核电厂全范围模拟机流固换热耦合并行技术研究

基于RELAP5程序热工水力计算原理,研究热构件壁面温度及热流密度耦合并行技术在核电厂全范围模拟机中的应用。整体模型通过热构件壁面温度或热流密度拆分为两个模型耦合并行计算,计算结果分别与整体计算的结果进行对比。结果表明:在间壁式换热器的热构件模型中,热流密度作为耦合参数时计算结果不准确;壁面温度作为耦合参数时可以准确计算。将温度耦合技术用于典型四环路压水堆核电站蒸汽供应系统的仿真计算,计算结果表明:间壁式换热器的热构件模型的温度耦合并行计算能有效提高CPU利用效率和计算速度,为模拟机的实时计算提供更多的保障。

湍流模型对瞬态流固耦合换热数值模拟影响分析

采用ANSYS Fluent程序建立了固体加热功率指数增长的气体冷却模型,分析了瞬态过程中的流动传热特性,通过数值模拟结果与3组实验数据进行对比,研究了标准k-ε模型、标准k-ω模型、过渡SST模型和RSM模型4种典型湍流模型对瞬态过程中流固耦合换热数值模拟结果的影响。通过分析发现:热负载指数提升过程中,热功率一部分用于对流换热,而另一部分仍留在固体内,且热功率提升速率越高,对流换热的占比越低;采用不同湍流模型模拟出的等效表面热流密度均低于实验值,且采用ε类湍流模型的模拟结果与实验数据更接近。

U型地埋管三维非稳态流固耦合换热数值模拟研究

利用商用CFD软件Fluent6.3对U型地埋管三维非稳态流固耦合换热问题进行研究。为减少计算资源,首先对流场计算采用稳态计算方法,待流场计算收敛后,再单独对流固耦合换热非稳态温度场进行计算。比较了多层土壤结构与土壤物性参数加权平均后单层土壤结构的换热差异,结果表明换热差别在6%左右;研究了不同流速下,U型管的出口水温变化、不同截面处的换热量以及平均换热量,探讨了热短路现象发生的可能性,最后讨论了不同井深情况下的U型管的换热特性。论文的研究工作对今后U型管简化计算提供必要的依据。

大功率速调管收集极流固耦合换热数值模拟

目前对于液冷式速调管收集极的热分析均未考虑到冷却液流动状态对收集极整体的热分布及散热能力的影响。该文介绍了一种大功率速调管收集极散热过程中的流固耦合换热数值分析方法。以ANSYS Workbench中的CFX流体计算软件作为分析平台,对双层水套沟槽型收集极结构进行了适当简化,建立了3维参数化实体模型;仿真分析得到了冷却通道内部流体的3维流速分布、温升、压力分布及收集极体温度分布等结果,并与理论计算结果进行了对比,误差在合理范围内,对于速调管大功率微波测试和收集极的优化设计有较大的参考意义。

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re>1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7%.

精密离心机热变形多物理场耦合数值计算

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度.综合考虑离心机机室内空气流动、流动传热以及机箱和转盘的导热,结合CFD和FEM方法,对精密离心机的热变形进行流-热-固多场耦合计算.分析了多物理场耦合计算原理,采用流固耦合换热整场求解法计算离心机温度场,采用顺序耦合法计算转盘热变形.计算结果表明:在300r/min转速下,转盘最大温升为1.23℃;越远离转盘中心,温升越大;加速度计安装位置的温度计算值与实测值一致,验证了本方法的正确性;转盘安装加速度计位置的径向热变形为7.89μm,热变形是变形累积的结果且随着转盘转速增加而增大.

深部开采巷道内流固耦合换热的数值研究

为了研究深部开采巷道内流固耦合换热过程,采用计算流体软件FLUENT对该过程进行了数值模拟,并利用正交试验和单因素试验方法,探讨了通风温度、围岩壁温、隔热层厚度、巷道长度以及通风速度等因素对巷道降温效果的影响。正交试验结果表明,各因素对巷道降温效果的影响大小排序为入风温度>壁温>隔热层厚度>巷道长度>风速。单因素试验结果表明,隔热层厚度和巷道终点温度之间呈负幂指数关系,壁温、风温和巷道温度之间呈现出正线性关系。利用SPSS软件对数值试验的结果进行了分析,得到了巷道出口温度与上述因素间的定量关系式,为工程设计提供了有效的参考依据。

低超声速飞行器瞬态热状况解耦算法

针对低超声速飞行器非稳态飞行条件下内外流固耦合一体化计算的复杂性,将飞行器外部流场的实时气动热转化为浮动的第三类边界条件进行解耦.以加速俯冲的超声速三维头锥体为例,分别采用浮动温差法和辐射平衡法提取表面对流换热系数进行解耦计算,并与直接耦合计算结果进行比较,验证两种解耦算法的可靠性.结果表明,将非稳态飞行过程离散为不同飞行状态点,通过提取对流换热系数解耦计算得到的不同状态点的锥体表面温度分布与直接耦合计算得到的结果吻合较好.两种解耦算法在计算效率方面均要优于耦合计算方法;在外界气动环境发生剧烈变化的过程中,最大相对误差均不超过2%.

速调管收集极冷却水路反接影响分析

本文采用ANSYSWorkbench中的CFX计算流体力学分析软件,对于在速调管热测过程中可能出现的冷却水路反接情况进行了流固耦合换热数值模拟。在对收集极物理模型进行简化并建立数值模型后,对比了冷却水路正常连接和反接时收集极内部冷却水流速分布、压降及收集极体温度分布等信息,结果表明冷却水路反接时收集极局部散热能力发生变化,在正常测试条件下对收集极内表面的温度分布有一定影响;在冷却水流量减小时对于收集极顶部的散热能力会急剧下降,有可能造成收集极物理上的损坏。

空压机冷却水道仿真分析及改进设计

为解决空压机缸盖及缸体顶面温度过热问题,基于流固耦合传热理论,建立了内部流场数值计算模型。仿真结果表明:空压机冷却水道设计不合理,缸体处冷却液流量较少,未得到充分换热,导致缸体顶面及缸盖底面温度较高。通过改进冷却水道结构,提高缸体顶面处冷却液流量,缸体顶面处温度由383.3 K降低至374.1 K;缸盖处温度由379.4 K降低至373.9 K,解决了空压机整体过热的问题.

某脉冲发动机传热特性分析

为研究侧喷管脉冲发动机的传热性能,运用流体计算软件对发动机进行流固耦合换热数值计算,分析发动机工作过程中的瞬态换热。数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:不同材质基座的温度场结构基本一致,由于材料热物性的不同,壁面的温度梯度会存在一定的差异;燃气的涡旋流动是造成内壁面高温及烧蚀主要原因,烧蚀产生的金属氧化物颗粒会加剧燃气的侵蚀效应,铝质基座需具备热防护部件。

重型柴油机机油冷却模块传热性能研究

针对重型柴油机机油冷却模块散热效率较低影响发动机工作性能的问题,基于板翅式散热器换热机理,采用遗传算法和数值仿真技术对某款柴油机用水冷机油冷却器进行了参数优化和性能仿真预测,得到了冷却器温度场分布的可视化结果。对机油冷却器进行了台架试验测试,表明机油冷却模块的换热效果得到明显改善,能够满足发动机润滑系统的温度要求。