发动机冷却系统内纳米流体强化换热模拟

为了提高发动机的经济性、可靠性,研究了以纳米流体作为冷却系统内的新型高效换热工质时的传热效果.分别对水、TiO2纳米流体、Al2O3纳米流体和CuO纳米流体的冷却效果进行了模拟研究,得到了冷却系统的换热系数及压力分布图.研究结果表明:TiO2、Al2O3和CuO这3种纳米流体能显著提高发动机的散热性能,与水相比,三者的平均表面换热系数分别提升了10.82%、8.43%和11.24%,而泵功则分别只增加了1.06%、1.30%和1.98%.以纳米流体作为冷却介质时,能以很小的泵功损失增加量带来换热系数的大幅度提高,有利于增强冷却系统的换热.

液态金属镓自然对流换热数值模拟

为更好地得到液态金属的流动和传热特性,模拟了液态金属流体镓(Ga)自然对流流动和传热过程.采用单流体模型研究液态金属流体Ga的流动特性和传热机理,考虑边界条件对自然对流的影响,选用合适的边界条件进行了模拟.结果表明,该工况下的传热以导热为主,速度矢量是顺时针旋转分布,并与实验数据较好吻合.Gr数对液态金属Ga自然对流影响的数值模拟表明,随着Gr的增加,液态金属的换热逐渐以对流换热为主.

窗口材料热力耦合模拟

当飞行器以超声速在大气中飞行时,飞行器表面将受到强烈的气动力和气动热的影响,从而使飞行器表面温度升高,外部边界层厚度增加,这对窗口材料提出了严格的要求。为了给窗口材料的气动力和气动热的研究提供理论依据,本文采用有限元分析方法,分别计算了三种窗口材料在超声速飞行时的温度场和应力场分布。通过计算和对比,结果表明,在恒定热通量为1×106W·m-2时,多光谱ZnS和蓝宝石窗口材料的最大应力小于材料的许用应力,满足设计要求。

鼓泡流化床内颗粒分离行为模拟研究

颗粒-颗粒相间曳力是影响鼓泡流化床流体动力行为的重要因素之一。本文基于欧拉-欧拉双流体气固两相流模型,采用考虑了颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型,对床内具有两种不同颗粒尺寸、底部均匀布风的鼓泡流化床进行了数值模拟研究,并将模拟结果与Owoyemi等的实验及数值模拟结果进行了比较。研究结果表明考虑颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型合理地预测和分析了床内颗粒分离等特性。

高超声速飞行器主动冷却系统优化设计

以碳氢燃料为冷却剂的主动冷却系统是进行高超声速飞行器热防护最有效的方法之一。在满足工作要求的情况下,应尽量减小主动冷却系统的质量,实现飞行器的轻质化目标。利用MATLAB@2007软件对高超声速飞行器燃烧室的主动冷却系统进行了优化设计,计算了冷却通道在满足各项热负荷条件下,系统的最小质量以及此时所对应的冷却通道各项尺寸。选择了Inconel X-750、Inconel 625和Hastelloy X这3种不同的镍基合金分别当做冷却通道固壁材料,并且在主动冷却系统的近燃烧侧引入热障涂层,以分析不同材料和有无热障涂层对系统轻质化的影响,为高超声速飞行器主动冷却系统的材料选择和优化设计提供了理论依据。