带肋复合微通道换热器内流动传热性能研究

为探究微肋与二次通道复合结构对微通道换热器流动换热性能增强的影响机理,采用数值方法,研究了不同雷诺数下6种带肋复合微通道换热器内的压降、流场结构、摩擦系数、基底温度、相对努赛尔数和综合流动换热性能,并与矩形光滑微通道和无肋二次通道微通道的流动换热性能进行了对比。研究表明:在流动特性方面,引入二次通道结构对微通道内的压降损失和相对摩擦系数没有影响,但引入微肋结构会产生节流效应并诱发漩涡结构,导致微通道内的压降损失增大3~10倍;在传热特性方面,引入二次通道结构能够强化换热,在二次通道结构基础上增加微肋结构能进一步增强微通道换热器的传热性能;相比于矩形光滑微通道和无肋二次通道微通道,复合微通道换热器的基底温度最高下降13.52 K,相对努塞尔数最高增大35.36%;在综合性能方面,对于所研究的6种带肋复合微通道换热器,前三角肋复合微通道具有最优的流动传热综合性能,并具有高流速、低泵功率、低热阻等优点。

弯曲微通道气液两相流动特性数值模拟

以空气-水为工质,利用数值模拟方法研究了不同曲率比下S型弯曲微通道气液两相流动特性,获得了弹状流Ⅰ、弹状流Ⅱ、扰动流、间歇流和环状流五种流型。同工况下,将模拟结果与已做实验结果对比,证明了模拟过程的正确性。运用正确的研究模型,对S型弯曲微通道内的二次流动现象以及对流型的影响进行了研究,从而为设计优异的微型换热器和微化工混合器的气液流动分布结构提供理论指导和技术支撑。

截面形状对螺旋通道湍流流动及场协同的影响

为探明截面形状对螺旋通道湍流流动的影响,采用有限体积法和RNG k-ε湍流模型数值研究了圆形、半圆形、矩形、正方形、梯形和三角形共6种截面面积相等而形状不同的螺旋通道内流体湍流流动特性。在螺旋半径、螺距、螺旋线长度相同的条件下,以常温水为工质,研究截面形状和进口速度对螺旋通道的流动阻力、速度场及涡量的影响,并根据多场协同原理分析速度场和压力场的协同关系。结果表明:圆形截面螺旋通道流动阻力损失最小,而三角形截面螺旋通道流动阻力损失最大;流体在螺旋通道内湍流流动会产生垂直于主流方向的二次流,矩形截面螺旋通道发现四涡结构的二次流,其余截面螺旋通道为二涡结构的二次流;三角形截面螺旋通道涡量值最大,协同角θ也最大,而圆形截面螺旋通道涡量值最小,协同角θ也最小。

矩形截面螺旋通道内流体的流动特性

为合理强化内管外壁带螺旋翅片的套管式换热器,对矩形截面螺旋通道内流体的流动特性进行了实验和数值研究。高宽比为3.5的矩形截面螺旋通道速度场的实验测量值与模拟值吻合较好。采用正交螺旋坐标系统分析了不同高宽比矩形截面螺旋通道内的轴向速度、二次流速度、流函数以及涡量的分布规律。结果表明,矩形截面螺旋通道内轴向速度最大值偏向外壁;截面上出现两个二次涡;上半截面流体粒子的二次流动方向为顺时针,下半截面流体粒子的二次流动方向为逆时针;除了壁面上涡量较大以外,截面中心出现了两个相反的涡量。随高宽比增大,轴向速度最大值逐渐向上半截面移动;两个二次涡分别向两端移动;截面中心处的涡量逐渐变弱。因此,对于利用二次流动来强化传热的螺旋翅片管换热器,当矩形截面高宽比较大时,应该采取措施改善其中心处的二次流动以进一步提高换热效果。

考虑二次流影响的压缩系统稳定性模型

利用Ａｄｋｉｎｓ－Ｓｍｉｔｈ二次流模型计算得到转子出口截面落后角沿叶高的变化．在压缩系统稳定性模型中考虑叶尖流面落后角影响，并提出一个新的时滞参数计算公式．计算结果表明，落后角的大小对压缩系统的稳定性影响很大，同时揭示了叶尖间隙对压缩系统稳定性的影响．

低雷诺数透平端部造型控制动叶根部二次流的研究

从抑制叶片前缘马蹄涡的生成和延缓通道涡冲击叶片吸力面而分离的设想出发,改造叶片根部端区25%叶高叶型,构造出具有叶片前缘壁角和均匀加载的新动叶。应用于某型低雷诺数透平动叶,经CFD分析确认透平级的通流和做功能力未受到影响,但是叶栅下端区(35%叶高)压损失下降7%。基于对叶栅内流动结构的认识,有意识地设计出符合流动控制机理的截面叶型,再经过合理的展向积叠形成三维叶片,是降低叶栅流动损失的有效的准三维设计方法。

考虑浮升力影响的矩形通道内航空煤油流动换热数值研究

为了考察浮升力对再生冷却矩形通道内煤油流动换热的影响,通过施加过载来模拟浮升力效应,采用数值方法研究了RP-3航空煤油在矩形通道内的流动与换热特性,引入了二次流速度参数分析二次流的变化规律。结果表明:随着过载的增加,浮升力效应更加明显,通道内二次流速度增大;燃烧室上壁面和两侧壁面冷却通道最高壁温均减小4.5%以上,传热恶化现象得到明显改善,但下壁面冷却通道最高壁温略有提高。

ZJ17卷接机组新型二次风选装置的改进

ZJ17卷接机组梗丝分离系统采用二次梗丝分离,卷制出的烟支丝中含梗较多,造成烟支重量标准偏差较大,刺破烟及熄火等质量缺陷。为此,提出改进二次风选的新思路:增大二次风选器的容积,提高风选能力;将原有气流通道改为"S"形通道,提高风选效果;将风选后的烟丝回送储丝区,实现烟丝的循环使用。降低烟支中的含梗签量,提高烟支的内外在质量。

轴流泵叶轮内部流动的数值模拟与实验

基于Navier-Stokes方程组和标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法对轴流泵叶轮内流场进行数值模拟,将计算出口叶轮根部位置的速度流线分布和PIV测量结果进行对比,发现两者较吻合,由此证明了数值计算的有效性和准确性;进而分析了在不同流量工况下叶轮出口的流动结构及造成其效率降低的原因;研究了轴流泵间隙流动对轴向速度的影响.结果表明:在50%轴向弦长位置产生轴向逆流,并沿轴向下游影响稍有减弱;在50%轴向弦长处初步形成通道涡,并沿下游通道涡心向压力面靠近,通道涡在出口处已得到较大程度减弱.

叶片转动对涡轮间隙内部流动影响的数值研究

机匣与叶片的相对转动是影响涡轮叶顶间隙流动的重要因素之一.对LISA 1.5级轴流涡轮间隙内部流动的数值计算结果表明:叶片转动对涡轮间隙流动有阻塞作用.叶片静止时,由于阻塞作用消失,导致间隙入口速度增大,间隙流量增加,并且通过间隙的流体全部卷起形成间隙涡.同时在叶片顶部吸力面侧前缘、中部各形成一个间隙涡,使得间隙流动损失增加.而且转速下降会加剧动叶出口截面气流过偏/偏转不足现象.同时叶片静止时,间隙前部各个弦长截面内静压自间隙入口开始一直呈增加趋势,直到叶片尾缘附近截面,间隙截面内静压才逐渐稳定.

基于气体流动计算的摩托车净化系统设计

排气管内的流场和温度场分布对排气净化系统的性能具有很大的影响,因此弄清楚摩托车排气 管内流场的分布情况十分必要。本文利用FLUENT软件对152QMI摩托车排气管内的流场进行模拟计 算。根据得到的流场分布合理布置催化转化器和二次空气喷射的位置,从而获得比较好的催化净化效 果以降低有害物的排放。

燃气灶二次空气的流动显示

采用流动显示手段研究二次空气流动,基于烟雾流动示踪法搭建实验台,对比5种工况下(冷态不坐锅、热态不坐锅、坐锅只内环大火焰、坐锅内外环大火焰、坐锅内环大火焰外环小火焰)二次空气流动显示。烟雾流动示踪法很好地显示燃气灶二次空气的流动状态;燃气灶火焰产生的高温烟气是卷吸二次空气的主要动力来源,外环火焰强度高;当燃气灶内外环全大火焰状态时,存在着内外环抢风的可能。

燃气轮机二次空气系统流体网络数值方法研究进展

针对燃气轮机二次空气系统流体网络数值模拟技术,回顾了流体网络数值计算方法和流程以及典型流阻元件流动与传热特性机理等方面的研究进展;重点归纳总结了篦齿封严、轮缘密封和旋转盘腔等二次空气系统重要流阻元件特性分析的常用研究方法与结果;在此基础上,提出二次空气系统流体网络数值模拟技术的发展需求和方向,主要包括:完善二次空气系统稳态计算方法,降低算法初值敏感性并提升收敛速度;流阻元件多物理场耦合数值模拟研究及特性分析;提高元件一维流动模型的计算精度,优化单个流阻元件及其在整个系统中的相互作用,进而提高二次空气系统整体设计水平。

印刷电路版式换热器内超临界甲烷的流动传热

为了研究印刷电路版式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)内流体的流动和换热特性,建立了以超临界甲烷为冷媒、水为热媒的逆流型PCHE数值模型,研究了质量流量、通道折转角和管径对PCHE内超临界甲烷热工水力性能的影响。随着质量流量的增大,冷热通道温差减小,对流传热系数增大;在二次流动的作用下,锯齿形通道内流体的传热性能明显优于直通道,尤其是在小管径下,强化效果更为显著,但伴随的阻力损失不可忽略。在此基础上,利用在不同运行工况和几何模型下得到的模拟结果,提出了用于预测超临界甲烷PCHE通道内流动和传热性能的努塞尔特数和范宁摩擦因子关联式。预测结果与模拟结果之间的偏差在±10%以内,均方根偏差分别为6.81%和7.95%,该方法可被用于天然气行业PCHE的性能预测。

充水速度对空气阀驼峰管段水力特性的影响

常规操作规程建议长距离管道系统的初始充水速度应小于0.3 m/s,但该方案偏于保守和低效。对比若干种速度较大的空管充水方案,分析其对装有空气阀的驼峰管段(简化模型)水力特性的影响,同时考虑两相流动和空气阀浮球的刚体运动特性。应用格子玻尔兹曼方法进行各充水方案的数值模拟,分析了驼峰管及空气阀的瞬态流动特性,包括流速分布、关阀残余气团分布、空气阀排气速度对比、空气阀浮球位移变化过程等。结果表明,随着充水速度增加,空气阀快速关闭产生的二次水锤压力近似线性地增大,而残余气团体积分数则呈近似抛物线的增长趋势。该研究结果对输水工程的空管充水操作具有参考意义。

后加载叶型叶栅的拓扑与旋涡结构

在不同来流条件下对具有后部加载叶型的环形静叶栅的壁面采用墨迹显示技术,依靠拓扑学中相关的判别准则并结合空气动力学中的基本概念和基本规律,对流动显示图片进行了分析,给出了本文所研究的涡轮叶栅壁面和两个典型横截面的拓扑结构,并由此描绘了该叶栅内的二次流旋涡结构,为同类叶栅的研究提供了参考。

射流强化螺旋通道内流体流动与换热的数值模拟

采用CFD软件模拟了射流作用下圆形截面螺旋通道内流体的流动及强化传热特性,模拟结果与实验结果吻合较好。研究了无量纲曲率d=0.061、无量纲螺距t=0.121的螺旋通道内复合涡旋结构及其演变过程,考察了射流入射角度a=π/6~π/3、射流速比ε_j=3~6时射流对螺旋通道换热的强化效果。结果表明,射流的初始阶段,射流的冲击作用抑制了单一螺旋通道内的离心二次涡旋,生成一对与其旋转方向相反的射流诱导涡旋,随流动发展,射流诱导涡旋先由两涡演变为单涡结构而后逐渐耗散消失。射流作用显著强化了螺旋通道内侧壁面附近流体的换热,随着a减小或ε_j增大,强化传热效果增强。ε_j≥4时,不考虑射流流量增加时综合强化传热因子JF1=1.26~1.67,考虑射流流量增加时JF2=1.008~1.19。

旋转通道一维非定常计算模型

采用特征线法,对航空发动机二次空气系统的旋转通道结构一维非定常流动及换热的计算模型进行了研究,通过将广义的定截面、有摩擦、考虑对外热交换的旋转通道可压缩非定常流动偏微分方程组转换为常微分方程组,考虑旋转离心力,并采用Colebrook White方程定义其阻力特性,进而获得旋转通道内部沿流动方向压力、质量流量、温度等系统参数的特征线数值解,采用商业软件Fluent对其进行验证.结果表明:特征线法利用压力波传播方式对旋转通道进行求解,能够直观地描述旋转通道一维非定常流动及换热特性,计算误差不超过5%,可以作为二次空气系统旋转通道一维非定常计算研究的有效手段.

直齿直通式篦齿封严计算模型

基于流体网络法,集成大量的计算流体力学数值模拟数据,完成对直齿直通式篦齿封严的计算模型的开发,并采用商业软件Flowmaster GT版对其进行验证,结果表明:该模型对于直齿直通式篦齿封严的模拟准确度较高,对于包含超声速壅塞流动下的各种流动状态具有较广的适用性,只需基本的几何特征参数并定义进出口边界条件即可进行模拟,计算收敛性好,而且对于非直齿式的直通式封严结构也具有一定的适用性,因此可以作为二次空气系统一维数值仿真的标准化模型使用.

提高家用大气式燃气灶热效率的方法

通过分析家用大气式燃气灶加热过程,根据能量守恒定律和燃烧及传热原理,从提高热吸收和减少热损失方面研究提高热效率的方法。经过试验验证,设计旋流火盖、设置二次空气独立流动通道、适当增大内圈火热功率等方法可显著提高家用燃气灶热效率。