某单缸发动机冷却系统数值模拟及优化

为研究某单缸发动机冷却系统的冷却性能及工作流量,采用CFD方法对该单缸发动机冷却系统开展流场分析及工作流量提升研究。实验结果表明:该发动机冷却系统原方案的工作流量为34 L/min,不满足当发动机转速8 000 r/min时工作流量43.75 L/min的设计要求。通过优化水套阻力和提升冷却水泵性能,冷却系统的工作流量提升至44 L/min,增幅为29.4%。研究结果可为该单缸发动机冷却系统的冷却性能评估及结构改进提供仿真数据支撑。

烧结矿预冷却技术及装备研究

为了对烧结矿的高品质余热进行充分回收利用,提升环冷机布料的均匀性和热量分布的合理性,进一步提高烧结矿显热回收效率,本文使用可实现烧结矿冷却和高品质余热回收的预冷却装置取代现有烧冷系统中的给料溜槽,并引入可提高换热效率和余热品位的气固逆流换热方式,形成烧结矿预冷却技术。同时,对预冷却装置进行结构设计,基于Fluent和EDEM仿真平台,对比分析两种不同结构方案装置内部的气流分布、料层阻力以及物料流动情况,并对装置的换热效果进行验证,从而获得最佳的预冷却装置结构方案和运行参数。烧结矿预冷却技术及装备在湘潭钢铁集团有限公司360 m^(2)烧结机1.5 a的实际运行经验表明,该技术可改善环冷机布料的平整度,将余热锅炉蒸汽产量由34 t/h提升至40 t/h左右,显著提高了烧结矿显热的回收效率。

严寒干热地区集热冷却联用系统试验研究

该文结合新疆地区昼夜大温差气候特性,在乌鲁木齐市搭建一套小型太阳能集热——天空辐射冷却两用系统,通过对比PE防风膜层数和测试不同流速工况下的系统运行结果来探究两用装置的集热/冷却潜力。试验结果表明:系统在日间集热模式下的最大进出口温升为6.40℃,最大瞬时集热功率为721.88 W/m^(2);夜间冷却模式下最大进出口温降为0.94℃,出口温度相对环境温降可达1.43℃,最大瞬时冷却功率为50.89 W/m^(2),这为其在实际中的工业集热应用和本地区的温湿度独立控制空调系统高温冷冻水制备提供可能。

某型高温涡轮叶片冷却性能的实验研究

为了有效监测高温涡轮叶片的安全运行状态,基于响应面模型对某型高温涡轮叶片进行了实验研究,旨在探究关键工况参数对其冷却性能的影响,以提供可靠的数据支持。采用中心复合表面设计对某型叶片的工况参数进行设计,研究了主流入口温度、主流出口压力、主流进出口压比、冷气与主流温度比及流量比对某型叶片冷却效率分布、无量纲温度分布及温度非均匀度的影响规律,并在此基础上构建了响应面模型,探究了工况参数的耦合作用对某型叶片冷却性能的综合影响。实验结果表明:拟合得到的响应面模型有较高的精度,其均方根误差均小于0.001,决定系数均大于0.99;主流入口温度和出口压力对叶片冷却性能的影响均较小;在实验工况范围内,当主流进出口压比、冷气与主流温度比及流量比分别从1.3~1.5、0.6~0.7、3~8增大时,叶片的平均冷却效率分别增大了9.67%、9.39%、30.49%;叶片的平均无量纲温度分别提高了2.98%,降低了1.34%、3.78%;叶片的温度非均匀度分别降低了2.69%、28.79%,提高了50.27%。

测井仪被动式热管理系统室温冷却研究

被动式热管理系统能使测井仪内部电子器件的温度在工作时间内不超过耐温指标,然而热管理系统优异的隔热性能导致测井仪需要较长时间冷却,才能投入下一次工作。为此,提出了一种针对测井仪的室温冷却方案。通过将电路骨架从保温瓶内抽出置于空气中实现快速冷却,同时设置芯片保护壳避免内部电子器件与空气直接接触,能够避免较高温差所产生的热应力及水蒸气液化对内部电子器件的损坏,实现快速冷却。模拟和试验验证了该方案的可行性,同时模拟探究了不同因素对冷却方案效果的影响,确定了最佳的冷却方案。研究结果表明,所提出的室温冷却方案可以解决测井仪被动式热管理系统冷却散热的问题,提高测井工作的效率。

基于端部绕组模块的定子励磁无刷电机冷却方法

为了提升定子励磁无刷电机的冷却能力,提出了一种基于端部绕组模块的定子励磁无刷电机冷却方法.在电机端部绕组和定子铁芯叠片端部的间隙中插入端部绕组冷却(EWC)模块,以减小定子绕组热点区域和冷却介质之间的间隙,从而提高端部绕组的冷却能力.对非重叠式集中绕组长度计算模型进行改进,评估采用EWC模块前后电机定子电枢绕组长度的变化,分析EWC模块的电导率对电机定子损耗的影响.采用计算流体动力学(CFD)模型,对比EWC模块在不同铜耗和励磁源损耗密度下的冷却性能.结果表明,采用EWC模块可以使端部绕组的稳态温升降低约50%,热态时的绕组电阻降低7.51%,从而改善了定子的冷却条件.

柔直换流阀用相变冷却工质击穿特性研究

相变冷却技术冷却效率高、安全可靠,有望攻克柔直换流阀散热瓶颈,实现其高压、大容量发展,在换流阀冷却领域具有良好的应用前景。为实现相变冷却换流阀绝缘系统可靠设计,该文设计研制了三相态相变冷却工质可调频绝缘特性测试专用平台,并以换流阀用相变冷却工质为研究对象,依据换流阀典型运行工况,利用专用测试平台开展了相变冷却工质三相态、50~300 Hz频率范围的绝缘击穿特性研究。得到了相变冷却工质击穿特性随工质相态及电压频率的变化规律,分析了相变冷却工质不同相态的击穿机理,揭示了工质相态和电压频率变化对冷却工质击穿特性的影响机制。研究工作不仅解决了高频下相变冷却工质的三相态耐压测试方法问题,且所得研究成果为相变冷却柔直换流阀的绝缘设计奠定了基础,同时可指导相变冷却技术在其他电力电子器件及装备上的应用。

冷却工艺、填充溶剂对钙钛氧化物的微观形貌及光催化性能的影响

以钛酸正丁酯和无水氯化钙为原料,采用水热法制备了不同显微形貌的钙钛氧化物粉体。研究了冷却工艺与填充剂种类对钙钛氧化相结构、显微形貌和光催化特性的影响。结果表明:当无外加填充溶剂引入,采用不同冷却工艺均可获得具有片状结构的CaTi_(2)O_(4)(OH)_(2)纯相;当分别引入20 mL乙醇或水作为填充溶剂时,制备的粉体相结构和微观形貌在不同的冷却工艺下存在较大差异,粉体的相结构和微观形貌经历了从无定型相的针网状形貌过渡到由纳米纤维聚积夹杂少量块状CaTiO_(3)物相组成的形貌,以及完全由具有片状结构的CaTi_(2)O_(4)(OH)_(2)物相过渡到具有片状结构的CaTi_(2)O_(4)(OH)_(2)以及少量方块状CaTiO_(3)组成的物相。光催化性能显示,引入20 mL乙醇作为填充溶剂,采用缓冷工艺制备的粉体在紫外可见光3 h下对罗丹明B的光催化效率最佳。

单相发汗冷却对脉冲爆震燃烧传播的影响

作为一种先进推进系统,脉冲爆震发动机热端部件的热载荷随着工作频率和飞行马赫数的提高而大幅增加。发汗冷却具有很高的冷却效率和更低的冷却剂消耗,使其成为脉冲爆震发动机燃烧室壁面冷却的理想方案。开展发汗冷却与爆震燃烧耦合研究,是爆震发动机发汗冷却设计的理论基础。为了探索发汗冷却的固体和流体结构对爆震燃烧的影响规律,本文采用实验方法,研究了不同多孔介质结构和单相发汗冷却对充分发展爆震燃烧传播过程的影响。结果表明,爆震波在多孔介质壁面上传播时发生减速,但不会引起爆震波解耦。单相发汗冷却引发爆震燃烧失效的主要原因是冷却剂的稀释作用使得局部当量比低于燃料的可爆极限。当冷却剂注入率超过12.5%时,爆震燃烧解耦。

汽车前舱冷却流场可靠性优化模型设计与仿真

针对汽车前舱冷却系统设计的复杂性和设计变量的不确定性,将Chebyshev不确定分析方法引入前舱冷却流场优化设计流程,建立适用于汽车前舱冷却流场的区间可靠性优化设计模型。以某轿车前舱冷却系统为例,引入Chebyshev函数用于结构优化设计。选取冷凝器和散热器的平均流速和气流流量为目标阈值,使用k-ε湍流模型进行有限元分析,结合Chebyshev可靠性分析迭代,对前舱冷却模块进行结构优化,提升前舱冷却流场性能。试验结果表明,通过增大前保吸能泡沫截面和优化风扇扇叶与支架间的间隙可在一定程度上改进前舱冷却流场性能。

自然冷却下干式变压器的温度场仿真分析

采用试验与仿真相结合的方法,对干式变压器在自然冷却条件下的温度场特性展开了系统的研究。首先,采用高低压绕组同时施加额定直流电流的试验方法,排除了涡流效应对高低压绕组损耗结果的影响,准确地获得了绕组损耗与温升的对应关系。同时,利用STAR-CCM+软件,分析了达到热平衡后,变压器内部温度场和流场的分布情况以及不同的湍流模型选取和绕组等效建模方法对温升模拟结果的影响规律。研究结果表明,由于空气自然对流的影响,高低压绕组的温度场分布规律基本相同,即:底端温度最低且温度随绕组高度的增加逐渐升高。此外,采用k-ε低雷诺湍流模型和柱坐标等效建模法所得到的变压器自冷温升的仿真结果与试验结果的误差最小,且具有最快的收敛速度。所提出的仿真方法能够准确、快速地对自冷条件下干式变压器的温度场特性进行分析,可为变压器的设计与优化提供一定的指导与参考。

基于热阻及成本分析的高炉冷却壁多目标优化

本文建立了高炉冷却壁热阻模型,冷却壁热阻包括火积耗散热阻和对流热阻,分别表征其导热性能和换热表面的对流换热性能。分析冷却壁运行过程中的各项成本,包括冷却壁材料成本、运行耗水成本、运行能耗成本以及冷却壁厚度减薄时产生的额外收益。应用遗传算法以冷却壁热阻和成本为目标函数,以冷却壁各结构参数为决策变量,对冷却壁进行多目标优化,获得了Pareto最优解集。优化后的冷却壁与初始冷却壁相比,可在传热性能相当的前提下成本下降79.9%,或在冷却成本相当的前提下,热阻下降27.3%。

强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下:丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6。对比分析实验结果表明:螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。

燃料电池客车集中冷却系统仿真与优化

为了解决氢燃料电池客车的各类独立冷却系统并存、系统冗余、所占空间大的问题,目前主要方法是尽可能对各放热元件进行集中冷却,因此集中冷却系统的设计方法变得越来越重要。基于某氢燃料电池客车厂提出的某车型集中冷却系统冷却效果不理想课题,运用KULI软件对集中冷却系统进行建模、仿真分析,提出系统优化方案:改变风扇直径和放热元件集中冷却系统水循环回路拓扑图。研究结果表明,运用KULI软件对氢燃料电池客车集中冷却系统进行建模,通过仿真分析可以优化集中冷却系统,从而解决冷却效果不理想问题。

海水二次循环冷却设备腐蚀故障在线诊断研究

为了在短时间内完成对二次循环设备腐蚀故障的精准诊断,提出海水二次循环冷却设备腐蚀故障在线诊断方法。根据冷却设备循环机组的工作参数,构建腐蚀故障出现前的设备正常运行状态函数。结合腐蚀故障产生因素及环境条件设置约束条件,确定冷却设备腐蚀故障位置影响因子。计算每个故障位置的判定系数,以在线确定故障位置。横向对比冷却设备管道中不同位置节点力学数据,并校验分析故障位置判定系数,以获取冷却设备腐蚀故障位置判定系数指标量。创新性地最大化短期记忆网络的池化层,并依据故障位置判定系数及指标量,求解腐蚀故障实际触发值和整定值,以实现设备腐蚀故障的在线诊断。测试结果表明,所提方法的诊断准确率均在97%以上。该方法具有见效快、用时短、诊断准、效果稳的特点,能够应对当前大部分海水二次循环冷却设备腐蚀故障的在线诊断任务。

吹风比和肋板对叶片尾缘开缝气膜冷却特性的影响

为了阐明吹风比和肋板对燃气透平叶片尾缘开缝区域气膜冷却性能的影响,采用延迟-分离涡模拟方法求解了尾缘开缝模型的流量系数、非定常流场结构和气膜冷却效率,采用实验数据考核了延迟-分离涡模拟方法对流量系数和气膜冷却效率预测的有效性,获得了使尾缘开缝壁面气膜冷却效率最佳吹风比。结果表明:流量系数随吹风比增加而增大,但吹风比大于0.65后,流量系数几乎不受吹风比影响;在吹风比0.20~0.65范围内,尾缘开缝壁面气膜冷却效率随吹风比增加而增加;在吹风比0.80~1.25范围内,冷热气掺混剧烈,冷却效率略微下降;肋板结构增加了冷气通道的阻塞效应,并限制了开缝区域冷气旋涡的发展,导致展向涡提前扭曲、变形和分解;相对于无肋板结构,带肋尾缘开缝结构的流量系数下降了约5%,气膜冷却性能提升了约10.8%。开缝下游的旋涡脱落和冷热气流间的掺混是影响开缝壁面冷却效率的主要原因,综合考虑冷气消耗和气膜冷却效率,无肋板时最佳吹风比为0.65,带肋板时最佳吹风比为0.5。

端部绕组浸没式冷却电机散热结构设计与优化

针对高功率密度电机散热困难的问题,设计了一种端部绕组浸没式冷却的油冷散热结构,研究了端部绕组浸没式冷却电机的散热结构设计与优化方法。基于传热学及电磁学理论,分析了电机内部热源的分布情况,通过仿真模拟分析了极限工况下油冷电机的温度分布和流动特性;定量研究了油碗、油道结构参数对电机最高温度及油道压降的影响;基于响应面法进行多目标优化试验设计,利用带精英策略的非支配排序的遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解,并通过仿真模拟验证了优化结果的有效性和可行性。结果表明:优化后电机最高温度为139.7℃,比优化前的最高温度161.3℃降低了21.6℃,降幅为13.4%。同时,油道压降由65.6 kPa下降至39.3 kPa,降低了26.3 kPa,降幅为40.1%。进行优化设计后,油冷电机的散热性能显著提高,有利于提高电机的工作效率和寿命。本研究对于电机散热结构的设计与优化具有一定的理论指导和实际应用价值。

高温后冷却方式对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响

高温处理后混凝土力学性能是工程建设中评价混凝土结构安全性能的重要指标之一。对不同玄武岩纤维(BF)掺量混凝土的力学性能进行了测试,将最优掺量的玄武岩纤维混凝土(BFRC)与普通混凝土(OC)进行高温处理(200、400、600、800℃),研究不同冷却方式(自然冷却和喷水冷却)对高温后BFRC性能劣化的影响,分析BFRC在不同温度和冷却方式下的力学性能变化规律。结果表明,当BF掺量为0.05%(体积分数)时,BFRC抗压强度、劈裂抗拉强度达到最大值,分别为50.2、3.5 MPa,较OC分别提高了14.87%、34.62%。BF的掺入能够有效增加混凝土的韧性以及抵抗开裂变形的能力。随着温度增加,BFRC试件的弹性模量减小但始终大于OC试件。同一冷却方式下OC的峰值应变均大于BFRC,不同冷却方式下的延性指数较常温均有所提高。

基于T-S模糊故障树的驱动电机冷却系统可靠性分析

车用驱动电机液压冷却系统存在故障机理不确定等问题。本文应用模糊数描述其故障概率和故障程度,建立驱动电机冷却系统的T-S模糊故障树模型,计算系统模糊可能性,分析各部件的概率重要度和关键重要度,找出影响系统可靠性的关键部件。