基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热

通过车用天然气发动机,建立了包括冷却水腔内流动沸腾传热、气缸盖内固体导热及缸内进排气燃烧在内的多场耦合仿真系统.采用直接耦合算法进行气缸盖固体区域与冷却水腔流体区域流固耦合仿真,采用顺序映射的方式进行缸内燃气区域与流固区域多场耦合仿真.通过CFD软件中UDF功能嵌入合适的单相沸腾传热模型对缸盖水腔内传热进行分析计算,并在此基础上结合试验测量结果,对比分析发动机在不同冷却水温度与不同冷却系统压力下缸盖温度场变化趋势.研究表明:多场耦合仿真系统可以解决缸盖传热边界不易给定的难题,能够更真实准确地描述出缸盖复杂传热过程,且考虑沸腾传热因素后有助于提高在不同冷却条件下缸盖热关键区域温度场的计算精度.

基于沸腾模型的汽油机缸盖温度场仿真

为提高缸盖温度场的仿真预测精度,合理运用沸腾换热的高效换热能力,利用矩形通道内沸腾传热试验台架研究了铸铝加热块、50%乙二醇水溶液在不同流速、入口温度和系统压力下的沸腾换热特性,并对现有渐进模型进行修正,建立适用于发动机缸盖材料及冷却液的沸腾传热模型。将修正后的沸腾传热模型嵌入STAR-CCM+软件进行仿真验证,结果表明,仿真所得壁面热流密度与试验结果的误差均小于5%。利用该模型建立缸体缸盖固体导热及冷却水腔沸腾换热耦合传热系统,仿真和试验结果表明:沸腾传热可有效提高缸盖与冷却液间的传热效率,该沸腾传热模型能更准确地预测缸盖温度分布。

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC++6.0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法。通过与试验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算。试验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显。最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流速分布情况。

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC++6.0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法。通过与实验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算。实验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显。最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流度分布情况。

管内过冷流动沸腾CFD模型参数敏感性研究

采用CFD方法对燃料组件进行过冷流动沸腾数值模拟研究是反应堆热工水力分析的一项重要内容。本研究使用STAR-CCM+基于欧拉双流体模型结合壁面沸腾模型对管内过冷流动沸腾进行数值模拟,得到了壁面温度、主流温度及空泡份额的分布。基于实验结果对网格模型、湍流模型、壁面沸腾模型及相间作用力模型的参数设置进行了敏感性分析。研究结果表明,对于欧拉双流体模型,并非网格量越多结果越准确,加热面第1层网格的高度对结果影响显著。湍流模型和曳力模型对计算结果影响较小,非曳力中的湍流耗散力及升力对结果影响较大。Li Quan或Hibiki-Ishii汽化核心密度模型与Kocamustafaogullari气泡脱离直径模型组合对壁面温度及空泡份额的计算较准确。本研究可为反应堆燃料组件内过冷流动沸腾数值模拟提供参考依据。

花瓣形燃料元件棒束通道内过冷流动沸腾特性数值研究

花瓣形燃料元件具有换热性能强和无需定位格架等优点,能进一步提高反应堆的功率密度和经济性。为此,本文利用欧拉两流体模型,同时结合RPI壁面沸腾模型,对2×2花瓣形燃料元件棒束通道内过冷流动沸腾特性开展数值研究。通过圆管过冷沸腾实验数据验证了模型的准确性。开展了流速和热流密度参数对花瓣形燃料元件棒束通道内流动、换热及空泡份额分布影响的数值研究。结果表明,通道内冷却剂的流动速度分布不均匀;横向流动沿主流方向存在波动;空泡份额在燃料元件的内凹弧与外凸弧处表现出较大差异;同时,由于流场和换热形式的不同,导致燃料元件的周向壁面温度呈现不均匀分布,横向流动的存在影响着壁面热流分配情况。

池内核态沸腾换热新模型

考虑多个活化核心或汽泡间非线性相互作用及核化过程的非线性动力学特征 ,指出沸腾系统具有强非线性和随机性等特征 .从随机性的物理机理出发 ,利用汽泡数目平衡的概念导出了汽泡尺寸分布函数 ,在此基础上提出了计算核态沸腾换热的新思路 .计算结果与实验对比吻合得很好 .

流动沸腾传热的矢量合成模型

初步分析了在论文［１］中提出的新模型的理论基础，并改进流动沸腾传热中对流蒸发项的计算，利用杨伟［６］构造的渐进加和模型计算窄矩形流道中流动沸腾传热的对流蒸发项；还利用所提出的矢量合成模型预测了圆管内的流动沸腾传热系数。实验数据关联表明，所构造的模型适合窄矩形流道和圆管流道内流动沸腾传热系数的计算。

ATHLET程序低压下过冷沸腾模型评价和修正

针对低压下过冷沸腾流动提出一种新模型,该模型考虑了一维热工水力模型程序中对空泡份额影响较大的本构关系,如壁面蒸发模型和漂移流模型。将新模型应用于ATHLET/MOD2.1A版本,新修改的程序与公开发表的一系列低压过冷沸腾实验数据和ATHLET原程序进行对比验证,对比结果显示与实验数据符合很好。

管内沸腾两相流动网络模型

依据不同的时空尺度将沸腾流动系统划分为主流区和受热区两个子系统 .分析了两个子系统各自的特点 ,并用网络模型图对其进行描述 .分析表明 ,介观的气泡振荡压力波和宏观压强之间是存在关联性的 .进一步的研究表明 ,由压力信号分离成的摩阻压降 pR,加速压降 pa,提升压降 pc 三项与网络参数中的流阻R ,流感L ,流容C能关联起来 .

发动机冷却水腔内沸腾传热的模拟研究

从单相流观点出发研究了两种计算过冷流动沸腾传热的思路:分区描述法和叠加计算法。提出了两个基于分区描述法的沸腾模型A和沸腾模型B;修正了基于叠加计算法的Chen沸腾模型和BDL沸腾模型中对流传热项的计算方法。利用这些沸腾模型进行了缸盖鼻梁区冷却水腔沸腾传热的数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:采用分区描述法和叠加计算法进行发动机冷却水腔内过冷流动沸腾传热计算均是可行且有效的方法;采用沸腾模型A和修正的BDL模型的预测精度比另两个沸腾模型要高;提高流速和过冷度均能强化沸腾传热的能力,提高压力后则在更高的壁面温度下才出现沸腾传热。

蒸汽发生器传热管一、二次侧耦合换热及管外过冷沸腾数值研究

采用两流体欧拉数学模型,结合气相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型以及RPI壁面沸腾模型,利用ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器局部传热管束二次侧的过冷沸腾进行数值研究。数值研究结果与单管内过冷沸腾实验数据对比验证符合良好。结果表明,采用壁面沸腾模型能准确预测沸腾起始点的位置,同时梅花孔板的存在对二次侧流动换热特性影响显著。

某化工企业乙烯储罐爆炸后果的两种模型预测

以某化工企业为例，分别采用蒸气云爆炸（VCE）模型和沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）模型进行分析，预测不同情况下乙烯储罐爆炸产生后果的严重程度，根据最大危险原则，按照乙烯扩展蒸气爆炸考虑相关事故后果。由于乙烯爆炸后果十分严重，应采取相应措施降低事故发生率，以达到降低企业风险的目的。

基于多物理场耦合的发动机温度仿真研究

文章利用STAR-CCM+软件,对发动机温度仿真进行了深入研究,通过与试验对标,建立并优化沸腾模型,通过对活塞与缸套换热边界的研究,引入冷却喷嘴、PCV冷却和摩擦热,提高了温度场的计算精度。建立了多物理场耦合的发动机温度仿真流程体系,可以用于指导设计开发,评估爆震趋势,避免膜态沸腾,并预估暖机时间,为发动机疲劳耐久仿真提供热边界,为发动机热管理系统设计提供重要依据。

矩形窄缝通道内流动沸腾的数值模拟研究

窄缝通道换热技术是一体化小型模块式反应堆发展的关键技术之一。基于窄缝沸腾换热原理的换热器具有结构紧凑和换热能力强等特点。本文采用基于欧拉–欧拉法的两流体模型以及RPI壁面沸腾模型对矩形窄缝通道内流动沸腾进行模拟,本文系统分析了不同封闭子模型的选择(包括汽泡脱离直径dw和汽化核心密度Nw)对流动沸腾中汽泡参数、传热及流场预测的影响。基于模拟结果下不同封闭模型的选择,提出了适用于矩形窄缝通道内流动沸腾且工况适应范围较广的汽泡参数子模型的优化组合。研究结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供参考依据。

60kt／a碳酸二甲酯项目储罐区火灾爆炸伤害模型分析评价

对60kt／a碳酸二甲酯项目储罐区采用蒸气云爆炸模型和沸腾液体扩展蒸气爆炸模型进行事故伤害评估，督促企业要通过制定切实、可行的事故应急预案，达到减轻重大事故影响的目的。

竖直窄缝过冷沸腾实验模型及数值模拟

基于常压下竖直窄缝通道的过冷沸腾实验结果,提出了2 mm窄缝通道的壁面核化数值新模型,模型包括:汽化核心密度、气泡脱离直径、气泡脱离频率和核化起始点(ONB)关联式。分别采用新模型和CFX模型对典型实验工况进行数值模拟分析,模拟结果与实验的壁面温度和平均壁面温度结果吻合较好。详细讨论了2个模型中的3个主要关联式的差异,最后讨论了ONB模型对过冷沸腾数值模拟结果的影响。结果表明,考虑ONB模型的新核化模型能更准确地预测窄缝通道过冷流动沸腾传热特性。

当归破壁饮片沸腾干燥动力学研究及理化性质评价

目的建立当归破壁饮片沸腾干燥动力学模型,测定其干燥动力学参数,比较不同温度沸腾干燥产品质量,为优化干燥工艺参数提供参考。方法采用沸腾干燥对当归破壁饮片软材进行干燥,研究其在60、75、90℃条件下的干燥特性;应用Weibull函数对其干燥曲线进行拟合;根据Fick扩散定律和Arrhenius方程求算干燥过程水分有效扩散系数和活化能;运用HPLC测定不同干燥温度当归破壁饮片挥发成分含量,测定指纹图谱并计算相似度;测定物理属性指标,建立以15个物理指标(D90、粒度分布范围、粒度分布宽度、相对均齐度Iθ、松密度、振实密度、颗粒间孔隙率、压缩度、比表面积、孔体积、休止角、平板角、色度L^(*)、a^(*)、b^(*))来表征当归破壁饮片的物理质量属性和构建物理指纹图;从物理和化学属性多角度综合评价不同干燥温度对其质量的影响。结果当归破壁饮片沸腾干燥属于降速干燥过程,温度越高,达到目标水分控制点的时间越短;沸腾干燥过程中水分比随时间变化服从Weibull函数分布(R 2为0.9911~0.9990,χ2为9.3805×10^(−5)~6.0300×10^(−4),RMSE为0.0077~0.0213);当归破壁饮片沸腾干燥的水分有效扩散系数(moisture effective diffusion coefficients,Deff)值(1.84×10^(−3)~6.90×10^(−3) m^(2)/s)和活化能(activation energy,Ea)值为39.70 kJ/mol。不同温度沸腾干燥的当归破壁饮片挥发性成分含量有一定差异,随温度升高,挥发性成分含量略有降低;HPLC指纹图谱及物理指纹图谱与对照图谱的相似度较高(相似度均>0.90)。结论Weibull函数能较好预测当归破壁饮片沸腾干燥过程中的水分迁移规律,不同温度沸腾干燥的当归破壁饮片整体质量差异不大,指纹图谱相似度均符合要求;对指导产品生产过程中干燥工艺参数优化和提高品质具有重要意义。

5×5花瓣形燃料棒组件内过冷沸腾流动与换热特性数值研究

使用欧拉两流体模型和伦斯勒理工学院(RPI)壁面沸腾模型并考虑燃料棒组件内流固耦合传热,探究了5×5花瓣形燃料棒组件在均匀体积热源条件下的过冷沸腾流动与换热特性,分析了不同子通道内的速度场、温度场、空泡份额分布以及换热系数分布规律等。研究发现,棒束通道内二次流强度沿轴向呈周期性波动变化;过冷沸腾工况下花瓣形燃料组件内空泡份额峰值出现在靠近出口处,汽泡主要在燃料棒内凹弧处产生,呈逆时针偏心分布,且角子通道的汽相体积份额明显大于中心子通道;在本文模拟工况下,芯块最高温度达到657.9 K,沿轴向燃料棒芯块高温区面积逐渐增大,且角子通道的冷却剂温度高于边子通道,中心子通道冷却剂平均温度最低,各子通道的换热系数沿轴向呈周期性波动。