两相流振荡换热过程数值模拟分析

为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。

振荡流通过内插螺旋翅片管传热特性的数值模拟

振荡折流换热器广泛应用在包含传热传质过程的化工过程中,本文对管内插入螺旋翅片的振荡折流换热器进行了三维非稳态数值模拟,模拟在斯特劳哈尔数St=2,4,8和振荡雷诺数Reo=20,40,80范围内进行。通过作出瞬时三维流线,以观察流动状态随时间变化规律,发现其中有纵向涡和横向涡的周期性形成和脱落;得到了圆管周向局部传热系数随时间变化规律,以及不同振荡参数(St和Reo)下周向平均传热系数随时间的变化规律。结果表明:局部传热系数沿周向不均匀分布,并在翅片斜对面达最大;周向平均传热系数随时间周期性变化,时间平均传热系数随振幅增大而增大,但受频率影响却不明显;在本文讨论的参数范围内,平均传热系数最大可达圆管层流的4倍。

壁面改性强化活塞油腔换热的模拟试验

为满足大缸径发动机活塞的冷却需要,必须采用冷却油腔进行强制冷却;但随着发动机强度的不断提升,活塞冷却油腔的换热已无法满足低速船用柴油机高强化程度发展的需求.为提升往复运动活塞冷却油腔的换热能力,从壁面改性角度着手,在不改变任何活塞结构前提条件下,将微纳米结构用于冷却油腔表面.利用往复振荡换热模拟试验研究其强化传热的效果,结果表明:试验往复振荡冲击换热的最佳换热充液率为50%,既可保证液体对壁面的冲击速度,也可使上壁面形成有效的液膜覆盖;随着转速的增加,会增大液体与气体在腔内的混合程度,在一定范围内能强化内冷油腔的换热;采用微结构超亲表面后,强化换热效果最大.

基于活塞温度场的发动机热负荷分析及控制

针对四冲程高速柴油机活塞热负荷问题,建立了基于两相流振荡换热的活塞热流固耦合模型,该模型考虑了活塞往复运动造成机油无法填满冷却内腔的问题,通过设定气相、液相的多相流方法,模拟出机油在冷却内腔中填充率的变化曲线,并对各转角的瞬态传热系数及温度求平均值,从而进行热流固耦合分析。通过与硬度塞测量法的试验结果进行对比,可知该模型的误差较小,可以较好地用于活塞温度场的仿真模拟及关键位置热负荷的评估分析。在此基础上进行活塞热负荷影响因素的规律性分析,得到满足热负荷要求的发动机运行区间。

振荡流热管换热器的数值模拟及场协同分析

振荡流热管是一种新型高效传热元件,本文采用数值模拟的方法研究了振荡流热管换热器内的流动与换热情况,并结合场协同理论分析了换热器内管子排列方式、热风进口温度和进口流量对振荡流热管换热器换热情况的影响。模拟结果显示,换热器内管子叉排排列方式的换热效果优于顺排方式,热风进口流量对换热器内温差场均匀性影响较大,而热风进口温度对温差场均匀性影响较小。这些结果对振荡流热管换热器的设计具有一定的指导意义。