低温风洞大空间液氮喷雾冷却数值模拟分析

液氮喷雾冷却技术是实现低温风洞的降温及提高风洞试验雷诺数的最佳途径,为了深入研究液氮喷雾在风洞内的降温特性,应用CFD软件对低温风洞中液氮喷射制冷段部分的流动换热进行了数值模拟,分析了不同流场速度对于下游温度场的影响。建立了三维流体动力学模型,考虑顺流与垂直喷射两种喷嘴布置结构,考虑了液滴的蒸发、碰撞与破碎,在不同气流速度和温度下,获得了下游雾场分布特性。数值结果显示:来流速度的增加会加速液氮蒸发,从而降低下游的平均温度,但来流速度的增加会减小下游雾场的覆盖区域,导致计算区域温度不均匀;垂直喷射增加了来流与液氮颗粒之间的相对速度,降温效果优于顺流喷射。

低温液氮雾化喷嘴内部流动特性数值研究

为了评价现有空化模型以及模型中的参数对喷嘴内部低温流体空化效应的敏感性,基于多相流mixture模型建立了喷嘴内部液氮空化流动计算模型,分析了不同空化模型、气泡半径、蒸发系数和冷凝系数对质量流量及喷嘴空化气体分布的影响。研究结果表明,Schnerr-Sauer和Zwart空化模型的计算结果一致;随着Zwart空化模型中气泡半径的增加,空化气体逐渐减少而液氮流量增加;冷凝系数的增加和蒸发系数的减小将导致空化强度的减小和质量流量的增加,蒸发系数对低温流体空化的影响大于冷凝系数。通过与同工况下的实验值相比,对空化模型中气泡半径、蒸发系数和冷凝系数进行了修正。

多喷嘴阵列喷雾冷却技术的研究进展

喷雾冷却是一种换热效率高、工质需求量小、温度均匀性好的大功率强制冷却技术。近年来,采用多喷嘴的阵列喷雾冷却作为一种能够满足更大面积及更高热流密度表面散热需求的技术得到国内外学者越来越多的关注。结合现有的研究成果,本文从理论研究和试验研究2个方面,分析与总结国内外阵列喷雾冷却技术的研究现状和进展,并指出多喷嘴陈列喷雾冷却技术的发展方向。

氮液滴在气流中的破碎和碰撞模拟

为揭示喷雾冷却中雾场氮液滴的行为,基于流体体积法(VOF)建立氮液滴的碰撞模型,对氮液滴在高速气流下的不同碰撞过程进行数值模拟,研究碰撞过程中液滴形态及气隙压力的变化情况.设定相同与不同液滴尺寸的液滴碰撞,以及对心与偏心液滴碰撞等4种不同条件,分析在各种碰撞条件下,碰撞初始条件改变对于液滴形态与后续液滴大小的影响.数值计算结果表明:高速气流下液滴发生碰撞时,其破碎形态主要由气流速度决定,而碰撞参数B主要决定液滴拉伸形成韧性带的方向;液滴接触时形成的气体间隙,其压力呈现先增大后减小的趋势;与对心碰撞过程相比,偏心碰撞时气隙压力会更快释放;相同尺寸对心碰撞的后续液滴分离情况最差,这是由于韧性带沿着气流方向,导致液膜没有明显破碎,对于后续液滴蒸发不利.

开式通道内液氮喷雾的降温特性

为了研究液氮喷雾参数对环境模拟空间温度分布的影响,首先搭建了由液氮喷雾系统和低温测试系统构成的开式通道液氮喷雾冷却实验系统,利用CFD软件针对开式空气回路系统中实验段建立了三维液氮喷雾数值模型,采用欧拉-拉格朗日方法进行液氮喷雾模拟研究,最后进行了实验验证,分析了喷雾质量流量、粒径、喷嘴数量和气流速度对液氮喷雾蒸发和空间温度分布的影响。研究结果表明:随着液氮喷雾液滴直径的减小,液氮与环境气流的换热面积增加,换热效率提高,降温效果改善;当液氮喷雾质量流量增加时,单位时间内喷入空间的液氮量越多,蒸发率越大,冷却效果越好,空间及出口截面的温降越大,但降温速率的增加趋缓;随着喷嘴数量的增加,液氮蒸发量和蒸发率增加,降温效果改善,出口截面温降增加,但出口截面温度分布均匀性会受到喷嘴布置位置的影响;当喷嘴数量增加到一定程度时,液氮的蒸发和降温几乎不受影响;随气流速度增大,液氮的蒸发量和蒸发率逐渐减小,出口截面的平均温度较高。为了增强液氮的蒸发量并强化空间的降温效果,可增加液氮喷雾流量、减小喷雾粒径和气流速度,以及适当增加喷嘴数量,同时需考虑多喷嘴的布置位置。

频谱感知协作检测方法仿真研究

在认知无线电系统中,认知无线电用户需要快速准确地检测出主用户及其闲置的频带。本文就一种利用两个认知用户协作感知频谱的检测方法进行仿真研究,结果表明,它可以减少检测时间和增加检测的灵敏度。

功率分配对前向放大协作分集技术的影响

针对认知无线电对主用户检测时间的严格要求,将协作分集技术中的前向放大方法用于主用户检测的过程。某节点检测到主用户时,其他节点可以将此信息相互中继,从而减少检测时间。当节点同时要传输自己的信息时,需要进行功率分配。仿真结果表明,在中继节点无论有无功率分配,协作分集技术都可以增加检测概率。

单液氮液滴在气流中的蒸发运动特性研究

为了研究低温风洞中液氮喷雾降温蒸发特性,从而从微观上把握整个喷雾过程,以经典蒸发模型为基础,建立了适用于高速气流下的单液滴蒸发模型,计算了高速气流下单个液氮液滴的蒸发过程,得到其蒸发过程中液滴直径、速度、蒸发速率等参数的变化规律,并比较了环境温度、环境压力、气流速度等不同因素对各参数的影响。结果表明:环境温度对液滴蒸发速率影响较大,在100~300K环境温度下,每升高100K,2m的距离内液滴相对蒸发量大约增加18%,而对液滴运动速度则基本没有影响;气流速度越大,对流换热越强,液滴等时间蒸发速率越大,但由于蒸发距离一定,高速气流情况下的实际蒸发量减少,在上述条件下,10~30m/s的速度范围内,相对蒸发量在5%~6%;大粒径液滴具有大的绝对蒸发量,而小粒径液滴的相对蒸发量则较大;随着环境压力的增大,蒸发速率会随之增加。

-60℃水平圆管表面结霜特性的实验研究

为了探索在-60℃以下较低温区冷表面的结霜特性,设计并搭建了基于复叠制冷系统的-60℃水平圆管表面结霜特性可视化实验台,并对套管形式换热器内水平圆管外表面上湿空气顺掠管的结霜特性进行了实验研究,着重分析了结霜过程中霜层厚度及其增长速率的特性。实验结果表明:-60℃水平圆管表面霜层厚度生长速率比常温区冷表面更快,约为-15℃冷表面的两倍,同时又保持了与-15℃以上冷表面相似的生长趋势,即前期生长速率较快,然后逐渐降低。此外,还发现并分析了呈周期性出现的融霜现象和大幅突降的霜层崩塌回融两种不同特征的融霜过程。初步探索了受限通道内-60℃水平圆管表面的结霜特性,丰富了霜层特性研究数据,可为今后更加全面系统的实验研究奠定基础。

氮液滴碰撞不同浸润性壁面特性研究

为了探究氮液滴撞击不同浸润性壁面的行为特性,揭示其与常温工质液滴碰撞特性的差异,采用流体体积法研究了氮液滴以一定速度碰撞壁面接触角分别为30°、90°、120°和150°的壁面的过程,并将其与水滴碰撞特性进行对比。模拟计算结果表明:在接触角为30°和90°的壁面上,氮液滴和水滴均出现振荡行为,并且氮液滴在铺展阶段达到的铺展系数更大,在回缩阶段初始回缩速度不均匀,整体的振荡次数更少,达到稳定状态更缓慢;在接触角为120°的壁面上,水滴出现振荡,氮液滴则完全反弹;在接触角为150°的壁面上,相比水滴而言,氮液滴出现反弹行为所需的时间更长。

多中继并行协同分集技术性能分析

协同分集是一种空间分集形式,无线网络中的终端通过分布式传输和信号处理技术共享天线和其它资源,构成一种"虚拟阵列"。协同分集能提高网络吞吐量、降低发射功率和抑制信道衰落效应。分析了多中继并行协同分集方式的性能,分别对前向放大、前向检测和编码协同技术开展研究。仿真结果表明,随着中继节点的增加,分集增益越高,选择方式更灵活,系统传输性能越好。

采用液氮喷雾技术的低温环路结构模拟系统研究

为进行座舱盖高空低温环境飞行疲劳试验考核,设计并搭建了采用液氮喷雾技术的小型环路结构低温环境模拟测试试验台,开展了风速以及喷射流量对系统降温速率影响的特性研究。试验测试了在液氮喷雾流量为37.2、42.4和49.3 kg/h,系统风速为2.21、4.53和6.77 m/s时,工作段温度从21℃降至-30℃时各测试面的降温特性,验证了运用液氮喷雾技术快速降温的可行性。结果表明:在相同喷雾流量下,风速越大,环路的降温速率越慢,测试面的温度均匀性越好;在相同风速下,喷雾流量越大,降温速率越快,测试面的温度均匀性越差。液氮喷雾降温能够满足座舱盖疲劳测试的低温环境要求,工作段温度场均匀性良好。本文研究可为低温环境模拟系统和大空间液氮喷雾冷却系统的设计提供参考。

弱可压缩性对液氢输送泵性能影响的数值研究

为考虑液氢的弱可压缩性,基于真实流体物性的PR方程,通过CFD仿真对高速液氢离心泵不同转速下空化断裂前的工况进行了数值模拟,对比分析了不可压缩流动和弱可压缩流动两种流动状态下的未空化高速离心液氢输送泵内流场分布、液氢泵扬程和效率等性能。研究结果表明,液氢工质的弱可压缩性不可忽略,将对泵内流场分布和能量耗散有显著影响,最终使泵的效率和扬程的降低。

无油润滑高速离心泵的变转速性能研究

转速调节是调整泵工况的重要手段,为了揭示变转速对高速离心泵的水力性能影响,本文以一台采用无油动压液体轴承支撑的高速离心泵为研究对象,采用试验方法与数值模拟,进行了不同转速下相似工况下的水力性能研究。论文通过所搭建闭式实验台上的水力测试得到了不同转速下的水力性能曲线,验证了该泵在变转速下良好的水力性能,最高效率可达35.52%。并结合ANSYS CFX软件对该泵水力部件进行了数值模拟研究,与试验结果的对比表明数值模拟能够有效对该泵的水力部件性能进行预测。论文还对该泵水力部件以设计工况为基准的不同转速下的比例相似工况进行了研究。