汽车热管理系统共轭换热仿真

为考虑各部件间及相应物理场间的耦合关系,建立包含发动机尾气、排气管道及后处理设备的某轿车整车辐射与内外流固共轭换热模型,将流体与固体之间复杂的外边界条件变成相对简单的内边界。采用STAR-CD软件,选用高雷诺数的k-ε两方程湍流模型和标准壁面函数及共轭换热和DO辐射换热模型对轿车的热环境状况进行了三维稳态模拟,给出了发动机舱和排气系统及部件的温度分布情况,对比分析了排气系统各部件表面的平均温度和最高温度。结果表明:怠速工况下排气系统及底盘的热环境情况最为恶劣;满载爬坡工况发动机舱的热环境情况最为恶劣。

钠冷快堆非能动停堆机构动导管共轭换热数值分析

为解决钠冷快堆非能动停堆机构动导管和其内外两侧的液态钠构成的共轭换热问题,采用Trelis前处理软件生成全域高质量六面体网格,基于开源CFD软件OpenFOAM中的chtMultiRegionSimpleFoam求解器,得到对动导管数值分析的温度分布结果。计算结果表明,动导管内壁面周向0.07 m范围内温差为97℃,动导管轴向0.17 m高度范围内的温差为80℃。在这样窄的范围内该温差将会产生较大的热应力,数值分析结果将为动导管力学设计提供重要的输入条件。

基于共轭换热的涡轮转子热环境预测方法研究（英文）

为了开发适用于发动机方案设计阶段的涡轮转子热环境预测方法,开发获得了一种快速而准确的稳态热环境预测算法。算法求解二维和三维导热方程来计算固体导热,用二维边界层算法计算叶身燃气边界条件,用一维流体网络法计算空气系统流量。使用该算法对某型涡扇发动机高压涡轮转子进行了温度场计算,并与试验结果进行了对比,温度误差约为30~40K。对燃气边界和冷气边界分别对比了共轭换热计算和非共轭换热计算模式下结果的差异,温度差值在120K左右,流量相对差值在10%左右。结论表明:对于空气系统边界,共轭模型显著影响计算精度;而对于主流边界,就本文研究的非冷却叶片而言,是否采用共轭模型对温度场预测影响很小。

振荡流共轭换热格子—Boltzmann模拟

振荡流共轭换热现象广泛存在于热声热机等工程应用中。基于双分布格子-Boltzmann模型,对平行平板间振荡流共轭换热进行了数值模拟。通过假定共轭界面处流体和固体的未知内能分布函数均为对应的平衡态滑移修正格式,提出了一种处理共轭换热边界的新方法。模拟结果表明,该方法可以保证共轭界面上温度连续和热流连续.分析了不同流体与固体导热系数比情况下振荡流共轭换热的速度场、温度场以及热流分布的特点。

配H级汽轮机整体内缸高温螺栓共轭换热研究

建立了配H级汽轮机高中压整体内缸所在高中压模块的共轭换热数值模型,并且基于整体的稳态计算结果建立了高温螺栓工作区域的局部共轭换热模型。得到了各高温螺栓工作区域的温度场、流场以及各高温螺栓的工作温度,并将其与传统有限元方法所得的结果进行了对比。结果表明,采用共轭换热的数值分析方法能够更加准确全面地对螺栓工作温度进行研究,其研究结果对于目前的工程应用具有重要的指导意义。

超超临界机组中压阀门扩散器共轭换热分析

某引进型1 000MW超超临界汽轮机中压阀门扩散器是对称布置的,在运行一个大修周期后,多台机组均出现了不对称开裂的情况。采用计算流体力学的方法对扩散器所处腔室进行了共轭换热分析,得到了扩散器在不同工况下的温度场分布,揭示了可能导致扩散器不对称开裂的原因,并将共轭换热方法与传统换热公式法得出的温度场分布进行了对比,分析了二者的优劣。研究成果可为复杂流动区域温度场计算提供参考。

TOPAZⅡ反应堆本体流固共轭传热数值模拟

TOPAZⅡ是用于为空间探索提供动力的一种反应堆,TOPAZⅡ堆本体内涉及液态钠钾合金流动,流体和冷却剂套管之间的换热、堆本体零部件的固体导热,反射层外壁面与外界的辐射换热等问题,本文利用计算流体力学程序CFX对TOPAZⅡ反应堆堆本体流固共轭传热进行数值模拟,数值模拟计算得到了全堆芯的流量分配数据,数据表明各通道流量分配因子偏差非常小;得到了活性区环形通道的壁面摩擦系数,摩擦系数反映了压降与流量的关系,与经验关系式计算得到的摩擦系数进行了对比,额定流量下的数值结果与经验关系式的偏差不到5%;数值模拟得到的努赛尔数与已发表的经验关系式进行了比较,最大偏差小于1%,验证了液态钠钾合金环管内的流动与换热数值模拟的可靠性与准确性。计算得到了详细的活性区慢化剂、端部铍反射层、侧铍反射层等的温度分布,所获得的计算结果可以为力学分析提供设计依据。

低速机电控喷油器电磁阀换热特性计算

为研究低速机电控喷油器电磁阀流动换热特性,以某型喷油器电磁阀组件作为研究对象。在满足电磁阀力学性能的基础上,建立三维仿真计算模型,采用Fluent对电磁阀组件流固耦合共轭传热分析。结果表明:润滑油进口温度为55.0℃,出口温度为78.7℃,重油进口温度为200℃,出口温度为198.8℃,电磁阀靠近重油附近温度逐渐升高,电磁阀温升受重油的影响较大;电磁阀最高温度为93.42℃,远小于极限温度,换热效果较好,其结构满足工作性能要求。本文通过共轭耦合换热分析,为船用低速机喷油器电磁阀设计提供指导。

盾构主驱动聚氨酯密封系统高效冷却研究

针对常规盾构主驱动密封系统频繁失效的问题,提出了盾构主驱动聚氨酯密封系统形式。为保证聚氨酯密封长期使用温度低于70℃,通过试验与仿真方法,研究聚氨酯密封系统摩擦热及冷却效率。试验测得聚氨酯密封润滑状态下滑动摩擦系数及力学性能数据,进而通过仿真手段得到直径为7.45 m的密封,发热量为51 kW。在此基础上建立盾构密封系统仿真模型,进行共轭换热仿真计算,得到冷却流量对唇口温度的影响曲线。通过设计优化异形-低热阻冷却水套,实现强化传热,最终使盾构聚氨酯密封唇口温度达到70℃以内,为聚氨酯密封应用于大直径盾构提供了理论依据。

显著变量识别与高温叶片多学科设计优化方法

针对高温叶片气热多学科优化设计问题中设计变量过多造成的维数灾难问题,提出了基于数据挖掘技术的显著变量识别方法。采用显著变量识别方法剔除了对高温叶片Mark II气热性能影响小的设计变量,使设计变量个数从36个减少为15个。通过耦合共轭换热分析方法、三维叶片及冷却系统参数化方法以及自适应多目标差分进化算法,建立了高温叶片多学科多目标设计优化系统。基于显著变量识别方法获得的设计变量,完成了Mark II型叶片的气热性能多学科设计优化。优化获得了9个Pareto解,典型Pareto解的气热分析结果表明,优化后叶片的气热性能明显优于原始叶片,验证了基于数据挖掘技术的高温叶片多学科设计方法的有效性。

汽轮机高压冷却蒸汽对中压缸转子的冷却效果研究

为分析大功率汽轮机高压冷却蒸汽对中压缸转子的冷却效果,采用CFD和共轭换热(CHT)方法,对600MW汽轮机中压缸前两级内部流动及换热进行了分析,研究了高压冷却蒸汽对中压缸前两级转子轮缘及叶根的冷却效果及其对近根部流动特性的影响.结果表明,高压缸冷却蒸汽以级效率降低为代价,有效地实现对中压缸转子的冷却功能,使中压缸前两级转子轮缘最高温度分别比主叶片体温度显著降低.

塑料片材机抛光辊筒的结构改进及ANSYS分析

针对热成型塑料片材机的抛光辊筒在实际生产中存在的结构强度不够、塑料片材冷却不均匀两大问题,对其进行结构静力与共轭换热仿真,分别得出辊筒变形、应力和辊筒工作表面温度场的分布情况,根据仿真结果对抛光辊筒结构进行改进。再次仿真的结果表明,改进后的辊筒挠度变形减小,最大变形量减少34.06%,最大应力值减少71.45%;温度分布更为合理,辊筒工作表面平均温度降低1.3K。结构改进增加了辊筒结构强度且加强了其冷却效果,减小了塑料片材的横向厚薄偏差。

圆柱覆膜热线风速仪气动加热数值研究

采用CFX软件和SST湍流模型对圆柱覆膜热线风速仪在高超声速流场中的气体流动和换热情况开展了稳态数值研究,分析了来流速度和基底导热系数及热膜热流密度对基底内部及热膜表面温度分布的影响。结果表明:基底内部温度分布受气动加热和热膜加热的共同作用;来流速度增大时,气动加热作用明显,热量在前缘点处耗散增大,基底和热膜表面温度快速增加,超音速范围内,影响尤为显著;基底内温差随导热系数增大而降低,随热流密度增大而增大;基底内和热膜表面平均温度均随热流密度增大而增大;考虑共轭换热时,热膜表面温差可降低约20%,对平均温度影响较小。

盘缘燃气入侵与热防护特性的数值研究

为了解盘缘流动与换热特性,采用共轭换热数值方法,求解了涡轮盘缘的温度分布状况,揭示了冷气流量及涡轮盘转速对盘腔漩涡分布以及盘面换热特性的影响规律,结果表明:随着冷气量增加,转盘附近主次流掺混区消失,静盘封严环出现间隙涡,盘缘外环面沿流动方向出现盘面向流体导热-流体向盘面导热2个区域;冷气量增加有效隔绝了主流燃气与盘缘外环面,盘缘平均温度降低,盘缘表面努赛尔数随之增加;涡轮盘旋转使得粘性底层减薄,努赛尔数绝对值略有增加;哥氏力抑制了转盘边界层流体周向速度,但总体上哥氏力不是影响旋转盘换热强度的主要因素。

高温叶片换热性能不确定性量化

结合共轭换热分析方法和基于拉丁超立方采样与Kriging近似模型的蒙特卡罗方法,提出了高温叶片换热性能不确定性量化方法。在量化主流进口总压、总温、湍流强度以及冷气进口总压四个运行参数的不确定性的基础上,对高温叶片MarkII进行了换热性能不确定性量化。分析了不确定性工况参数对叶片最高温度和最大温度梯度两个关键随机输出参数的影响,并通过设定最高温度和最大温度梯度的临界值,进行了可靠性分析。计算结果表明,不确定性参数可导致叶片最高温度增加42.3 K,最大温度梯度增加2.20 K·mm^(-1);最高温度下和最大温度梯度下的可靠度分别为94.2%和97.0%;主流进口总温不确定性对叶片换热性能和寿命影响最大。