涡流管内三维强旋转流场数值模拟与分析

涡流管内可压缩气体的强旋转流动是涡流管能量分离的根本原因和驱动力,因而涡流管内流场研究是揭示涡流管能量分离物理机制的首要关键问题。由于涡流管内可压缩气体的三维强旋转湍流流动,实验测量中存在诸多问题,而CFD数值模拟技术对此具有很大的优势。文中以涡流管内部流场为研究对象,建立了涡流管计算域模型并进行网格划分,讨论了边界条件、湍流模型以及线性方程组求解策略等问题,对不同冷气流率下的涡流管内三维强旋流流场结构特性进行数值模拟,获得了不同冷气流率下的旋转运动、轴向运动、径向运动和循环流的分布特性。研究表明Realizableκ-ε湍流模型能够充分反映强旋流动特点,数值模拟结果与文献中实验值基本吻合。     

基于涡流管能量分离效应的温度分布实验研究

在入口温度、压力不变的条件下,改变冷流比,分别对不同冷流比工况下的涡流管内温度分布进行了实验测试,同时对不同冷流比工况下的实验结果进行比较,研究表明:在同一轴向端面处,温度由轴心向壁面呈现不断增大的趋势,在壁面附近处达到最大值;在同一径向位置处,温度随着轴向位置的增大不断增大,在涡流室的轴心处,温度达到最低,而在热端出口的壁面处,温度达到最大。在冷流比为0.1563时,温度沿径向呈增大趋势,而在冷流比为0.7158时,温度沿径向呈现先降低后增大的趋势;在实验研究范围内,同一测点处,温度随冷流比的增大而增大。     

三流道喷嘴涡流管能量分离特性的研究

涡流管是一种可以产生冷热分离效应的结构简单的装置,尽管其在结构和操作上非常简单,但管内发生的能量交换过程却极其复杂。以压缩空气作为涡流管的工作介质,对涡流管能量分离特性进行了实验研究,获得了涡流管制热效应、制冷效应与进气压力以及冷流率之间的关系。研究结果表明:在冷流率 μ_c<85％时,喷嘴进口压力愈高,三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈好,制热效应也愈好;冷流率愈高,三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈差,但三流道喷嘴涡流管的制热效应愈好。     

内螺纹肋管内流动与传热的数值模拟

本文以空气为介质(Pr=0.698),通过数值模拟的方法在Re=600-2000的范围内对内螺纹肋管内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了不同Re、螺纹肋的旋转角度α、螺纹肋的牙数N8对速度环量、Nu、Nu和阻力系数的影响,并通过对Nu和速度环量之间的关系进行了分析,得出在内螺纹肋管内强化换热流动中决定换热强度的物理量一速度环量。     

带有纵向涡发生器的翅片管的流动与传热数值研究

用三维数值的研究方法对带有纵向涡发生器的翅片管流动和传热进行了数值研究。研究发现,使用了45°冲角的矩形小翼纵向涡发生器可以使得翅片管的传热增加10.4-24.6%,同时相应的压力损失增加30.5-57.2%。研究了不同的冲角(a=30,45,60)对于管翅间换热和流动的影响,结果显示冲角为30°时效果最好。     

L型混沌流道流动与传热特性的数值分析

采用周期性模型对L型混沌流道内流体流动与传热性能进行数值模拟,并与普通平直流道相对比,分析得到了两种流道内流体流场与温度场分布的细观信息,同时还讨论了不同Re数对混沌流道内流体传热与流动的影响。设计制作了测试流体流动性能的冷模试验装置,采用激光多普勒测速仪对L型混沌流道中流道内特殊点的速度进行测量,并将试验测量结果与数值模拟计算结果进行对比。结果标明:试验测量结果与数值模拟计算结果总体变化趋势基本一致,主流方向上速度相对误差最大为13.8%,在工程允许的误差范围之内,由此验证了数值模拟计算的可靠性。     

新型涡流管的制冷特性研究

以新型涡流管为研究主体,通过实验,研究涡流管操作参数对涡流管性能的影响。根据实验数据,分析改变温度压力等操作参数对涡流管能量分离效应的影响。试验结果表明:当提高涡流管进气温度,其冷热两端出气温度升高,但并不影响涡流管的制冷效率;增加涡流管进气压力会提高涡流管制冷效应,并在冷流率为0.2时效果最明显;制冷效率随节流阀开度增加而增加且最终趋于稳定,而制热效率则随节流阀开度增加而减小并最终趋于稳定。     

水轮机导叶分离流动的数值模拟

1引言分离流在本质上是粘性流动和非粘性流动互相干扰的一类复杂流动,绕流中的分离现象往往使水力机械叶片水力损失急剧增加、效率下降,形成的压力脉动还将造成水力机械的振动山。尾水管涡带的形成和分离密切相关,是造成水力机械在部分负荷时机组振动和出力摆动的主要根源［‘j,在偏离最优工况时,叶片内的分离流动将十分严重。本文结合某电站机组出现的振动问题,求解Navier－Stokes的二维方程组,对导叶分离流场进行了分析。2控制微分方程组设导叶内流动为二维不可压粘性流动,控制微分方程组的守恒形式为：。、。分别为。,y两方向…     

百叶窗翅片管传热流动特性数值模拟与优化设计

本文通过数值模拟的方法探究了百叶窗翅片开窗角度α、开窗宽度L_w对翅片管传热流动性能的影响,结果表明,平均Nu数在33.45～43.41之间变化,阻力系数f在1.13～2.44之间变化。结合神经网络训练及遗传算法,选取了开窗角度α、开窗宽度L_w以及翅片间距L_p为优化参数,设计综合性能最优的百叶窗翅片结构。遗传算法优化后得到的翅片管(开窗角度为24.40°,开窗宽度为1.21 mm,翅片间距为1.43 mm)其平均Nu数为39.01,f为1.61。     

自由燃烧电弧中传热与流动的数值模拟

本文对自由燃烧电弧中传热与流动进行了数值模拟,计算域除包括电弧本身外,还包括阴极与阳极。为了避免等离子体鞘层中复杂的物理过程给模拟所带来的困难,对阴、阳极鞘层分别进行了简化处理。文中讨论了不同形式的能量方程及其离散格式对计算结果的影响。并在求解能量方程时,考虑了电极－等离子体交界面处特殊的传热机理。     

等离子体反应器中传热与流动的三维数值模拟

本文采用我们新发展的三维计算机程序,对有载气和颗粒从单个喷孔侧向喷射的等离子体反应器中的传热与流动以及颗粒的运动轨迹与加热历程进行了三维数值模拟,并与相应的二维数值模拟结果进行了比较。模拟结果表明侧向喷入的载气所引起的三维流动效应相当明显,不同的颗粒在反应器内的运动轨迹与加热历程也有明显差别。     

弧形通道散热器流动与传热的数值模拟研究

以某航空电子元器件的散热器为研究对象,建立了弧形翅片散热器微流道单元流域的三维模型。根据高空运行温度和压力设置边界条件,利用计算流体力学数值模拟方法对散热器弧形翅片的流场、传热性能等进行分析研究。通过实验数据拟合的关联式对模拟结果进行验证,对其强化传热效果与平板翅片进行比较。结果表明,弧形翅片具有很好的换热效果,雷诺数在780～1 450范围内,弧形翅片的传热效果比平板翅片提高8.43%～18.06%。相同工况下,弧形翅片的散热量较多、散热性能较好、传热效率较高。     

轴流式涡流管内三维流场的大涡模拟

根据涡流管内可压缩气体的强旋转运动是导致涡流管能量分离的根本原因,提出了在涡流管内加入一个"X"型导流片迫使气流产生强旋转运动,使其进气方式变为轴流式。利用计算流体动力学(CFD)的方法,建立了轴流式和切流式涡流管内部气体流动的三维大涡数值模型,对其内部气流流场进行了数值模拟。数值模拟结果表明:"X"型导流片可以改变轴向进入气体的运动方向,使气体产生高速旋转运动,得出"X"型导流片的叶片夹角为θ=120°时,气体的旋转效果最好;大涡模拟可以较好地模拟涡流管内气流的三维流场。     

波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

翅片管气化器管内相变传热流动数值模拟

采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义程序(UDF)实现了液氮相变模拟,模拟了不同进口流速对翅片管气化器管内流体换热量、压力降、含气率及汽化体积的影响,并分析了各参数随进口流速改变而变化的原因。由数值模拟可知,翅片管内流体进出口焓差、含气率及单位质量汽化体积随进口流速的增加而减少,而压力降和总换热量随进口流速的增加而增大,其中压力降增大的主要原因是由加速压降引起。     

空气横掠波纹管束流动与传热性能的数值模拟

本文应用层流模型和湍流模型的数值模拟方法,对空气外掠8排波纹管束时的流动与传热性能进行了研究,并将数值结果与实验结果进行了对比,结果表明:层流模型数值模拟结果较湍流更接近于实验值。同时,对两种模型的数值模拟结果拟合出了Nu-Re的关联式。     

涡流管能量分离过程实验研究

利用涡流管部分轴线温度测量实验装置,考虑到进气压力和涡流室结构对涡流管能量分离过程的影响,针对不同进气压力和不同涡流室结构的涡流管部分轴线温度分布进行了实验研究。根据实测结果,得到了进气压力及涡流室几何结构对涡流管部分轴线温度分布的影响曲线。在此基础上,根据实验结果并结合热力学原理对涡流管制冷的物理行为作了分析。结果表明:涡流导致涡流室中心区域气流膨胀是涡流管产生制冷效应的一个重要原因。     

内置双旋线换热管内流动与传热数值模拟

采用数值计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9 mm、12 mm、15 mm、18 mm的换热管内流体流动与传热特性进行模拟分析,结果表明:管内流体呈规律性三维螺旋流动,提高了管壁附近流体的周向速度和径向速度,加剧了管壁滞留层流体的扰动及与中心区域流体的混合;随着双旋线外径增大,流动阻力系数f随之增加;内置双旋线换热管的协同数均大于光管,综合性能评价指标PEC值可达1.8,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能。     

有限存贮空间内可燃多孔介质流动和传热的研究

对通风条件下可燃多孔介质库房内的流动和传热特性进行了数值模拟,得到了库房有限空间内的温度场和速度场.通过比较不同的来流温度和入口流速,得到的结果表明:可燃多孔介质(弹药)内部发生化学反应并产生热量,其温度由中心向四周逐渐降低;来流流速越大,越有利于弹药的冷却;在来流速度相同的情况下,来流温度越低,越有利于散热,对于可燃多孔介质(弹药)的贮存越安全;在左侧进风口的上下两边以及可燃多孔介质(弹药)的上方,会形成漩涡.