U型平板微热管LED散热器散热性能分析

针对目前LED表面发热量较大,局部温度过高,而导致其使用寿命减少的问题,该研究以平板微热管为核心传热元件,与锯齿形翅片结合,设计了一种U型平板微热管散热器。采用试验和仿真模拟相结合的方法,对不同风速、翅片结构、翅高及翅间距等关键影响因素进行分析。结果表明:通过对比分析U型平板微热管在两种室外工况下各测点试验值和模拟值,散热稳定后温度的最大误差分别为4.2%和6.7%,验证了模型的可靠性。风速分别为0.5和3.0 m/s时,锯齿型翅片都具有良好的散热性能。当风速为3.0 m/s时,锯齿型翅片、W型翅片、直翅片散热器稳定后热源温度分别为34.3、35.5和39.1℃。为找到最佳工况和结构,进行了正交分析,当室外风速为3.5 m/s,锯齿型翅片翅高为12 mm,翅间距为8 mm时,U型热管具有较佳的散热性能。研究结果可为LED散热系统的设计提供数据参考和设计思路,拓宽LED光源的应用范围。

基于COMSOL的套管井固井质量影响因素分析

为了解套管井下声场的特点以及影响套管波幅度的因素,利用COMSOL软件对套管井下声场进行模拟,模拟并计算了自由套管、胶结良好、Ⅰ、Ⅱ界面微环隙等情况下套管波波形。研究发现,频率增大时,套管波首波的幅度先增大后减小,声源频率为15 Hz时有利于声波水泥胶结测井评价,可以通过提取相应的波形来确定地层纵波和横波的速度,从而判断地层的岩心和孔隙度。套管厚度仅影响套管波首波的到达时间,对于幅度的变化影响较小。井眼尺寸对于套管波幅度的影响仅在水泥环胶结良好时较为明显,并且井眼尺寸越小,地层波幅度越小,当井眼尺寸为80 mm时,地层波几乎看不见。Ⅰ、Ⅱ界面窜槽的厚度对井内波形的影响均较小,但是CBL/VDL可以通过其到达时差来区分。

环状疏膜板强化管束外含空气蒸汽冷凝特性分析

管外含空气蒸汽冷凝是非能动安全壳热量导出系统工作中关键的传热过程,为了提高系统中换热器的换热效率需要对管束外强化换热进行研究。本文将环状疏膜板强化换热管与管束结合并使用CFD软件对其进行数值模拟,研究对冷凝换热的影响。结果表明:疏膜板布置方式、管间距等会对换热产生影响,交错布置疏膜板后换热系数最高可以比光管束提高28%;不同的布置方式对换热影响较大,不同布置换热系数可相差18%;管间距会通过影响疏膜板高度而影响强化效果。管束合理设置疏膜板后,可有较好的强化换热效果,可为换热器优化设计提供依据。

微热光电系统带环形翅片燃烧室的数值模拟

最大化提高微燃烧室的燃烧效率对于微热光电系统是非常关键的。建立了微燃烧室内的流动、传热和燃烧模型并进行了数值模拟。利用试验结果验证了模型的可靠性。在此基础上,模拟了带有环形翅片燃烧室的情况,表明环形翅片能增强微燃烧室内混合气体的湍流扰动,改善燃烧状况,有效地提高燃烧效率。

微型发动机的燃烧模型和数值模拟

提出了微型发动机燃烧过程的数学模型,并对采用氢气为燃料的微型涡轮机中环形燃烧室内的燃烧,建立了阿累尼乌斯有限反应速率模型,在考虑对流和辐射传热损失的条件下,采用CFD软件包FLUENT进行了数值模拟.根据所得到的模拟结果分析了影响燃烧的主要因素:结构、燃料、质量流率、H2与空气比和壁面材料,提出了克服尺寸减小对燃烧带来的困难的途径.

微型燃气轮机环型燃烧室的设计研究

环型燃烧室虽然结构复杂,但具有燃烧效率高、结构紧凑等优点,更符合微型燃气轮机未来发展的要求。文中结合微型燃气轮机的研发,进行了 100kW 级微型燃气轮机环型燃烧室的初步设计工作,在设计中,采用了按燃烧完全度、总压恢复系数、原准机放大等三种方法进行基本几何尺寸的确定,并将三种设计尺寸相比较,取其最大设计尺寸进行燃烧室结构的初步设计;并在初步设计的基础上,通过数值计算及分析,探讨了燃烧室内燃烧流动和燃烧室出口温度分布的特点及其对进一步设计的影响;数值结果同设计数据的基本一致,表明文中设计基本满足了设计要求。

微型燃气轮机富氧燃烧室优化设计

根据微燃机燃烧室国内外实际技术水平及技术基础,对烟气循环富氧燃烧微燃机燃烧室进行了设计,并对所设计燃烧室进行模拟计算,根据模拟结果对燃烧室结构进行多次优化。选取原始计算设计模型及两个典型优化设计模型从冷态流场、压力分布、过量空气系数、温度场分布、燃烧效率、比面积热强度、出口温度均匀性等几个方面对研究结果进行了描述。结果表明:优化结果基本达到了设计要求,为富氧燃烧室的设计提供了依据。

生物质气微型燃气轮机燃烧室的数值模拟

将生物质气应用在为天然气设计的微型燃气轮机中时,由于其热值较低以及可燃成份的不同,会给燃烧室的温度场、速度场以及燃烧特性造成影响。对30kW级微型燃气轮机的燃烧室进行了初步的设计,并在此基础上采用Fluent软件对燃烧室燃烧甲烷气和生物质气进行了数值模拟比较,探讨了燃烧生物质气对燃烧室内部流动、温度分布和NOx排放造成的影响及其原因,为今后生物质气微型燃气轮机燃烧室的设计应用提供了数据。

微小Swiss-roll燃烧器的数值模拟

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,对二维Swiss-roll燃烧器进行数值模拟,采用了CH4/空气的多步反应机理,考虑了燃气对室壁的辐射,研究当量比和入口气流速度对燃烧特性和火焰稳定性的影响.研究结果表明,Swiss-roll燃烧器能够在大的当量比范围内稳定工作.但上下极限并不对称,富燃时的极限比较小,比化学当量比略小,而富氧的极限比较大.对于相同的当量比,流速较小时,甲烷/空气火焰停留在燃烧器中心区的入口,甲烷全部参加反应;随着气体流速的增加,在燃烧器的中心形成回流区,扩大了燃烧器的富氧可燃极限,有助于火焰稳定,但是甲烷的转化率在减小.

微型涡喷发动机燃烧室设计研究

设计了微型环型燃烧室,并对其燃烧过程进行数值模拟,同时根据模拟结果对燃烧室进行了优化设计及二次计算.计算中入口边界参数采用等熵数值计算结果,喷雾性能参数通过试验获得,考虑了湍流化学反应、热辐射、液滴的蒸发及二次雾化等情况,计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况.对优化设计前后的模拟结果进行比较分析,结果表明优化后的燃烧室设计合理,燃料可以充分燃烧,各项性能参数基本符合设计要求,能够为燃烧室的进一步优化设计提供改进依据.

新齿型内螺纹传热管蒸发性能研究

针对开发的瘦齿、交叉齿、光管及普通齿型内螺纹传热管单管蒸发传热实验数据进行了对比,相同工况下,各传热管管内换热系数均随着冷媒流量的增大而增大,交叉齿管换热系数比瘦齿管高出10%,瘦齿管换热系数高出普通齿管10%左右。四种齿型中,交叉齿管管内压降最大,光管其次,瘦齿管比普通齿管略有增加。相同结构尺寸,相同工况下,利用稳态分布参数模型,对以上四种内螺纹传热管蒸发器传热和流动性能进行了数值模拟分析比较。结果表明,交叉齿管蒸发器换热量最大,瘦齿管稍差,普通齿管其次,但均好于光管。整个流量变化范围内,4种蒸发器压降变化都相差不大,光管蒸发器压降变化较其它管型略有增加。研究结果对内螺纹传热管的开发和研究具有指导意义。

微热光电系统带双环形翅片燃烧室的数值模拟

由于能量密度的极大优势,应用燃烧释放碳氢燃料的化学能并转化为电能或者机械能的微动力系统有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。微热光电系统是其中的一种,而微燃烧室是该系统的核心部件。在实验验证的基础上,对带有双环形翅片燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟。结果表明,双环形翅片能增强微燃烧室内混合气体的湍流扰动,改善燃烧状况,有效地提高燃烧效率。

不同外部风温对微尺度火焰的影响

为了研究微尺度燃烧器由于散热造成燃烧稳定性差的问题,对微尺度燃烧器外部吹风控制表面散热,对比不同工况下燃烧器的工作性能.当燃料混合气体体积流量为0.12、0.24、0.36L/min时,风温分别为277.15、380.15、635.15、790.15、1 001.15K.实验结果表明,提高冷却风温或燃料流量可以抑制熄火.测量燃烧器壁面温度,结合数值模拟,研究内部燃烧过程.结果显示,随着冷却风温上升,反应区域峰值温度上升且向上游偏移.在0.24L/min,燃料气体当量配比下,当冷却风温由277.15K上升到1 001.15K时,峰值温度上升约165K,反应中心上移约5mm.证明高温冷却风通过减少散热,提升反应强度,抑制热熄火.当体积流量由0.12L/min上升到0.36L/min时,虽然壁面散热量上升,但占总能量的份额相对降低,因此提升燃料流量可以抑制热熄火.

亚毫米平行板通道内燃烧过程的数值模拟

微动力系统是动力机械具有里程碑意义的发展。由于能量密度的极大优势,应用燃烧释放碳氢燃料的化学能转化为电能或者机械能的微动力系统有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。微燃烧室是该类微系统的核心,本实验建立了1mm以下尺寸的平行板微燃烧室内的流动、传热和燃烧模型,在实验验证的基础上,用CFD软件进行了数值模拟,获得了亚毫米平行板通道高度、混合气流量和比率等参数对内部燃烧情况及壁面温度的影响规律。

微针肋阵列通道中水的层流摩擦系数的模拟

在Re数为5-400时,对22组不同几何尺寸及排列的方形叉排微针肋阵列通道中水的层流流动进行了模拟计算.研究了微针肋几何结构对层流流动摩擦系数的影响,简化了通道的几何参数,拟合出包含孔隙率、弯曲度、宽高比和Re数的摩擦系数关联式.与其他实验关联式相比,可以较为准确地预测摩擦系数值.

某100,kW微燃机燃烧室结构优化及数值模拟

为解决某微型燃气轮机燃烧室的燃料由燃油改为燃气时出现的火焰偏长、出口温度均匀性差的问题,对此燃烧室的头部和掺混孔的结构进行了优化设计,并利用计算流体力学方法研究了燃烧室头部结构和各区段空气量分配比例对燃烧室内燃烧过程的影响.研究结果表明,采用带有旋流器的多孔喷头能够促进燃烧室内燃气与空气的混合,有效解决燃烧室内火焰偏长的问题.采用多孔、多段的掺混孔能够避免掺混空气在燃烧室出口集中送入,更利于燃烧室出口温度的均匀分布.

微尺度催化燃烧的研究进展

阐述了微尺度催化燃烧的重要意义,描述了它的概念、特点、分类和发展概况。综述了微尺度催化燃烧在微型动力系统(MEMS)中的应用,重点介绍了几种典型的微尺度催化燃烧器的应用和研究概况。指出数值模拟的方法,为研究微尺度催化燃烧提供了方便而高效的途径。微尺度催化燃烧在国防和经济建设中具有广阔的应用前景。

微燃烧室内截面突变对氢氧预混燃烧的影响

针对微燃烧室内部氢氧预混燃烧过程,建立耦合氢氧气相反应动力学机理的数值计算模型,利用CFD计算软件,在试验验证的基础上得到了带截面突变微燃烧室内的燃烧特性,并分析了截面突变尺寸和入口流速对于燃烧过程的影响.结果表明:采用截面突变的结构使得氢气和氧气混合更充分,燃烧更完全,并能提高微燃烧室内的流体温度;增加截面突变的尺寸,可以增加混合气在微燃烧室内的驻留时间,即使在较低入口流速下也能获得较高的燃烧室内部温度;在较低流速下,增加截面突变的尺寸,微燃烧室内的高温区域更宽;入口流速的增加导致氢气转化率降低,燃烧室内截面突变有利于缓解入口流速增加引起的氢气转化率下降的趋势.

水平管内流动蒸发数值模拟及可视化研究

为了研究管内流动蒸发的性能,利用FLUENT对外径为7 mm光管内的流动蒸发过程进行了数值模拟,同时对外径为7 mm的光管和微肋管内的蒸发过程进行了可视化实验。所用工质为R22,实验工况为:质量流速220 kg/(m^2s),7℃蒸发温度,15%～20%的入口干度,5～6℃的出口过热度,数值模拟和实验中均观测了流动蒸发中的旋流和脉冲喷射,分析了旋流及脉冲对换热等的影响。

微TPV系统中多孔介质燃烧室的数值模拟

为优化燃烧室的设计,提高微热光电系统的整体效率和工作性能,建立了颗粒填充型多孔介质燃烧室.通过试验验证,应用Fluent软件对多孔介质结构的微燃烧室进行数值模拟,分析孔隙率、氢氧体积混合比和流量比等因素对燃烧室性能的影响.模拟结果表明,采用多孔介质结构可以改善燃烧室的燃烧性能,燃烧室在多孔介质孔隙率为0.52,氢氧体积混合比为2∶1,入口流量为200mL/min时燃烧效率较高,有利于微热光电系统稳定高效地工作.