻结过程的分析对手术实施十分重要。本文建立了低温冷刀实验台,在模拟生物组织中进行冷冻实验,测量了冰球内某点的温度变化;并用有限元方法求解了建立在治法基础上的模拟生物组织冻结过程多维数学模型,计算结果与实验值符合较好;用该模型和方法计算了实验条件下冰球内的温度梯度变化和冷刀所需理论冷量;分析了不同的冷刀直径对冻结过程的影响。     

不同环境温度下蓄冷式冷藏车温度场的模拟研究

环境温度对蓄冷式冷藏车箱体内部温度场与蓄冷材料释冷过程影响较大。本文以Na Cl水溶液为蓄冷材料,通过Solidworks建立蓄冷式冷藏车的物理模型,利用Gambit对物理模型进行网格划分,并采用Ansys软件对车内温度场和蓄冷材料相变过程进行模拟计算。结果表明:随着环境温度的升高,蓄冷板释冷过程加快,释放潜热时间缩短;车箱温度稳定在较高数值,且时间较短。环境温度为303K时,蓄冷材料完全融化为盐溶液需70.2h,车厢温度稳定在293K,维持时间为73.6h。环境温度与冷板温度温差较大,换热量较大,在计算工况下,热流密度为2.75W/h。     

饱和颗粒土冻结过程的数值模拟

影响饱和土冻结过程的因素很多而且复杂,本文采用刚性冰模型对于持续补水的饱和颗粒土的冻结过程进行了一维数值模拟,分析了外载、导水系数以及土豹持水性对于冻结过程以及冻胀的影响,计算结果表明外载增加使得冻胀速度降低,较大的导水系数以及较好的持水性导致分凝冻胀量较大.     

室温磁制冷主动式磁蓄冷器数值模拟

提出了一个研究工作参数、设计参数对主动式磁蓄冷器(AMR)制冷性能影响的数值模型。三个主要参数包括:质量流量m、频率f、蓄冷器孔隙率ε,被用来表征AMR的制冷能力。数值模拟的结果表明:对一个AMR而言,存在一个最佳孔隙率;在某一确定孔隙率条件下,AMR存在最佳换热流体质量流量和最佳工作频率;与高频相比,AMR在较低频率下有更好的制冷性能,一味提高频率并不一定能提高AMR的制冷量。模拟结果对磁制冷样机的设计、工作参数的选择有很大的指导意义。     

刮片式蓄冷氯化钠溶液凝固过程模拟与实验研究

利用Fluent软件中凝固与融化模型对氯化钠凝固过程进行数值模拟研究,分析第一类边界条件下氯化钠溶液在凝固过程中的温度场分布、相界面移动规律以及凝固时间与浓度的关系,得出氯化钠溶液的凝固时间与浓度成正比,并且出现混合相与出现纯固相的时间间隔随着浓度的增大而增大。同时结合实验中蓄冷蒸发器出口氯化钠溶液的温度变化,得出实验出现阶跃的时间与模拟过程中出现固液混合的时间是比较对应的。     

混凝土材料动态力学性能实验与数值模拟研究

 利用轻气炮对素混凝土材料进行了3种不同冲击速度下的动态力学性能实验,得到了时间-应力曲线,随后利用软件进行数值模拟,将模拟结果与实验结果进行比较,解释了飞片和靶板破坏过程中波的传播过程。通过分析发现：混凝土材料表现出明显的率相关性、滞后效应和应力波的衰减特征,这些与材料内部损伤的演化密切相关;混凝土材料在压缩波、边侧稀疏效应和左、右自由表面反射拉伸波的共同作用下,最终形成宏观破碎;实验中靶板尺寸设计合理,有效避免了边侧稀疏效应对锰铜压阻计测试信号的影响。     

声悬浮的实验研究和数值模拟分析

介绍了自行研制的一种磁致伸缩式单轴超声悬浮装置,用此装置实现了尺寸1—7mm的若干种金属、半导体和有机物在空气中的稳定悬浮和定位,可悬浮样品的密度高达11.3g/cm³.为了优化谐振腔设计,采用边界元方法结合两类不同结构的谐振腔模型研究了谐振腔几何形状对声场分布以及悬浮定位能力和悬浮稳定性的影响. 关键词：     

浅水涌波数值模拟的Roe平均法

为了适应数值模拟浅水涌波的需要，给出了冻结直角坐标系下的浅水波方程组系数矩阵的Roe平均法。通过对一维浅水波方程组的几种冻结法关于溃坝问题进行的数值实验比较。充分展示了Roe平均法在模拟涌波方面的优越性。     

盘管式蓄冷板融化过程的数值研究

本文采用数值模拟的方法研究了盘管式蓄冷板的融化过程,分析了管道的偏心距和肋片尺寸对融化过程的影响。研究表明,随着偏心距的增加,融化速率加快。肋高越大,蓄冷板的融化速率越大,而肋宽对融化过程的影响可忽略不计。添加肋片减小了蓄冷板的最大释冷量,而改变偏心距并未改变蓄冷板的最大释冷量,且不同情况下的释冷量与液相率大致成线性相关。     

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

利用三维分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程.数值模拟中,统计系统采用微正则系综,势能函数选用TIP4P/ice模型,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解采用文莱特算法,水滴内部结冰过程则通过统计垂直方向水分子温度分布来判定.研究发现,当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减小,但水滴降至壁面温度的时间却增大;同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长.     

低温开架式气化器表面结冰数值模拟

针对开架式气化器(ORV)建立4组不同海水液膜厚度下的换热管模型,基于Realizable k-ε及SolidificationMelting模型进行流固耦合传热计算,分析不同海水液膜厚度以及不同海水入口流速对换热管外海水结冰的影响。海水入口流速在0.5m/s~1m/s范围内变化时,海水入口流速越小,液膜厚度越薄,换热管外海水越易结冰;当液膜厚度为1mm、海水入口流速为0.5m/s时,结冰长度达到454mm。可见,换热管外海水结冰受液膜厚度与海水入口流速影响很大。海水从上往下流动过程中,换热管外海水结冰率逐渐增大,冰层逐渐增厚,且结冰重点区域位于换热管翅片缝隙及换热管连接处。因此在ORV实际运行中,为防止换热管结冰,应合理布置海水分布装置,并对换热管外翅片夹角、形状及换热管连接结构进行优化设计,以增强ORV传热效果。     

基于LNG冷能的海水冷冻淡化机理研究

为利用液化天然气(LNG)的冷能实现海水冷冻淡化,研究了海水在超低温环境下的冷冻淡化机理,试验测试了海水在不同冷冻条件下的制冰淡化性能参数,分析了各因素对海水冷冻淡化过程的作用机理及性能影响,比较得出了该工艺系统的最优运行参数。该研究结果为基于LNG冷能的海水冷冻淡化系统工艺设计提供了重要的参考依据。     

静电场模拟实验的教学研究

用稳恒电流场模拟静电场是理工科大学生的必修物理实验.在传统的物理实验教学中,一般使用等臂记录法获取实验数据,然后根据等势电压与等势圆半径的对数的线性关系,进而求出内圆柱电极半径和外环电极内半径.本文根据实验数据的特点,分别使用指数拟合法、二元线性回归法和A类不确定度法同时处理用稳恒电流场模拟静电场中得出的实验数据,给出稳恒电流场模拟静电场实验的误差分析.通过对比,对数据处理方法在实验教学中的应用进行了相关分析和研究.     

COIL非稳腔实验的数值模拟

在薄层增益近似与非均匀加宽饱和增益系数条件下,用C-7程序对COIL非稳腔实验进行了数值模拟,计算所得结果对分析实验结果有一定参考价值.     

基于正交试验低温文丘里流量计特性的数值仿真

针对低温文丘里流量计建立三维可压缩流体动力学模型,采用正交实验的方法,对低温文丘里流量计进行数值模拟研究,并与常温氮气实验数据进行对比。结果表明:采用三维模型进行仿真可以准确地模拟低温文丘里流量计的常温标定实验;采用正交试验,以低温文丘里流量计的流出系数和压损比为指标,对入口锥角α、喉部直径比β、圆管喉部长径比λ、出口锥角γ进行分析,优化了低温文丘里流量计的结构参数。     

微喷颗粒与气体混合过程的数值模拟研究

冲击波作用下金属与气体界面将发生微喷混合现象,即金属表面产生的微喷射物质在气体中的输运过程.提出采用散体颗粒分布代替微喷初始状态,基于气体-颗粒两相流模型对微喷混合现象进行了模拟研究.数值模拟给出了微喷混合的动力学演化过程,分析了初始气体压力和颗粒尺寸因素对混合层的影响规律;在数值模拟中发现了微喷颗粒的气动破碎现象,这可导致颗粒尺度明显减小,成为影响微喷混合演化性质的重要物理因素.本文模拟结果与相关实验结果取得一致,初步表明,气粒两相流模型是模拟微喷混合过程的一种有效方法.     

卧式离心铸造过程数值模拟与水力学试验研究

建立了卧式离心铸造情况下液体充型及凝固过程的数学模型.基于该模型对卧式离心铸造轧辊离心阶段的温度场、流场进行了数值模拟.采用水力学模拟试验与数值模拟进行对比,结果表明数学模型准确可靠.通过对卧式离心铸造充型过程中金属液运动规律的分析,发现卧式离心情况下金属液按螺旋形轨迹充填型腔.随着转速的增加,金属液更易于均匀铺满型腔.这对采用卧式离心铸造轧辊的实际生产具有一定的指导作用. 关键词： 卧式离心铸造 数学模型 数值模拟 水力学试验     

Numerical simulation of tissue freezing by liquid nitrogen based cryoprobe

A model is presented to simulate the cooling processes during tumor cryosurgery with different kinds of flows through the cryoprobe. The heat flux between the cryoprobe wall and the tumor, the heat transfer coefficient under different inflow conditions are obtained numerically. The impact of the inlet mass flow rate, gas volume fraction on these parameters is investigated. It is found that the heat transfer coefficient decreased significantly when inflow changed from two-phase annular flow to droplet flow, and to gas flow. The inlet gas volume fraction and flow velocity only significantly affect the freezing ability of the probe when the inflow is gas or in droplet phase. Simulation of the tumor temperature profiles under different flow conditions show that the heat transfer coefficient is a crucial parameter in temperature prediction during cryosurgery. Results indicate that when the cryoprobe wall is assumed at a constant temperature conventionally, the cooling effect could be overestimated. It would be more reasonable to use the constant wall heat transfer coefficient to simulate the cooling progress under a specific flow.