双管程管壳式换热器的流动与传热机理分析

为探究双管程换热器内部流体的流动与传热机理,建立单管程、双管程换热器的数值计算模型,分析单管程、双管程换热器性能的异同,并探究了不同折流板配置下的双管程换热器内部流体的湍流流动和传热特性。研究结果发现,双管程换热器的管程压降远大于单管程换热器,其管程流体在由第一管程进入第二管程时,会有较大的逆压梯度,在管程封盖中部分流体从主流流体中分离,形成涡流和流动死区,三种不同折流板配置的双管程换热器中,螺旋流换热器的壳程流体混合地较为均匀,并取得了优良的壳程综合性能。研究内容可为双管程换热器的性能优化提供指导,也为热力系统中换热器的选型和结构优化设计提供了理论参考。

纳米粒子钻井液热物性试验研究

针对目前常见的钻井液冷却钻头的能力相对较低、钻头冷却效果较差、钻头使用寿命较短的问题,采用在钻井液中添加纳米粒子的方法可有效提高钻井液的传热效率。分别对比了氧化铁和碳化硅两种纳米粒子对钻井液热物性的影响。试验结果表明,随着纳米粒子尺寸从76 nm减小到54 nm,氧化铁纳米粒子钻井液的导热系数提高了39.71%,比热容增加了1.26%,对流换热系数增加了35.95%;碳化硅纳米粒子钻井液的导热系数增加了22.95%,比热容增加了0.69%,对流换热系数增加了13.85%。54 nm的氧化铁纳米粒子钻井液的对流换热系数与导热系数之比的平均值要比同尺寸碳化硅纳米粒子钻井液高出38.83%,优选氧化铁纳米粒子用于改善钻井液的热性能。

工质密度和储层渗透率演化对EGS系统传热效能的影响

工质进入地热储层后的流动和采热问题是典型的热流固(THM)耦合问题。工质的密度、地热储层的渗透率在热开采过程中受THM耦合作用影响,导致地热储层传热效能的变化。为了探究这一变化,基于等效多孔介质模型建立了THM完全耦合的二维有限元模型和计算程序,模拟了增强地热系统(EGS)长期热开采过程,分析了岩石温度、孔压、储层变形的演化规律,研究了密度、渗透率演化对EGS采热性能的影响。结果表明:在温度、地应力、孔压等因素中,温度是稳定开采阶段对流体密度演化和渗透率演化影响最大的因素。但对于最终储层的传热效能而言,密度演化延缓了储层出口温度的冷却速度,提高了净热提取率;而渗透率演化虽然加速了出口温度的冷却,也提高了净热提取率。研究丰富了斜压流体THM耦合模型的应用,为EGS地热开采和储层管理提供了重要参考。

自适应浮阀塔板HAV^(TH)的操作特性

为了提高蒸馏塔板的分离性能,在综合了国内外新型固阀和浮阀塔板优良性能的基础上开发了一种固阀与浮阀相集成的高效自适应塔板(HAVTH)。采用空气水氧气体系,在直径为600mm的塔内,研究了HAVTH塔板的流体力学和传质性能,并与F1浮阀塔板进行了对比试验。结果表明:HAVTH塔板与F1浮阀塔板相比,具有操作弹性大、压降低、雾沫夹带和泄漏小、传质效率高等优点。

叶片蒸汽冷却耦合换热特性的数值研究

为评估透平叶片的蒸汽冷却效果,以Mark II叶片为对象,采用热流固耦合的数值计算方法,通过与实验数据进行比较考察了不同湍流模型对计算结果的影响,对比分析了空气、过热蒸汽和湿蒸汽冷却效果的差异,研究了冷却蒸汽质量流量、进口湍动度和叶片表面粗糙度对蒸汽冷却效率的影响.结果表明:SST转捩湍流模型对于流动换热计算有较高的精度;与空气冷却相比,过热蒸汽冷却的效率更高,叶片壁面温度更低;与过热蒸汽冷却相比,湿蒸汽的冷却效率更高,叶片壁面温度更低,且随着蒸汽湿度的增加,冷却效率提高,叶片壁面温度降低;增加冷却蒸汽的质量流量可使冷却效率提高,但冷却蒸汽的温升减小;当湍流强度小于3%时,冷却效率随冷却蒸汽进口湍流强度的增大而提高;增加叶片粗糙度使得叶片冷却效率显著提高.

循环流化床的流体混合时间及充氧特性

研究了循环流化床的流体混合时间及充氧特性、结果表明,空床时流体混合时间在12-235之间;随着气体流量、载体投加量的增大;流体混合时间缩短;液体流量增加,对混合时间影响不大Z液含率随着气体流量的增加略有下降,气体率随着气体流量的增加略有增大,液合率、气含率随着液体流量的增加基本保持不变Z液体流量的变化对液含率的影响远小于气体;KI。与反应器内流体的紊流程度有关,载体的引人对KL。的影响复杂,总的趋势为减小。

槽式太阳能腔体式吸热器热力性能分析

详述了适用于槽式太阳能中低温有机朗肯循环热发电系统的腔体式吸热器的结构形式和聚光原理;并应用TRACEPRO软件对该吸热器的光学特性进行了分析,证实了该吸热器能够可靠地接收太阳辐射;建立了该吸热器的二维稳态传热计算模型;选用R123作为工质,系统地分析了其在超临界工况下的辐照强度、工作压力、工质流量、环境风速以及保温层厚度等参数对热吸热器热力性能的影响规律。结果表明:吸热器在超临界工况下工作时,适当增加工质流量可以增大其吸热量并保证其安全稳定运行;增加入口压力会增加设备成本,并且不能提高吸热器的性能;合理的保温层厚度可以有效减少热损,使吸热器性能得到改善。研究结果可为设计和搭建腔体式吸热器实验台提供理论参考。

压裂液作用后对页岩气体传质效率影响实验研究

页岩储层具有低孔、低渗特征。经压裂改造形成多裂缝网络,气体的产出流经致密基块-天然裂缝-水力裂缝等串并联耦合传质路径。压裂过程中压裂液的侵入会造成储层流体敏感性及水锁等损害,影响气体传质效率;因此有必要研究压裂液作用后对页岩气体传质效率的影响。设计实验,进行页岩岩样人工缝预处理,自行设计串、并联气体传质实验方法及装置,探讨了压裂液作用后对页岩气体传质效率的影响。结果表明,压裂液作用后,"串、并联"配置关系传质能力均下降,基块、裂缝岩样传质能力损害程度分别达到30%和80%左右;同时裂缝和基质孔喉分别对"并联"和"串联"配置传质效率起主导作用。因此,多裂缝网络中应以裂缝基质保护共举为目标,优化清洁压裂液,同时设计合理开发方案,提高气藏的最终采收率。

熔盐重力热管工质选择的初步实验研究

实验研究了熔盐重力热管工质的优选准则,提出以相容性、热稳定性及液相传输系数等为标准,来优选熔盐作为重力热管的工质。同时以液相传输系数为准则,分析了熔盐工质的表面张力、密度、粘度和汽化潜热的测量方法,初步提出熔盐重力热管工质的优选准则。

高速大功率电机转子通风孔散热效率优化研究

采用将转子与冷却气体流场实行分离的传统分析方法难以反映转子与冷却气流的热耦合作用,难以实现转子散热效率优化。提出基于流固耦合的高速大功率电机转子系统动态传热特性的分析方法,建立转子系统的流固耦合传热模型。利用建立的模型研究转速、冷却气流入口压力和速度,以及转子冷却孔分布、孔径和轴心距对转子温度场和散热效率的影响规律,提出了优化散热效率的具体途径。结果证明了所提出的计算方法和优化散热效率的具体措施的有效性。

基于SolidWorks Flow Simulation的换热器流场仿真分析及优化

换热器广泛应用于工业领域,换热效率关乎相关行业的整体效益,如何提高换热器的换热效率是换热器设计关注的重点。得益于3D打印成型技术的快速发展,新型网格状热交换管得以加工实现。相比传统的热交换管,新型网格状热交换管单位体积的换热面积、换热系数大幅度提高,换热效率成倍提升。使用SolidWorks软件构建了新型网格状换热器三维模型,并使用SolidWorks Flow Simulation模块对其进行了流体仿真及换热优化。

典型外形高超声速气动力／气动热数值计算研究

通过数值模拟和理论分析的综合研究,比较了网格密度不同对计算的影响,研究了中心格式和3种迎风格式(AUSM+格式、AUSM+up格式、Roe格式)的计算性能,探讨了壁面温度变化对气动力/气动热计算的影响。结果表明:网格密度变化对气动力计算影响不大,但却在很大程度上影响热流的计算及流动分离的模拟;各空间格式都能准确地计算出流场压力分布,有较高的激波分辨率,但鲁棒性有所差异,其中AUSM+up格式在高超声速流场计算中鲁棒性较好;壁面温度升高会导致所得分离区增大,气动力/气动热分布也会相应发生变化;在分离区后的流动再附会很大程度上增大该区域的热流值。

质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。

蓄热式热交换器热工特性的热力学分析

用热力学分析的方法研究了蓄热式热交换器的热工特性 ,提出的可用能效率综合了传热和流动两方面的因素。研究表明可用能效率比温度效率和热效率能更真实反映蓄热式热交换器的热工行为 。

水冷盘式制动器散热结构优化

为提高水冷盘式制动器散热性能,基于强化对流传热原理,通过添加扰流柱对制动器散热结构进行优化,设计了4种扰流柱散热结构,运用CFD方法模拟制动盘流固耦合传热过程,采用Fluent软件进行热流固耦合仿真计算,获得制动盘温度特性和换热特性以及流动阻力特性,并使用综合性能评价因子对不同扰流柱散热结构进行评价。结果表明:通过在安装盘水槽内添加扰流柱可以有效地提高水冷盘式制动器的散热效果;在相同的工作条件下,正三角形扰流柱散热结构的盘面温度最低,平均努塞尔数与流动阻力最高,其综合散热性能较圆形、椭圆形以及水滴形扰流柱散热结构分别提高了3.4%,2.4%和4.4%,较无扰流柱散热结构提高了6.7%,正三角形扰流柱散热结构具有更好的综合散热性能。研究结果为水冷盘式制动器散热结构的优化设计提供了参考。

圆柱状含液体介质的空间辐射器的传热效率

给出了求解典型圆柱状态含液体介质的空间辐射器传热效率的解析计算公式,降低了辐射器传热效率计算的复杂度,通过与数值计算结果的比对分析,认为用流体入口温度代替辐射器平均温度的假设在工程上是能够接受的,其引起的偏差小于5%。

计算流体力学在摩托车发动机冷却风扇设计中的应用

运用CFD(computational fluid dynamics)商业软件CFX对某型摩托车发动机冷却风扇内的气流流动进行数值模拟,发现原始叶片设计的缺陷,并通过改变叶片形状对原始风扇进行了优化设计。数值分析表明:在不改变曲轴的转速下,风扇的风量和效率均得到提高。对流过汽缸后的气体温度进行对比测量显示,改进的冷却风扇使该处的气体平均温度降低1.5℃,改善了摩托车发动机的冷却效果。

湿燃气透平叶片热流固耦合换热特性的数值研究

为评估湿空气透平循环中湿燃气对透平叶片燃气侧换热特性的影响,以及湿空气对透平叶片冷却效果的影响,以C3X叶片为例,采用热流固耦合的数值计算方法,研究了湿燃气含湿量对透平叶片表面温度和传热系数的影响,对比分析了干空气与湿空气冷却效果的差异。同时在研究范围内给出了透平叶片燃气侧传热系数的无量纲关系式,为湿化燃气轮机透平叶片的优化和冷却结构设计提供参考。结果表明:湿燃气含湿量对透平叶片燃气侧的流动性能基本无影响;当湿燃气含湿量从0 g/kg增加到150 g/kg,主流进口温度为1 473 K时,透平叶片表面平均传热系数增加10%,且增加幅度随着主流进口温度的升高而增大,叶片表面最高温度平均提高10 K;与干空气相比,湿空气作为冷却工质时的叶片表面温度更低,冷却效率更高,且冷却效率随着湿空气含湿量的增加而提高。

第三流体冷却循环参数分析

以采用再生冷却的液氧煤油火箭发动机的相关参数为依据,考虑温度和压力对冷却剂物性的影响、冷却通道内液态冷却剂流动的压力损失和冷却剂在两相区与单相区的传热差别,利用Fortran编程软件调用Nist Refprop数据库的流体物性,对以水为第三流体的第三流体冷却循环进行传热计算,得出冷却通道入口压力在2～SMPa内各个压力下水的流量范围,并且入口压力越高,水流量越小,而在各入口压力和冷却剂流量下火箭发动机壁温和热流密度不仅在喷管喉部出现峰值,在两相区内也会出现峰值.通过对涡轮泵和冷凝器的质量分析以及循环的效率分析,得出循环在最高效率时,冷却通道入口压力最小,冷却剂流量最大;循环的总质量和冷凝器的质量最小时,冷却通道入口压力最大,冷却剂流量最小;第三流体泵的质量最小时,冷却通道入口压力和冷却剂流量最小.

V型皱褶芯材夹层板对流换热性能评价及优化

为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能,文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程,分析其换热特性和流道内流体流动规律;并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流道换热性能差异的基础上,提出相邻流道流向相反的改进方案。该方案可提高冷却剂的利用率,使结构温度分布更加均匀。相比于具有相同几何参数的波纹芯材夹层板,皱褶芯材夹层板具有更好的换热性能,但同时以更大的当量密度和进出口压降损失为代价。比较几种常用的热效率指标,并定义了一种同时考虑换热性能、泵功率和结构质量的热效率指标,再分别以不同的热效率指标为目标函数,对皱褶芯材的几何参数L、W和S进行初步优化设计。