轮毂电机螺旋通道流动沸腾散热的应用与分析

为应对分布驱动式纯电动汽车轮毂电机的温升问题,文章采用了一种新型的螺旋通道流动沸腾散热的方式进行散热,并运用Fluent软件对其散热特性进行了仿真分析。选取10 kW的永磁同步轮毂电机作为研究对象,根据轮毂电机在峰值工况下的运行情况,对冷却液为R134a的螺旋通道流动沸腾散热与水冷散热进行有限元仿真分析,以流速和沸点为变量,对螺旋通道流动沸腾散热特性进行研究。研究结果表明,螺旋通道流动沸腾散热效果与流速呈正相关,与沸点呈负相关的关系,当R134a的沸点控制在8℃时,螺旋通道流动沸腾散热效果要优于水冷散热,并且这种优势随着流速的增加变得更加明显。因此,采用新型散热方式对降低轮毂电机温度、提高轮毂电机性能有着重要意义。

纵向肋强化波纹螺旋通道流动与传热性能

螺旋通道换热器广泛应用于农业工程领域,为了进一步提升螺旋通道的传热性能,该研究提出了一种带纵向肋的矩形截面波纹螺旋通道,数值研究了波纹数和纵向肋几何参数对通道内流体流动与传热性能的影响。结果表明:增加波纹螺旋通道的波纹数,使得通道在层流状态下产生了多涡结构,增加了通道的综合换热性能。在雷诺数Re=750,波纹数n=18时,相比于光滑螺旋通道,波纹螺旋通道内综合换热评价指标最高增加了27.66%。在此基础上,在通道内增加纵向肋,通过数值模拟观察到纵向肋诱导产生了纵向涡。在纵向肋高度不变的情况下,随着纵向肋宽度的增加,通道的综合换热评价指标存在最大值。当Re=250,肋宽为1/3通道宽度,肋高为1/16通道高度时,相比于波纹螺旋通道,纵向肋波纹螺旋通道的综合换热评价指标最高为1.157。在纵向肋宽度一定的情况下,增加纵向肋高度使通道的综合换热评价指标呈现先增大后减小的趋势。研究结果可为纵向肋波纹螺旋通道的设计及优化提供参考。

螺旋式油水分离装置分离行为仿真研究

提出一种螺旋形流道的新型油水分离装置。应用计算流体动力学(CFD)理论,建立了截面为等腰梯形的7圈圆柱螺旋+6圈圆锥螺旋组合而成的仿真模型,并对该装置进行了流道内流场仿真计算。对多种不同截面形状流道的分析比较表明,该装置能用于油井采出液的油水分离,具有结构简单,操作压力低的特点,且梯形截面流道的分离性能优于其它截面形式流道。

晶闸管水冷散热器的热仿真与实验

为协调散热性能与流动阻力的矛盾关系,开发了一款基于阿基米德螺旋流道结构的晶闸管水冷散热器。分别利用Hyper Mesh和FLUENT软件划分高质量网格与求解计算,得到了流速分布与温度场分布,可以看出冷却水在水冷散热器中间部位出现流速不均,导致中心部位的温度最高。通过分析冷却水流量、温度和发热量等因素对温升与压降的影响可知:入口流量不变时,温升随发热量增大而提高;发热量不变时,温升随入口流量增大而降低,流量增大至一定程度,温升受入口流量的影响很小;入口流量不变时,温升随冷却水温度升高略有下降;压降随入口流量增大而急剧上升;压降随冷却水温度提高而小幅度下降。建立了样品测试环境,测量了不同入口流量下的试验数据,对比分析可知仿真结果的准确性。对水冷散热器中间部位的流道进行改进后,最高温度降低了7.8%。

新型油水分离器分离性能研究

新型油水分离器由截面为等腰梯形的螺旋式流道和出口装置组成,出口装置内有一个可以调整角度的流线型挡板。应用计算流体动力学(CFD)理论对该装置进行了流道内流场仿真计算,进一步验证了其油水分离性能,并研究了该装置的螺旋流道圈数、采出液含油体积百分数与分离性能之间的关系。分析结果表明,该装置结构简单,操作压力低,可用于油井采出液的油水分离,省去了目前常规水力旋流器的许多辅助设备,特别适应海洋平台的工作环境。

螺旋管换热器同轴环形通道流动特性实验

对S/d0=2.0,S/d0=2.5和S/d0=3.0的同轴环形通道螺旋管换热器分别进行了流动特性及阻力特性的实验研究,并和圆形管道的理论值进行比较。得出流体流速、压力、流量及同轴环形通道的几何参数等对同轴环形通道流动特性的影响。结果表明:在环隙宽度S和螺旋管外径d0相同的条件下,随着雷诺数Re的增加,环形通道的进口阻力系数ξin、出口阻力系数ξout和总阻力系数ξz逐渐减小并逐渐趋于一定值;外圈环形通道的ξin、ξout、ξz均比中圈和内圈环形通道的大,但中圈和内圈环形通道的ξin、ξout、ξz相等;相同雷诺数条件下,S越小,流体在环形通道流动时,流体的进出口压力降ΔP就越大。

内螺旋道式旋流器流场特征及分离性能

针对传统旋流器分级效率低的问题,提出一种内螺旋道旋流器,利用CFD软件进行数值模拟,研究了内螺旋道结构尺寸对旋流器内部流场规律的影响,并通过试验将内螺旋道旋流器与常规旋流器进行了对比验证,模拟结果表明:内螺旋道旋流器的流场静压及轴向速度降低,能量损失减少,颗粒在旋流器内部流场的停留时间增加,切向速度增大,分离效果增强。对比试验结果表明,对-10μm颗粒,内螺旋道旋流器的综合分级效率较之常规旋流器提高了4.09%,分级效果更好。

流道参数对新型根灌器水力性能的影响及优化

【目的】研究新型果树根灌器螺旋对冲流道参数对水力性能的影响。【方法】采用单因素和响应面试验方法,研究螺旋对冲流道主要影响因素及其对计流量变异系数C_(q)的影响,建立并验证了不同压力区间C_(q)的回归模型,在不同压力区间以C_(q)最小为优化目标进行流道参数优化。【结果】引起C_(q)变化的主要参数为流道宽b、分流角α及流道单元数n,弯道直段长l_(1)、弯道半径r、汇流段长l_(2)对其的影响可忽略不计。α、b、n对C_(q)的影响存在交互作用,C_(q)随α、b、n的增加均呈先减后增趋势,响应曲面均存在极小值。低压区及高压区的C_(q)与α、b、n存在显著的二次函数关系,其二次回归模型复相关系数(R^(2))分别为0.9967、0.9971,与调整后的复相关系数(Adj R^(2))差值均小于0.2。优化得到高压区最优方案的C_(q)要小于低压区,2个压力区优化方案C_(q)预测值与实测值相对误差分别为2.8%、2.3%。【结论】用C_(q)回归模型对设计流量变异系数预测的精度可靠,螺旋对冲流道在高压区的灌水效果要优于低压区,且C_(q)优化的结果可靠。

矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究

采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。

密封式防积液短节设计及其携液效果分析

涡流工具在输气管线中因端面流体碰撞和间隙流失会引起螺旋流强度不够,进而导致在起伏段携液效果不佳。针对该现象,设计了一种带有导流锥的密封式防积液短节。分别建立了光滑管线、有涡流工具管线和有密封式防积液短节管线的有限元模型,使用计算流体力学的方法对3种模型的流场速度、静压和含液体积分数及其各自的变化规律进行了分析和对比。研究结果表明:防积液短节的导流锥和密封式螺旋流道可有效减少流体碰撞和间隙流失,其引发的螺旋流强度比涡流工具更高,所在管线的流体轴向速度和切向速度得到了提升;管线的静压分布和上倾段液相回流现象得到了改善,气液分界面更加明显,携液距离增加,流型转变更彻底,证明密封式防积液短节比涡流工具具备更佳的携液效果。研究结果可为密封式防积液短节的开发及应用提供一定的理论依据。

矩形翼强化半圆螺旋通道内流体流动与换热

采用数值模拟方法研究矩形翼强化半圆形截面螺旋通道内流体的流动与传热特性.数值模拟获得了安装矩形翼后半圆截面螺旋通道的流场结构及涡旋演变过程,考察矩形翼的长高比(Г=1.5~2.5)、螺旋通道无量纲曲率(δ=0.05~0.125)对螺旋通道内流体流动与换热特性的影响.结果表明:在螺旋通道内安装矩形翼后,诱导产生了一个大涡旋,Г值越大,诱导产生的纵向涡旋强度越大,同时流体流动阻力系数f和壁面平均努塞尔数Nu显著增加.研究范围内,相对于单一螺旋通道,f和Nu值分别增加16.33%和13.24%,综合强化传热因子J在1.035~1.082之间.无量纲曲率δ越大,矩形翼诱导产生的纵向涡旋强度越大,强化换热效果越好.

明槽高浓度输移固粒的能耗

分析了明槽输移固粒的能耗的性质，指出高浓度输移必需高能耗的实质性原因是“悬浮”有赖于“输移”，以及紊动对于“悬浮”的低效率，并从工程计算实例中求得能耗与浓度的４次方成正比，从而提出“旋移”——高浓度低能耗输移的新途径。

卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流截面含气率测量研究

以空气和水为工质,对卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流动特性进行了实验研究。根据以往截面含气率的计算方法,创新性地提出一种适合于卧式矩形截面螺旋通道内两相流动截面含气率的计算方法,并与漂移流模型进行比较,发现两种计算方法所得结果趋势相近,大部分符合较好,表明利用斜十字交叉法计算卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流的截面含气率是可行的。并且对比Zuber-Findlay模型与Ishii模型发现,Ishii模型预测卧式矩形截面螺旋管通道内的截面含气率精度较高。

螺旋流道水冷IGBT散热器数值模拟及试验研究

针对某工程对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)散热器的使用要求,提出一种螺旋流道结构形式的水冷散热器。根据传热学和流体流动基本理论,并通过正交试验法优化设计散热器的流道结构,利用数值模拟的方法仿真分析散热器的性能,根据仿真结果和使用需求确定最优设计方案。通过样机试制及样机热阻、流阻性能试验测试,对比分析数值模拟与试验测试的结果,证明了数值模拟的准确性,解决了工程中IGBT的散热问题。

卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流压力降特性研究

以空气和水为工质,对卧式矩形截面螺旋通道内气-液两相流动压降特性进行了实验研究.对实验结果进行了分析,分别对比了均相模型和分相模型的计算关联式.结果表明,均相模型的计算关联式不适用于卧式矩形截面螺旋通道内两相流压降的计算,而分相流模型整体吻合较好,但实验值和预测值仍有较明显误差.为此结合实验数据,以Lockhart-Martinelli分相模型为基础,提出了一种新的两相流动摩擦阻力压力降的计算式,与实验数据的误差较小,能够很好的预测本试验段的实验结果.

矩形截面螺旋通道内流体绕管流动特性的数值研究

基于Fluent软件采用数值计算方法建立了混合计算模型,对螺旋通道和直通道内流体绕换热管的换热特性进行研究,对比了2个通道中流体绕换热管流动的热工特性。结果表明:螺旋通道内侧脱点角度小于外侧脱点角度,且脱点均分布在湍流区域内;螺旋通道比直通道具有更高的Num;β=15°和20°螺旋通道换热管壁面迎风侧Num相比直通道分别提高4.0%和4.5%,背风侧则分别提高14%和18%;当螺旋角β=40°附近,螺旋通道达到最佳强化换热管壁面换热效果,螺旋通道内换热管壁面Num相比直通道提高19%。

超临界LNG在螺旋形微通道中的流动传热特性

由于液化天然气(LNG)稳定、安全、体积小,通常将天然气液化后进行运输。LNG汽化后才能使用或输入管道,因此换热器作为汽化LNG的关键部件而被广泛应用。换热器内部由大量微细通道组成。本文主要针对螺旋形微细通道内超临界LNG的流动情况进行分析,对比不同螺距螺旋形流道的流动换热性能,随着螺距的减小,换热性能提升而流动性能下降。与直流道相比,采用合适螺距的螺旋形流道可以显著提升换热性能而对流动性能的影响相对较小。通过计算不同质量通量、热流密度下螺旋形流道的流动换热性能,讨论了螺旋形流道中,能实现较好的流动换热性能的质量通量和热流密度。

不同泄槽弯道对溢洪道侧槽螺旋流的影响分析

对于侧槽溢洪道而言,尽管可通过在其下游侧设置调整段以平顺水流,但难以完全避免其横轴螺旋流对泄槽水流流态的干扰。通过数值模拟,研究泄槽转弯段的弯道环流对侧槽横轴螺旋流的影响。结果表明,弯道环流和螺旋流方向一致(转弯角度14.505°)时,弯道内流线从凹岸向凸岸斜向翻卷,流速叠加明显,环流强度加剧,弯道出口断面横向流速达3.29 m/s、出口水面高差已达1.140 m(左低右高);弯道环流和螺旋流方向相反(转弯角度-5°)时,弯道内水流基本表现为从两侧往轴线方向翻卷后向下游流动,环流现象几乎消失,弯道出口断面横向流速下降为-0.19 m/s、出口水面高差降低至-0.467 m(左高右低)。由此可见,可以在泄槽设置弯道改善上游侧槽螺旋流的紊动情况。

用于快速分离血浆的阶梯型螺旋微流道

为解决传统血液处理方法如离心和过滤等存在处理时间、分离纯度、堵塞性等方面限制的问题,设计一种高通量惯性微流控芯片,该芯片由阶梯型螺旋流道组成,可用于高浓度血浆分离.首先,采用COMSOL Multiphysics软件的层流和粒子追踪模块仿真研究阶梯型螺旋流道中粒子的聚焦特性.然后,通过实验研究了不同流量下聚苯乙烯粒子在流道中的惯性聚焦行为.最后,基于粒子聚焦实验结果,选择了一种优化结构的阶梯型螺旋流道,以用于不同浓度血液中血浆的分离应用.实验发现,在最优流量1.5 mL/min时,血细胞容积为0.9%和2.25%的血样中血细胞移除率分别达到(99.72±0.13)%和(99.44±0.17)%.当血细胞容积高达4.5%和9.0%时,该阶梯型螺旋流道仍然具有(97.02±0.56)%和(92.92±1.53)%的血细胞移除率.实验结果表明,阶梯型螺旋流道可以从高浓度血样中高效分离血浆.

井下两级旋流分离技术流场模拟研究

随着油田开采程度的持续深入,降低生产成本和提高采出效率正逐渐成为各油田提高竞争力的重要手段。井下两级旋流分离技术可进一步提高分离效率,降低回注水的含油量,提升回注水品质,大幅度降低地面采出液及采出液含水率,是油田降低开采成本的重要举措及技术支持。通过井下两级旋流分离技术流场模拟研究,重点分析新型螺旋流道旋流器(一级旋流器)内部的流场特点,研究其速度矢量及速度分量的变化规律,压力损失特点和油相分布规律。新型结构的螺旋流道使流经其内部的流体从单一的轴向运动转变为旋转运动,流体运动空间的改变使其切向速度增加明显,有利于进行离心分离。流体在运动过程中的压力损失转变为流体的速度增量,与流体经过螺旋流道后速度矢量的变化相对应,但因循环流的存在,扰乱了溢流管下部油核及相邻位置流体的正常运动,使油核发散、流场紊乱,令新型结构的旋流器效率有所降低。经过流场分析,进一步认识井下两级旋流分离器的流场分布规律,有利于旋流器的结构改进及现场应用。