非均匀热流密度下太阳能吸热管的温度特性

对矩形非均匀热流密度分布下太阳能槽式吸热管内流固耦合传热过程进行了数值模拟,得到了吸热管壁温度分布及周向和径向温度梯度。结果表明,太阳能吸热管在非均匀热流作用下其管壁温度分布不均匀,周向温度梯度在受热和非受热交界面附近有剧烈变化。吸热管热流密度的增加会导致壁面温度梯度增大,而管内换热的增强及热流密度的分布特性对温度梯度有影响。

微通道冷却非均匀热流密度芯片的流动换热特性

为研究微通道冷却非均匀热流密度芯片的流动换热特性,采用VOF方法,通过数值模拟分析局部热点对微通道内流型、温度、换热系数及压降的影响。研究结果表明:随着热流密度增大以及流速减小,整体的流型呈现出从泡状流到环状流的变化过程;而提高热点热流密度并不会显著改变微通道内的整体流型;热点热流密度提升不仅会使该处区域的温度骤升,而且其温度波动也会大幅提高,在500 W/cm2的热点热流密度下壁面温度波动高达250 K;随着整体热流密度提高,换热系数呈现先增大后减小的趋势,热点热流密度会一定程度上提高该处换热系数并导致通道后半段的换热系数有所降低。微通道内的两相压降受随流速和整体热流密度综合影响,并随两者提高而增大,而局部热点热流密度提高对微通道内的流动压降稳定性影响不大。

基于接触压力分布和非均匀热流密度的列车制动盘热机耦合分析

针对铁路列车制动闸片摩擦块排布方式对制动盘热机耦合响应状态影响显著的问题,提出了一种考虑接触压力分布和非均匀热流密度的热机耦合仿真分析方法。通过在轨道车辆制动性能试验台上进行的制动台架试验,从温度的角度验证了所提方法的正确性。在此基础上,建立了列车全尺寸盘型制动系统有限元仿真分析模型,对现有铁路列车制动闸片摩擦块的排布方式进行了优化分析。结果表明,合理的制动闸片摩擦块排布方式可以显著降低制动盘面的温度和应力峰值,在改善制动盘面温度和应力分布的同时,提供较为优异的制动性能。研究成果可为铁路列车盘型制动系统热机耦合分析提供一种快速有效的仿真分析方法,同时可为铁路列车制动闸片摩擦块的排布优化提供指导方向。

非均匀热流密度下槽式集热器吸热管热应力分析

为了分析槽式集热器吸热管的热力性能及其对集热系统安全运行的影响,以LS-2型集热器为研究对象,通过有限元数值模拟方法对槽式集热器吸热管进行热-结构耦合分析。结果表明:吸热管管壁最大温度位于出口处下端(抛物面反射镜反射光线照射区域),吸热管管壁最小温度位于入口处上端(太阳辐照直射区域);太阳直射辐照强度(400～900 W/m^2)越大,工质入口温度(50～300℃)越低,入口流速(1.0～3.5 m/s)越慢,对吸热管的热变形量和热应力影响越大。在集热器实际运行中,当太阳直射辐照强度较高时,工质入口温度和入口流速不能选取太低,否则会造成吸热管热应力增加,影响集热器的使用寿命。

非均匀热流边界条件下螺旋管内换热特性

对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流换热进行了数值模拟,结果表明:当螺旋管表面加热功率一定时,相同Re数下均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数高于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界下充分发展段的平均Nu数小于均匀热流边界;相同的De数下,曲率较小的螺旋管换热系数大。

局部高热流密度器件射流冲击冷板流动传热特性数值研究

为解决大功率雷达等设备中存在的局部高热流密度热管理难题,进行了大幅面、非均匀高热流密度散热技术研究,提出了一种可同时对上下两侧发热面进行冷却的嵌入式射流冲击冷板,开展了受限空间射流冲击冷却过程流动换热特性数值模拟,获得了嵌入式射流冲击冷板内部的流动换热特性,并对射流冲击距离、射流孔直径、冷板体积流量等参数对流动换热性能的影响规律进行了分析。结果表明,对尺寸为50 mm×72 mm、背景热流密度为1.2 W/cm^(2)、布置有8个3 mm×3.5 mm、125 W/cm^(2)高热流密度芯片的发热面,嵌入式射流冲击冷板的换热系数分布特点可满足局部高热流密度散热需求,且在射流冲击距离为3 mm、射流孔直径为2 mm时,综合考虑换热性能与压降后的冷板性能最佳,在冷板体积流量为5.5 L/min时,芯片最大温升为15.6℃,压降为3.917 kPa。所提嵌入式射流冲击冷板及研究结果可用于局部高热流密度器件热管理。

槽式太阳能聚光集热器传热数学模型研究

为了计算分析槽式太阳能集热器的传热特性,将金属吸热管表面的热流密度不均匀特性考虑在内,建立了一种传热数学模型;该模型将金属吸热管管壁所能接受到的热流密度简化为矩形分布,考虑了管壁的周向和径向导热。本文以Dudley的试验数据为依据对其进行计算验证,同时也进行了不均匀热流边界条件下槽式太阳能吸热管的管内流动模拟研究。计算结果和模拟结果都与文献提供的数据有较好的吻合度,集热器出口流体温度和效率与试验数据的最大相对误差分别为0.91%和4.79%。该传热数学模型可用于槽式太阳能集热器传热热性的计算分析。

抛物槽式太阳能集热器光热耦合特性数值模拟仿真与分析

抛物槽式太阳能聚光集热作为重要的绿色节能技术,已广泛应用于热力发电和工业生产等领域,能够有效降低化石燃料消耗和CO_(2)排放。然而复杂的光热耦合运行特性直接影响太阳能集热器的能量传递过程,对此,建立了基于导热油传热工质的抛物槽式太阳能聚光集热数值分析模型,以研究太阳能辐照强度和集热器倾角跟踪调节等多因素对集热利用效率和光热耦合特性的影响,分析得到集热管内工质流场和温度场的分布特性,将为优化抛物槽式太阳能集热器运行调控和开展太阳能热利用等相关理论教学及实践创新提供指导。

槽式集热管管内混合对流换热的数值模拟

本文对均匀与非均匀热流密度条件下、压力10 MPa时的过热水蒸气在抛物槽式太阳能集热管管内充分发展段的混合对流换热过程进行了数值模拟。结果发现,在非均匀热流密度条件下,与纯强制对流换热相比:层流时,混合对流换热的阻力系数增加21%~133%,Nu提高48%~261%;湍流时,混合对流换热的阻力系数增加7%~236%,Nu提高6%~150%。特别是相比于均匀热流边界条件,非均匀热流边界条件下浮升力对流动传热的影响更为显著,传统的对于混合对流的判定标准需要修正。