对流传热对冷冻靶温度影响的数值分析

利用计算流体力学的程序Fluent,以法国的兆焦激光装置LMJ为原型,研究了惯性约束聚变间接驱动靶中黑腔内填充气体的自然对流传热效应对靶丸温度分布的影响;通过在黑腔内加入聚合薄膜,减小靶表面的温度不均匀性,得到了最佳腔体分隔模式;并在分隔成7个分区的腔体中,结合调整黑腔壁上下冷却环的温度,当两冷却环之间存在±0.5 mK 的温差时,使得靶丸表面的温度均匀性最终能够满足聚变的要求。     

黑腔冷冻靶传热与自然对流的数值模拟研究

惯性约束聚变的设计要求在靶丸内形成均匀光滑的氘氚冰层, 靶丸周围的热环境对冰层的质量特别是低阶粗糙度有很大的影响. 本文对自主研发的黑腔冷冻靶实验装置中的热物理问题展开了数值模拟, 重点考察了黑腔冷冻靶的传热和流体力学特性. 通过参数分析得到了自然对流对靶丸温度均匀性产生影响的临界条件. 比较了黑腔不同布置朝向时的流场和温度分布, 结果显示黑腔水平布置时自然对流更加强烈, 造成的靶丸温度不均匀性也更大. 在此基础上, 讨论了消除自然对流影响的可能性, 结果发现仅当黑腔垂直布置时利用黑腔分区方法能够消除对流效应对靶丸温度不均匀性的影响而黑腔水平布置时不能消除. 研究结论对于实验中冷冻靶结构的设计、改进和实验的开展等具有指导意义.     

辐射换热对冷冻靶温度影响的数值分析

为了研究辐射换热对惯性约束聚变间接驱动靶系统的温度场影响,建立了带有辐射屏蔽罩的冷冻靶系统数值计算模型,利用FLUENT软件的离散坐标辐射模型分析了系统的辐射换热,并对影响辐射换热的相关结构和参数进行了模拟优化。结果表明:采用双层屏蔽罩、减小屏蔽罩的发射率、增大屏蔽罩的散射分数和金腔的吸收率、增设暴风窗,均可有效减小靶丸与外界的辐射换热,从而改善靶丸表面的温度均匀性。     

辐射换热对冷冻靶温度影响的数值分析

为了研究辐射换热对惯性约束聚变间接驱动靶系统的温度场影响,建立了带有辐射屏蔽罩的冷冻靶系统数值计算模型,利用FLUENT软件的离散坐标辐射模型分析了系统的辐射换热,并对影响辐射换热的相关结构和参数进行了模拟优化。结果表明：采用双层屏蔽罩、减小屏蔽罩的发射率、增大屏蔽罩的散射分数和金腔的吸收率、增设暴风窗,均可有效减小靶丸与外界的辐射换热,从而改善靶丸表面的温度均匀性。     

自然对流对横纹管内湍流对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下横纹管内的流动传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,横纹管内下侧Nu数大于上侧Nu数,随着Re数的增加,管内下侧Nu数与上侧Nu数的差值逐渐减小。考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数与不考虑自然对流影响的横纹管内平均Nu数基本相等。强制对流的Re数越低,自然对流对横纹管单侧传热影响越明显。横纹管槽宽越小,槽深越深,自然对流对单侧传热影响相对越小。通过非线性拟合,分别得出横纹管内下侧传热Nudown/Nuave-b、上侧传热Nuup/Nuave-b与浮升力参数Bo的关联式。     

冷冻靶校准误差和烧蚀层粗糙度对氘氚层均匀性的影响

 理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明：为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。     

冷冻靶校准误差和烧蚀层粗糙度对氘氚层均匀性的影响

理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明：为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。     

流向对管束外混合对流影响的数值模拟

用格子玻尔兹曼方法对微圆管管束外混合对流的换热情况进行了数值模拟研究。在充分验证程序正确性的基础上,对混合流动绕流时不同壳侧进液角度,不同雷诺数Re以及瑞利数Ra等方面对传热的影响进行模拟研究,对衡量传热效果的Nu数及温度场进行了对比,总结出了换热规律。为高效微管换热器的开发提供了理论指导。     

冷冻靶制备中辅助加热的理论和数值分析

 为了补偿惯性约束聚变（ICF）冷冻靶冷却过程中非球对称腔体的热流分布,通常在冷却的同时在腔外壁上施加辅助加热。在间接驱动靶中建立了1维热传导理论模型,分析所需辅助热流密度,同时在2维轴对称模型下,利用计算流体力学的FLUENT程序,对辅助加热机制进行了热力学模拟。当把辅助加热设在腔外壁的中平面上下各1.3 mm的范围时,得到了最佳辅助热流密度为635 W/m²,与理论结果基本一致。     

低温冷冻靶温度动态特性的数值模拟研究

惯性约束聚变点火成功的关键之一在于靶丸内形成均匀的氘氚冰层,靶丸周围的温度场对冰层质量有很大影响.首先通过实验靶系统实验验证了数值计算模型的可靠性,在此模型的基础上,对低温冷冻靶装置的热物理问题特别是温度动态特性问题展开了数值模拟,重点考察冷环温度波动时,温度传递衰减过程的规律以及各影响因素对于温度传递衰减过程的影响.结果显示:冷环温度一定时,填充气体压力降低、填充气体中氦气比例增大,靶丸表面温度均匀性提高;当冷环温度波动时,温度波动的周期减小、振幅减小、填充气体压力升高、填充气体中氦气比例降低有利于控制靶丸表面温度波动;冷环温度波动的周期适中、振幅减小、填充气体压力降低、填充气体中氦气比例提高有利于改善靶丸表面温度均匀性.研究结果对实验中冷冻靶合理配置各参数实现温度控制具有重要参考价值.     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

纳米流体对流换热机理分析

考虑在纳米流体中纳米颗粒做布朗运动引起的对流换热, 基于纳米颗粒在纳米流体中遵循分形分布, 本文得到纳米流体对流换热的机理模型. 本解析模型没有增加新的经验常数, 从该模型发现纳米流体池沸腾热流密度是温度、纳米颗粒的平均直径、 纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的分形维数、沸腾表面活化穴的分形维数、基本液体的物理特性的函数. 对不同的纳米颗粒浓度和不同的纳米颗粒平均直径与不同的实验数据进行了比较, 模型预测的结果与实验结果相吻合. 所得的解析模型可以更深刻地揭示纳米流体对流换热的物理机理.     

封闭腔内纳米流体强化自然对流换热的数值模拟

采用F luen软件对封闭腔内Cu-H2O纳米流体强化自然对流换热进行了数值模拟,重点分析Cu纳米粒子添加量和Gr数对换热性能的影响,并解释其换热机理。研究结果表明:在水基液中加入Cu纳米粒子可以显著提高基液的自然对流换热特性。对于一给定的Gr数,随着纳米粒子质量分数的增加,纳米流体的速度组成部分增加,纳米流体质量分数越大,x方向和y方向的速度峰越大,因此加速了流体中能量传输。另一方面,随着Gr数的增加,流线图中旋涡逐渐变大,流线间强度增加,说明换热效果逐渐增强。当Gr数较小时,传热主要是由热壁和冷壁之间的热传导引起的,随着Gr数的增大,换热逐渐变为由对流换热占主导地位。     

Natural convection heat transfer at reduced pressures

This paper experimentally studies the natural convection heat transfer characteristics on horizontal and vertical plates at pressures lower than atmospheric value. Eight different pressures ranging from 10Pa to 101.325kPa, and three heating loads were used in the experiments. It is found that natural convection heat transfer characteristics at reduced pressures are independent of the plate arrangements and present different behaviors in two pressure ranges, 10Pa < p < 1000Pa and p > 1000Pa. The experimental heat transfer results are correlated into a non-dimensional equation to help the thermal design of stratosphere aircrafts and airborne equipment.     

毛细管内液氮的自然对流换热数值计算分析

主要探讨了毛细管管径以及倾角对其内的加热丝与液氮的换热效果的影响。应用FLUENT软件对0、30、60、90倾角下管径为1.2mm和2.0mm的毛细管内的加热丝与液氮的换热情况进行了三维数值模拟,得到了管内液氮的速度、温度以及加热丝的温度分布情况。数值计算结果与实验结果吻合的比较好。计算结果表明倾角为30°和60°的换热效果最好,大管径下的换热情况要比小管径的换热效果好。     

前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散