柴油机流固耦合传热仿真研究

为解决发动机活塞组-缸套-冷却水-机体之间传热边界条件难以确定的问题,尤其是冷却水和缸套、机体之间的流固边界的温度和换热系数,将这几个部件作为一个耦合系统进行传热研究.该系统既包括了流体和固体之间的流动与传热的耦合,也包括了固体与固体之间的耦合传热.利用有限元分析软件的流固耦合计算功能,以所建立的某增压柴油机的流固耦合系统为例进行了仿真计算,得到了耦合系统的温度场和流场.这样把单个零件的传热外边界条件变成内边界,使得传热仿真更合理更简单.和实验测量值的对比结果表明:仿真结果与实测数据吻合较好,用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的.

热压板孔道结构及其传热仿真分析

为设计一种适合于以导热油为加热介质、水为冷却介质的热压板孔道结构,对现有的蒸汽热压机热压板孔道进行结构改进设计,并用ANSYS软件进行温度场仿真分析。比较温度场仿真分析结果,确定了一种温差较小的四进四出热压板孔道结构;其仿真结果显示,用热油加热时热压板板面最大温差为5.753℃,用水冷却时热压板工作面内板面温差为6℃,达到产品生产要求。该分析方法简单,成本低,结果可供参考。

车用锂离子电池组冷却系统传热仿真分析

目的解决电动汽车锂离子电池组在高温下的安全性和热失控问题。方法建立锂离子电池组冷却系统的三维分析模型,应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,结合热传导和热对流理论,对电池组进行仿真分析。结果锂离子电池组的温度场分布基本相同,呈现出中间低、两侧高的分布特点,且层次变化。冷却液温度越低,电池组最高温度也越低;增大冷却液入口流速,电池组内部最高温度略微降低;冷却板材料对电池组的冷却效果影响很小。采用铝合金冷却板,冷却液温度20℃,入口流速2 m/s时,电池组的冷却效果最好。结论对于本文所设计的冷却系统,冷却液入口流速和冷却板材料的变化对电池组散热效果的影响较小,冷却液入口温度的变化对电池组散热效果的影响较大。应当选择铝合金为冷却板材料,以及合理的冷却液入口温度和流速,以满足轻量化要求,防止电池组过度冷却,减小流道内的阻力损失,提高冷却系统的散热效率。

低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究

由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。

基于一维传热模型的洗碗机能耗仿真和优化

在家电领域,降低碳排放、提高产品能效水平是近些年的发展趋势。洗碗机产品由于洗涤温度和烘干餐具的要求,加热方式以电加热为主,能耗值较高。基于某平台电热洗碗机产品的工作特性,建立一维热仿真模型并描述洗涤周期中的传热过程和能量分布,总能耗预测误差小于4%,并从餐具吸热量的角度提出表征餐具洗净程度的特征参数——洗净因子。并进一步根据NLPQL优化算法对洗碗机能耗进行优化设计,研究发现在保证相同洗净水平时其能耗可降低6%,研究结论对洗碗机产品设计中平衡能耗和洗净效率具有参考价值。

基于Flowmaster的雷达阵面管网1D-3D流动传热联合仿真

为研究某雷达阵面管网系统的流量分配,采用1D-3D联合仿真方法对阵面进行流动与传热仿真。首先采用一维系统级仿真软件Flowmaster对阵面进行一维建模,并通过三维仿真软件FloEFD对水接头以及冷板组件进行详细的流动仿真,获得其流量-流阻变化关系,并将结果带入Flowmaster软件中得到拟合曲线,定义一维模型各元件参数进行阵面流动与传热仿真计算,实现1D-3D联合仿真。结果表明,经优化后的阵面各支路流量差异低于1.5%,且阵面温度分布均匀。文中还研究了插拔组件对阵面流量分配的影响,各支路流量差异低于2%。通过1D-3D联合仿真研究,可以实现高精度流量分配并获得直观的阵面详细仿真结果,并且大大节省了计算时间与研发成本,对今后雷达阵面流量分配设计具有重要的参考价值。

抗高温保温筒相变材料仿真特性研究

随着以“慧磁”钻井中靶导向系统为代表的主动磁测技术的不断提升和应用范围的不断扩展,未来将更多应用在地热开发井、深部矿产资源勘探井等高温井中,高温会成为限制仪器在上述领域应用的“瓶颈”问题。为进一步提升“慧磁”系统的耐温性能,提出采用被动热管理方式,通过使用有限元方法对保温筒相变储热特性进行仿真计算,探究了吸热体最佳耦合长度并横向对比控温能力最佳的相变材料,分析了保温筒内部轴向温度和吸热体相态随时间变化情况。结果表明,上吸热体长度400 mm和下吸热体长度250 mm为最佳耦合长度,保温筒在150℃下工作6 h后,上吸热体相变潜热利用率96.7%,下吸热体相变潜热利用率70.5%,电路板最低温度63.48℃,低熔石蜡控温效果最佳。

燃烧室部件耦合系统过渡工况传热全仿真模拟研究

内燃机在起动、停车、加载等运行工况发生急剧变化 (过渡工况 )过程中 ,其燃烧室部件处于强烈地被加热或被冷却状态。这种热冲击增加了部件的动态疲劳热应力 ,给内燃机的可靠性带来严重恶果 ,是导致燃烧室部件破裂的主要原因之一。燃烧室部件的传热研究是热负荷计算和评定的基础 ,对内燃机的可靠性设计具有重要意义。作者对燃烧室部件活塞组 -气缸套耦合系统在过渡工况下的耦合传热关系进行了较深入的研究 ,建立了描述这一传热过程的数学模型 ;并利用该模型 ,模拟了 12 5风冷柴油机在各种过渡工况下的传热情况。

方坯连铸流动传热的三维耦合数值仿真

在考虑速度粘性耗散项的情况下建立了方坯连铸三维稳态流动传热耦合数学模型,模型中对二冷区传热边界条件的处理与以往模型相比更加准确。应用该模型和早前基于有效导热系数方法所建立的方坯连铸二维非稳态有效导热系数模型对涟钢1号ROKOP方坯连铸机(150×150mm2)连铸过程中拉坯方向上一定区域内的流动与传热现象分别进行了数值仿真,计算结果对比分析得出,在仿真运算所选取的钢液对流较强的计算域内,三维耦合模型能更为准确地预测出铸坯的温度场。另外,通过两种数学模型对铸机整个冶金长度范围内的凝固过程进行了复合数值模拟并设计出了相应的二冷方案。连铸机的生产实践表明,二冷设计方案非常合理,连铸过程的数值仿真结果具有较好的可靠性和实用性。

发动机推力室燃烧及传热耦合仿真

为了研究推力室工作时内部物理场特点,以某推力室试验件为研究对象,采用独立计算,边界耦合的仿真思想,对推力室的燃烧和传热过程进行仿真,当相邻两次温度误差在1%之内时认为仿真收敛。分析发现推力室壁面在喉部达到最高温度;由于流动通道中冷却剂的流量不同,推力室壁面周向温度分布不均匀;受流动通道横截面积的影响,冷却剂的流速变化剧烈。

某特种车辆隔热传热性能仿真分析

本文研究对象为极寒工况下特种车辆,要求对其极寒工况下车辆内部进行传热分析,得到内部温度场分布云图.以各部分零部件数学模型为基础,运用传热理论,进行整车温度场稳态分析.

结合传热单元仿真模型的开发谈建模的基本要求和步骤

在PSSP系统上建立传热单元仿真模型应以提供传热单元培训服务为目的 ,针对性要强 ,满足用户的要求。对模型算法要进行合理的开发。建模时 ,要分析工艺流程 ,绘制工艺流程图 ,收集有关工艺数据 ,进行物料、组分衡算 ,并绘制全局模块流程图。

直膨式太阳能集热器“Y”型流道单元的传热分析与结构优化

针对传统吹胀式集热器传热效率低下的问题,本文对“Y”型流道单元内的流动和传热特性进行数值模拟研究,选取集热器传热子单元的宽度、长度、流道分型角度与流道宽度4个参数作为调控变量,合理优化了流道单元的传热结构。以“Y”型流道单元为研究对象,利用Fluent软件建立了共轭传热有限元模型。通过数值模拟分析得出,在定义的长宽区间内,热效率随着传热单元长度的增加呈现先增大后减小的趋势,压降系数与单元长、宽值均呈负相关关系;而流道宽度与热效率呈正相关关系,与压降系数呈负相关关系。之后基于Box-Behnken原则设计了传热优化的响应面试验,对热效率和压降系数进行双目标优化,确定了最佳单元设计方案。优化结果表明,当传热流道的子单元长度为40 mm,宽度为35 mm,分型角度为60°,流道宽度为11 mm时,“Y”型流道的热效率为0.782,压降系数为0.121。最后,搭建了直膨式太阳能辅热系统对该方案进行了实验测试,实验结果表明,使用该“Y”型流道的集热器体现出更优的太阳能利用率,使系统的COP提高了15.2%。本研究为提高吹胀式集热器的传热效率,并对其他类型流道的设计和优化提供了参考。

双源热压机传热分析及输送管道结构设计

利用ANSYS有限元软件对单源载热体(导热油加热,水冷却)和双源载热体(热油和蒸汽同时加热,冷油和水同时冷却)的热压板孔道结构分别进行传热仿真分析,得到相应的温度分布云图及热压板温度随时间的变化曲线.传热仿真分析结果显示,在同样条件下用双源载热体把热压板加热到140℃所用的时间比单源载热体少200 s,双源载热体加热热压板板面最大温差1.2℃;双源载热体冷却所用的时间比单源载热体少330 s,板面最大温差2.6℃.表明采用双源载热体产品可达到优等品的生产要求.同时设计了与双源载热体相适应的载热体输送管道结构.

MEMS热导甲烷传感器设计与研究

热导气体传感器在煤矿井下检测高浓甲烷方面有着重要应用。为了解决传统热导气体传感器在功耗以及灵敏度等方面的不足,开发了一种新型MEMS热导甲烷传感器。利用MEMS工艺在硅基底上沉积Pt电阻薄膜作为敏感元件,同时深刻蚀出微型热导池。建立MEMS热导元件热平衡模型,利用COMSOL软件进行热传导和热辐射仿真,分析热传递情况。基于恒温检测方法,对MEMS热导元件进行应用电路开发,设计恒温电路、测温电路、采样电路等。分析环境温度对传感器造成的信号漂移影响,建立温度补偿算法模型。在温湿度箱中标定新设计的热导甲烷传感器,通过拟合曲线得到浓度计算系数和温度补偿系数。经过试验测试表明,该热导甲烷传感器在4%~100%量程范围内测量误差可以达到真值的±10%。

某缩尺推力室燃烧和传热特性研究

为了研究冷却剂的流动方向和推进剂的质量流量对推力室燃烧和传热过程带来的影响,以某型氢氧火箭发动机的推力室缩比试验件为研究对象,对推力室的燃烧和传热过程进行了数值仿真。改变冷却剂的流动方向,最高壁面温度相差1.04%,最高壁面热流密度相差0.544%,冷却剂温升相差0.233%,出口压力相差3.803%,分析发现,改变冷却剂的流动方向,对推力室内部的燃烧过程和壁面传热效率影响很小,冷却剂的流动方向会影响壁面温度分布。推进剂质量流量提升22.29%,室压提升22.17%,燃烧效率降低0.55%,最高壁温提升9.16%,最高热流密度提升17.48%,冷却剂温升提高13.05%,分析发现,提升推进剂质量流量会导致推力室壁面温度和冷却剂温升的提高,由于缩比发动机反应空间小燃烧不够充分,提升推进剂质量流量会使燃烧效率有所下降。

启停炉工况下循环流化床锅炉非稳态传热模拟与分析

应用经典数值传热学理论,对循环流化床锅炉启动和停炉过程炉体的温度分布进行了数值模拟,并根据运算需要对锅炉的传热以及物理模型进行了必要简化;通过与实际运行数据的对比,对模拟结果及误差进行了分析,并提出了优化途径.

罐式炉墙体结构设计的传热计算分析

通过优化罐式炉的炉墙结构可以改善炉体通过炉墙对外的散热损失情况,本文通过改变炉墙厚度及材料选取,对罐式炉不同的炉墙结构进行了传热仿真计算及分析,为罐式炉墙体结构的优化设计与炉墙材料选取提供理论依据。炉墙传热计算是变物性非定常的稳态计算,因此本文采用CFD手段进行了多个算例计算,计算结果表明增加炉墙厚度,可以降低炉墙外壁面理论最高温度,尤其是增加低导热系数的轻质保温层,降温效果更加明显;此外,还分析了保温层位置对炉墙散热的影响规律,在控制炉墙总厚度一定时,随着保温层向高温区方向移动,炉墙外壁面温度会不断降低,炉墙散热损失减小。

被动式超低能耗建筑内置保温系统墙体传热数值模拟

我国采用内置保温系统建造的被动式超低能耗建筑案例较少,且没有系统性分析其应用特点。本文通过实验方式验证传热仿真具有较高的精度,并在此仿真模型基础上对河北省发布实施的4种内置保温系统进行传热仿真:现浇混凝土钢筋桁架内置保温构造[被动式超低能耗建筑节能构造(二)]、现浇混凝土点连式双挂网内置保温构造[被动式超低能耗建筑节能构造(三)]、现浇混凝土外墙卡扣连接钢丝网内置保温体系[被动式超低能耗建筑节能构造(四)]、抗剪锚固钢片点连式现浇混凝土内置保温系统[被动式超低能耗建筑节能构造(五)][以下分别简称构造(二)、构造(三)、构造(四)、构造(五)]。4种内置保温系统的系统修正系数分别为1.161、1.527、1.543、1.440,与薄抹灰外贴保温相比,在相同保温层厚度下建筑外墙平均传热系数从大到小依次为现浇混凝土外墙卡扣连接钢丝网内置保温体系>现浇混凝土点连式双挂网内置保温构造>抗剪锚固钢片点连式现浇混凝土内置保温系统>外墙外保温薄抹灰系统构造>现浇混凝土钢筋桁架内置保温构造,从整体的传热情能上来看现浇混凝土钢筋桁架内置保温构造具有良好的保温隔热性能。

导风板对空调风量及室内气流组织影响的研究

利用计算流体力学软件Star-CCM+,对四面出风嵌入式空调导风板在不同角度下的室内气流进行数值仿真,计算出各个出风口风量以及整体风量的大小,利用MATLAB采用数值拟合方法得出导风板角度与风量的数值关系,得出五次多项式能够准确描述风量与静态角度的关系;并通过对1.5 m高度平面的速度场与温度场仿真,得出导风板处于40°时,室内气流更能满足舒适性要求。