电动汽车电池组冷媒直冷系统工作特性的试验

针对一种利用电动汽车空调制冷剂直接冷却电池组的锂离子电池热管理系统,设计了基于口琴管式冷板的电池模组.进行了直冷和液冷的比较,研究了环境温度、压缩机转速、阀门开度及放电倍率对制冷剂流量和蒸发温度的影响,以及对电池组散热特性的影响.结果表明:采用直冷方式在控制电池组平均温度上比液冷具有更好的冷却效果;压缩机转速增加对电池组有明显的控温效果,在3500 r/min的转速下即使是2.0 C的高倍率放电也能控制温度在40.00℃以下;阀门开度增大有利于电池组平均温度的下降,但不利于电池组温差的降低;在电池组温差较大的情况下,单体电池温差能占到电池组温差的88%.

《传热学》课程思政教学探索与实践

为了把思想政治教育贯穿人才培养体系,全面推进高校课程思政建设,发挥好每门课程的育人作用,提高高校人才培养质量,2020年5月,教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》。该《纲要》指出,课程思政建设是全面提高人才培养质量的重要任务,以坚定学生理想信念,以爱党、爱国、爱社会主义为主线,围绕政治认同、家国情怀、文化素养等课程思政内容,进行中国特色社会主义教育、社会主义核心价值观教育。《传热学》课程是能源与动力类专业的核心基础课程,在专业培养体系和学生认知体系中均具有重要作用,如何根据不同的专业方向和特色,深度挖掘提炼专业基础知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵,科学合理拓展专业基础课程的深度与广度,增加课程的知识引领,激发学生的创新能力,我校《传热学》教学团队的老师们经过不断地学习与摸索,总结积累了一些课程思政建设的实践经验,在这里与同行们进行分享与探讨。

不同载体Pt基整体式催化剂对氢气低温反应性能的影响

以H型分子筛-5(hydrogen zeolite sieve molecular-5,HZSM-5)和氧化物(Al_(2)O_(3)、TiO_(2)和SiO_(2))涂层为载体、堇青石蜂窝陶瓷为基体、贵金属铂(Pt)为活性组分,制备了Pt/载体/堇青石整体式催化剂.利用XRD、SEM、TEM和XPS等表征手段,对催化剂的结构与性质进行了分析.探讨了在氢气体积分数为2.5%的环境中,不同载体、不同Pt负载量对氢气低温催化燃烧反应性能的影响.研究结果表明:以HZSM-5为载体的整体式催化剂性能最优,这与催化剂活性层黏结性良好、Pt在该载体上的分布良好及其粒径均匀有关;以SiO_(2)为载体的催化剂性能最差,测试显示这种载体上Pt 0种类含量最少,且Pt负载不牢;Pt负载量为0.01 g·L^(-1)时,Pt/HZSM-5/堇青石整体式催化剂的催化活性较好;Pt负载量为0.05 g·L^(-1)及以上时,整体式催化剂均能在室温下快速起燃,并实现氢气转化率为100%.

基于改进遗传算法的汽车散热器优化设计

根据汽车散热器体积小、耗材少的设计要求,提出了相应的优化目标函数;选定散热器百叶窗翅片的波高、波距、水管横截面长、宽、芯体总宽等结构参数作为决策变量,采用遗传算法对其进行结构优化计算;通过对换热器遗传算法优化过程特点的研究,对基本遗传算法的种群初始化、选择算子、变异算子等作了一定的改进;为验证优化模型和改进遗传算法的正确性,编制了优化设计软件,优化实例显示优化后的散热器的换热面积比原型减少了31.2%,表明改进后的遗传算法用于汽车散热器的结构优化,能够取得较好的优化效果.

MTPV系统中热光电能量转换的数值分析

为研究微热光电系统中辐射表面和光电池表面间的能量传输特性,构建了能量转换的物理数学模型。模型中辐射表面采用矩形结构的碳化硅片,光电池选择锑化镓,并考虑辐射表面温度分布的不均匀性和空间辐射角系数。通过改变辐射器表面温度分布、光电池温度以及两者之间的距离等参数,计算各种情况下的电池效率和功率密度,分析这些参数对它们的影响规律,得出如下结论:间距增大,可显著降低功率输出,但对电池效率影响不大,距离每增加1mm,电池效率仅减小0.24%;电池温度升高,电池效率和功率密度均呈现出线性关系逐渐递减;混合气流量从600mL/min提高至1800mL/min,功率密度可提高216.7mW/cm2。

基于Flowmaster的汽车散热器结构分析与正交优化

针对某款汽车散热器,采用一维热流体仿真软件Flowmaster,建立了基于几何结构的换热器计算模型,并利用试验对该模型的可靠性进行了验证.在保证散热器整体体积不变的前提下,采用正交试验方法进行了仿真计算,分析了扁管宽度、扁管高度、翅片高度及翅片波距等结构参数对散热器换热性能的影响,并在此基础上确定了以散热器换热性能最佳为目标的优化结构尺寸.结果表明:当扁管宽度为27.00 mm、扁管高度为1.50 mm、翅片高度为6.25 mm、翅片波距为2.10 mm时,散热器的换热性能最佳.

大容量锂电池液冷冷却结构设计及仿真分析

针对大容量锂离子电池组,建立了三维热模型,获取了锂电池在1 C、2 C和3 C条件下的温升特性。通过对微通道液体冷却结构的设计和CFD仿真模型,分析了在1 C放电条件下的冷却效果。仿真结果表明,采用微通道的冷却结构能够有效降低电池组温度,通过改变冷却液流量和入口温度能有效改善电池组温升和温度均匀性,从而使电池组工作在合理范围内。

燃烧室结构对微热光电系统能量转换的影响分析

针对微热光电系统,设计了4种结构的平行板燃烧室,在考虑辐射表面温度分布的不均匀性和空间辐射角系数的前提下,构建了系统能量转换模型并编制了相应的计算程序。通过计算得出不同结构的平行板燃烧室对系统能量转换的影响,重点分析了喷口形状、多孔介质、催化剂的使用等条件改变时辐射外壁面的温度分布、辐射能光谱分布、各子环节效率和系统整体电能输出。结果表明:在微燃烧室中,多孔介质的填充、扩展型喷口的开设、催化剂的使用均能提高其外壁面的平均温度,同时也能改变温度分布特别是最高温度区域的位置,这也导致单色辐射力和有效辐射能均依次增加;基于3种改进结构燃烧室的系统在能量转换的各方面均优于采用圆形喷口直通道燃烧室的系统,其中扩展型喷口内部催化结构的燃烧室在相同燃料输入时能使系统整体效率提高56.6%,功率密度达到0.87W/cm3.

燃气—蒸汽联合循环热电冷三联供系统分析

结合了热力学第一定律和第二定律,通过燃机出力123.4MW的燃气—蒸汽联合循环热电冷三联供系统的算例,计算了系统各组成部件的火用效率和火用损失,从火用分析的角度,考察了能量在其中的合理利用,找出循环过程中的薄弱环节,为系统进一步节能工作的开展提供了科学依据。

带有预热通道的微平行板燃烧器的数值模拟

为进一步提高平行板微热光电系统的整体转化效率和工作性能,设计了一种带有预热通道的新型微平行板燃烧器,采用数值模拟的研究方法,对比了入口氢气、氧气当量比为1.00,总流量为900 mL/min时有无预热通道的2种燃烧室内部、辐射壁面以及出口截面的温度分布.计算结果表明:氢气、氧气在2种燃烧器中混合充分,均能实现稳定的燃烧,而预热通道的设置则可通过提高燃料和氧化剂的进气焓值,从而改善了燃烧的效果,最终使辐射外表面平均温度增加了105 K,有利于提高微热光电系统的功率输出和光电转换效率.

微型热光电系统中一维光子晶体过滤器改进设计

为进一步提高微型热光电系统的能量转化效率,在系统中设置了一维Si/SiO2光子晶体过滤器,以实现对长波辐射能的回收利用。根据光学薄膜设计理论以及传输矩阵的方法,获取了过滤器的基本结构及光学特性,并针对其第一反射带宽度过窄的缺点,采用多层膜叠加的方法,获得了一个改进结构的过滤器[1.10(L/2HL/2)](L/2HL/2)3[1.10(L/2HL/2)][0.95(L/2HL/2)](L/2HL/2)3[0.95(L/2HL/2)],其第一反射带宽度被拓展至2-4μm,同时在通带内也具有0.95的透射率。利用完善后的系统能量转换计算模型进行了相关对比分析,其结果表明,过滤器可在有效缓解电池冷却负荷的同时,通过提高辐射壁面的温度达到提升系统输出性能的效果,在1 500 mL/min的总流量下,采用改进结构过滤器的系统输出功率达到了5.46 W,效率为2.6%,比采用基本结构过滤器提高了5.7%。

内置错列挡板式微型燃烧器的工作特性

为提高微型热光电系统的输出性能,本文设计了一种内置错列挡板的平板式微型燃烧器,并通过构建的三维计算模型,研究了其工作过程的基本特征以及挡板间距和位置等结构参数的影响。研究结果表明:直通道内部设置挡板后,得益于换热效果的增强,辐射壁面的温度值和均匀性都有一定程度的提升;在2~5 mm的挡板间距范围内,每缩小1 mm,壁面温度约能提高17 K;挡板初始设置点则对壁面高温区域的分布形态和均匀性有直接影响,在4 mm时燃烧器工作效果最佳。

热辐射及辐射换热的教学组织和方法探讨

结合热辐射和辐射换热部分教学内容的特点和教学实践, 在教学组织和开展方面进行了总结和探讨.提出渐进式教学引导学生的学习兴趣, 注意区分几组重要概念引导学生深入理解问题, 并培养学生工程视角, 提升灵活处理问题的能力.

点火位置对天然气转子发动机燃烧的影响

为了实现对火花点燃式转子发动机工作过程的动态模拟,建立了相应的湍流和燃烧模型。在此基础上,计算得到了转子发动机缸内的流场、温度场演变及火焰传播过程。并在相同点火条件下,分析了不同点火位置对缸内燃烧过程的影响。研究结果表明:点火位置位于湍流到单向流的过渡区域时,压力峰值增大,但同时缸内平均温度增大,NO排放量也相应增加。

点火提前角对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以火花点燃式转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的动态模拟。在此基础上,计算得到了转子发动机缸内流场、温度场的演变及火焰传播过程,并计算分析出了不同点火提前角对缸内燃烧过程的影响。计算结果表明:燃烧室内部涡流对火焰传播起着积极的加速作用,点火时火花塞位于涡流区到单向流的过渡区域最好。随着转子运动,涡流会因燃烧室容积减小而受到挤压并消失,在涡流消失时刻一定的情况下,为了充分利用涡流的作用时间,应该适当地增大点火提前角。在计算工况下,当点火提前角为47°时,发动机的燃烧效率和气缸内压力峰值均最高,并且NO x的排放较少。此研究为其他不同工况下,转子发动机的最佳点火提前角的确定提供了理论参考依据。

微尺度下氢氧预混合气催化燃烧的研究

基于空间气相和表面催化的详细化学反应机理,应用计算流体动力学软件对亚毫米燃烧器内的氢氧预混合燃烧进行模拟,在对催化燃烧模型进行试验验证的基础上,讨论不同反应模型的燃烧特性以及壁面材料和进口流速等对催化燃烧反应的影响。模拟结果显示,表面催化反应会使壁面相邻位置空间气体内的OH质量分数降低,对该催化壁面临近区域的气相反应有所抑制;壁面催化反应与空间气相反应耦合进行时,燃烧效率可达到最大值;进口速度对出口排气温度的影响要大于对外壁面最高温度的影响,进口速度过高会导致燃烧效率降低;燃烧器材料的选择也对催化燃烧有着重要的影响,采用热导率较小的材料时,燃烧器壁面存在较高的温度梯度,燃烧器外壁面温度也较高,而采用热导率较大的材料时,壁面对进口端的气体预热作用增强,高温燃烧区域向入口端移动。

平板式MTPV系统中燃烧若干影响因素的试验

平板式微热光电(MTPV)能源系统采取全新的亚毫米平板式燃烧室取代以往的圆柱式,对应的面容比的增加将提高燃烧室壁面的能量输出,从而提高系统的能量密度.针对石英玻璃材质的平板式燃烧室,改变氢气流量、氢氧混合比以及平行板间夹缝距离等,进行燃烧试验,测试了外壁面和出口的温度,进而分析几种因素的影响规律.结果表明,在一定条件下,亚毫米平板式微燃烧室能克服壁面能量损失激增而带来的着火困难和火焰淬熄等问题,能够实现稳定燃烧.合理选择工况参数,可以提高燃烧室温度和优化温度分布,提升系统工作性能.

荷电雾滴群撞击界面过程的PDPA测试

为了研究荷电雾滴群撞击植株靶标界面的过程,研究了适合撞击过程测量的相位多普勒粒子分析仪(PDPA)测试方法,分析了荷电雾滴群撞击界面后形态特征及形成的原因。实验结果表明:荷电雾滴群特殊的空间运动结构决定其撞击植株靶标界面后具有独特的存在形态;荷电雾滴撞击界面后只会产生粘附或反弹而不会发生喷溅;较多细微雾滴的存在导致荷电雾滴群反弹后凝并现象显著,使雾滴的粒径增大而个数减少;单雾滴撞击界面后产生粘附或反弹的判据K的临界值不适于荷电雾滴群的撞击过程,而法向Weber数为30可作为发生反弹现象的参考依据;较大的切向速度能够造成荷电雾滴撞击植株界面后反弹现象的发生;荷电雾滴所具有的部分法向动能在撞击反弹过程中转为切向动能。

进气相位对天然气转子发动机流场和燃烧过程的影响

转子发动机进气相位的改变不仅改变了进气效率,而且对缸内流场以及燃烧过程都产生很大的影响。基于FLUENT软件,通过编程实现了相应的三维动网格模型,添加了合适的湍流模型、燃烧模型、CHEMKIN化学反应机理,建立了基于化学反应动力学的三维动态数值模拟模型,并通过已有实验数据对比验证了模型的可靠性。在此基础上,对不同进气相位的周边进气天然气转子发动机的工作过程进行了数值模拟。计算结果表明:在进气持续期不变的情况下,随着进气开启角的提前,缸内涡团和旋流的强度、充量系数都不断增加,点火位置处的流场湍流度不断增加。火花塞点火后其附近的流场湍流度增加可以大幅度提高燃烧速率,但燃烧行程的整体燃烧速率不是一直随着进气开启角的提前而增大。相同进气持续期下,进气开启角为407°时,火焰传播速度最大,缸内示功图最好,同时NO生成量也最大。

亚毫米通道内的氢氧预混合燃烧

在亚毫米尺度,尺寸效应带来散热损失的激增和燃烧驻留时间的急剧减少,使燃烧室内预混合气的着火和燃烧条件恶化.针对碳化硅材质的亚毫米矩形燃烧室,改变混合气的流量和当量比,测出了不同高度燃烧室内氢氧预混合气的着火界限分布,并通过燃烧室外壁面和出口温度的测量,分析得出亚毫米通道内氢氧预混合燃烧的特性.结果表明,亚毫米尺寸与常规尺寸相比氢氧预混合气的稀燃界限明显升高,但仍能在一定条件下实现稳定燃烧;测试条件下,外壁面温度随氢气流量的增加而升高,但燃烧的充分性降低;少量的过量氧气能提高外壁面的温度,并使温度分布更均匀;由于导热系数较高,碳化硅材质的燃烧室外壁面温度分布比石英材质的要更均匀.