航空发动机风扇管道径向声模态模拟与识别技术

针对航空发动机风扇管道径向声模态模拟与测试问题,研究了径向声模态模拟技术以及径向声模态识别技术。采用基于径向排布的声源阵列形式,调节阵列预设的各扬声器幅值及相位实现径向模态声源模拟。建立声源管道下游多圈环形阵列,根据阵列位置信息构造求解模态的传递函数矩阵,运用Tikhonov正则化方法减小传递函数矩阵的条件数,从而实现径向声模态识别能力。通过理论推导和数值计算,设计风扇管道径向声模态试验装置,并在消声室进行试验验证。通过试验验证了该系统具备周向4阶以内,径向2阶以内的径向声模态模拟与识别能力。

汽轮发电机带有交替径向风道的转子流体与传热耦合分析

针对汽轮发电机带有交替径向通风道的转子发热冷却问题,以一台350 MW水氢氢冷汽轮发电机为研究对象,依据流体力学和传热学的基本理论,首先建立计及旋转的电机全域通风网络模型,采用逐次迭代法计算得到各支路流量和节点压力。其次,建立了带有交替径向风道的发电机转子流体-传热三维物理模型和数学模型,给出了基本假设和相应的边界条件,同时将通风网络计算得到的风速和压力作为转子求解域的耦合边界,采用有限体积法进行求解,计算结果与实测值吻合。然后分析了交替径向风道内流量分配和氢气流动情况,研究了转子内部氢气温度分布和槽楔出风口风温变化规律,探明了转子绕组和铁心轴向温度分布特性,讨论了副槽入口流量和槽楔出口直径对转子流体和温度的影响。得出副槽入口流量应控制在0.1~0.16 m^(3)/s范围内,且选择较小的槽楔出口直径,可以提高通风系统的效率与风量分配均匀性,降低转子轴向热不平衡。

核电站孔道式蒸汽发生器热工分析及换热性能研究

为满足核电站提高蒸汽参数以获得更好的发电效率及经济性的发展需求,提出了一种适用于高温气冷堆超超临界参数下的孔道式蒸汽发生器。介绍了孔道式蒸汽发生器结构的主要特点,分析了该结构在换热性能、运行安全、生产成本等方面的优势。通过建立理论计算模型,对该蒸汽发生器采用直流逆流换热方式下的轴向、径向、准三维温度分布等参数进行了热工分析及换热性能研究。计算结果表明:该孔道式蒸汽发生器以对流传热及热传导的换热方式为主,温度分布分段明显,换热性能优异,符合相关换热要求。该研究可为核电站蒸汽发生器的设计及研发提供参考。

基于Fluent流体传热仿真的毛细管风道设计优化

针对毛细管冷却风道内分离段毛细管柱轴向散热不均匀问题,设计一种变截面送风道。利用Fluent仿真软件对风道设计过程进行建模和数值模拟,优化改进风道冲击角、出入口形状与风道长度尺寸等参数,并通过对风道出风口风速与风道内柱面温度的实测验证设计的可靠性。结果表明:毛细管冷却风道经优化后,出风口的风速更加均匀,柱面轴向温差减小,温度均匀性得到改善。仿真结果较好地拟合了实验结果,4个出风口的风速在10.38~10.67m·s^(-1),柱面温差缩小至±1℃以内。优化后的毛细管冷却风道设计对提升分离段冷却效率具有指导意义。

数据中心冷却用丁胞型扁管内冷凝传热和压降特性试验研究

针对丁胞型扁管内的冷凝传热和压降特性开展试验研究,分析干度、质量流速、饱和温度和热流密度对表面传热系数和摩擦压力梯度的影响。结果表明:在不同运行工况下,R245fa的表面传热系数均随干度的增大而增大;增大质量流速有利于提高表面传热系数,尤其是对于高干度区域;饱和温度改变对低干度区域的表面传热系数影响较小,但是当干度大于0.4时,饱和温度升高会导致表面传热系数略微下降;在整个干度区域内,不同热流密度对表面传热系数基本没有影响;质量流速和热流密度对摩擦压力梯度的影响与其对表面传热系数的影响相似,但是饱和温度升高会导致压降明显下降;丁胞型扁管的表面传热系数为常规流道的1.7~2.9倍,摩擦压力梯度为常规流道的4.3~10.9倍。

动车组冷却风道疲劳强度及影响因素研究

为了研究动车组牵引电机冷却风道的疲劳强度及其影响因素,采用仿真分析方法建立冷却风道测点处应力与外载荷之间的载荷传递关系,通过线路测试获得冷却风道内冷却风载荷谱及焊缝测点应力谱,对冷却风道的疲劳性能进行研究。数据分析结果表明:冷却风道测点总损伤的最大值为0.925,满足EN 1999-1-3-2007标准要求。其中冷却风机低速、高速转换运行时产生的冷却风载荷导致的结构累积损伤占总损伤的88.7%~99.8%,每千次启停的累积损伤为0.0227~0.0310。冷却风道内部的冷却风载荷影响系数为0.75~0.90,冷却风载荷是影响风道强度的主要因素,设计过程中需重点关注。

换热管传热过程的熵产分析

基于热力学第一、二定律对换热管由管内到管外的传热过程进行了熵产分析 ,以管内流体为基准引入了无因次熵产数并得到其计算式 ;讨论了管内流体雷诺数、管内外流体雷诺数比值、无因次入口换热温差及无因次特征尺寸等参数对换热管传热过程不可逆性能的影响。结果表明 ,存在一最佳的管内流体雷诺数使无因次熵产数最小 ;无因次熵产数随管外与管内流体雷诺数的比值的增大而单调递增 ,随无因次入口换热温差和无因次特征尺寸的增大亦近似成线性增大。结果和方法对进一步完善基本对流换热过程的热力学评价具有一定的意义 ,同时为换热管双侧强化传热时性能的评价提供理论基础。

旋转方形截面螺旋管内流动与传热特性

利用数值计算方法研究了旋转矩形截面螺旋管内的粘性流动 ,分析了在离心力 ,科氏力共同作用下曲线管道中的二次流动结构、轴向流速分布、截面温度分布、摩擦系数比以及管道Nusselt数比随各参数的变化情况。计算结果表明 :当旋转方向和主流方向相同时 ,旋转的作用与增大Dean数的作用相同 ,使得管道摩擦系数变大 ,管道换热效果增强 ,而当旋转方向和主流方向相反时 ,管道内流动结构变化十分明显 ,当F≈ - 1 2时 (F为科氏力与离心力之比 ) ,二次流出现类似于直扭管内的鞍状流动结构 ,轴向速度类似于静止直管内的流动结构 ,管道内的摩擦系数与静止直管内的摩擦系数大约相等 ,换热效果减至最弱 ;挠率对流动结构以及摩擦系数比和Nusselt系数比的影响效果与F有关。

用传递矩阵法分析水下穿孔板结构的透声特性

穿孔板吸声结构在空气噪声控制和改造方面得到了广泛的应用,但关于穿孔板结构水下应用的研究和报道却很少。利用传递矩阵法详细分析了水下穿孔板结构的透声特性,理论推导得出了垂直入射声压透射系数随频率变化的关系式。对典型的双层穿孔板结构的透声特性进行了仿真,并对影响声压透射系数的各项因素进行了分析与讨论。设计并搭建了驻波管测试系统,利用基于四传感器的传递函数法对自制的双层穿孔板结构进行了测量。垂直入射声压透射系数的测量值与理论计算值基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。

纵向涡发生器传热强化的研究进展

通过对纵向涡发生器研究进展的回顾,可以看出以往的研究主要集中在纵向涡发生器对气体介质的传热强化上,而对液体介质的传热强化作用的研究较少。运用场协同原理对纵向涡的产生和传热强化作用机理作出了初步解释。下一步的研究工作首先应对纵向涡发生器的几何尺寸进一步优化,其次针对矩形窄通道内液体的强化传热进行深入研究,最后以水为介质时,针对纵向涡发生器对窄间隙矩形通道内临界热流密度的影响机理进行研究。

叉排扰流柱排列参数对旋转矩形通道对流换热特性的影响

本文用实验的方法研究了叉排扰流柱阵列的排列参数对旋转矩形通道对流换热特性的影响。实验共采用了６个模型，扰流柱的排列参数Ｓｎ／ｄ的取值为５．０，６．５和８．０，Ｓｐ／Ｓｎ为１．２，１．６和２．０，其中ｄ为扰流柱的直径，Ｓｎ为扰流柱横向间距，Ｓｐ为２倍的纵向间距。结果表明，在实验范围内，纵向排列参数Ｓｐ／Ｓｎ的取值介于１．２和１．６之间为好；扰流柱横向排列参数Ｓｎ／ｄ＝５，即最密时，最有利于换热，但应综合考虑其引起的流阻损失。

环形通道内层流入口段换热及流体变物性的影响

采用SIMPLER算法对环形通道内二维定常轴对称入口段流动与换热进行了数值计算,研究了两种边界条件下的层流流动与换热规律,给出了不同Prandtl数以及半径比率下沿程Nusselt数的变化曲线,同时还给出了流体物性随温度变化对流动与换热的影响,最后还拟合出了不同半径比率下平均Nusselt数的关联式.计算结果还表明,环形通道能强化传热,强化程度随半径比率减小而增大,且入口段的换热强化与其较高的径向速度有关.

用等效结构模型分析水下双层穿孔板结构的透声特性

穿孔板结构在噪声的降低与隔离方面具有广泛的应用,但是目前主要集中在空气中,而且大多只关心其吸声特性。有关穿孔板结构水下应用的研究和报道非常少。利用空气中双层墙隔声量分析的等效结构模型,对水下双层穿孔板结构的透声特性进行了分析,理论推导得出了垂直入射声压透射系数表达式。对影响水中双层穿孔板垂直入射声压透声系数的各项因素进行了详细的仿真分析与讨论。在驻波管中利用传递函数测量方法对自制的双层穿孔板结构的垂直入射透声系数进行了测试,实验结果与理论分析的结果吻合的很好,从而验证了理论分析的正确性。

热电制冷器多通道内空气混合对流及耦合换热

建立了热电制冷器通风及耦合换热数学和物理模型,模拟计算了不同雷诺数、材料有效导热系数比率、几何参数时各通道的流体流动及温度场分布情况,分析了冷风侧排风、几何参数对通道换热能力的影响,以优化制冷器通风换热风道的设计参数。

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理。为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况。首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的“单元流道”模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息。针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟。结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度。数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据。

大型同步发电机定子多元流场与表面散热系数数值计算与分析

文中根据流体力学理论,采用有限体积法计算出定子通风沟内多元流场流速的分布,进而确定出表面散热系数,并把所得出的各表面的散热系数代入温度场进行计算。通过对考虑流场具体分布时的温度场计算结果与传统的计算结果、解析法计算的结果和实测值的比较,说明了本方法计算结果的准确性。将不同入口风速和不同入射角的径向通风沟内流场和散热系数的分布分别进行了比较和分析,得出了一些有益的结论。

轴向旋转通道内浮升力对湍流影响的直接模拟

采用直接数值模拟方法对绕截面中心轴旋转的方通道内的充分发展湍流进行了数值模拟,湍流雷诺数和普朗特数分别为400和0.71.为了分析浮升力对流体运动的影响,给出了不同格拉晓芙数Gr下的主流平均速度场、温度场、二次流、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量的分布情况,并对旋转效应的稳定与否以及由此对湍流统计量的影响进行了分析.结果表明:旋转效应稳定的区域湍流受到抑制,旋转效应不稳定的区域湍流增强,随Gr的增加旋转效应稳定性变得更加复杂;浮升力对流场和温度场有明显的影响,随Gr的增加影响更加明显.

单面加热矩形通道热入口段层流对流换热特性的场协同分析

对单面加热矩形通道热入口段的层流对流换热问题进行了数值模拟研究,给出了不同截面比的局部努赛尔数。推导出单面加热时的场协同方程,以此分析了不同截面比下加热边界条件对努赛尔数的影响规律。

V型导液槽对HFC245fa水平管束外冷凝换热影响

试验研究了HFC245fa在水平光管与强化管管束外的冷凝换热特性,提出在管束中加装V型导液槽来消除管束效应的方法,并通过试验研究了V型导液槽对管束冷凝换热特性的影响。试验管束由4列排深为5排的列管构成,带导液槽管束的前4排管下方加装了两段长度为450mm的导液槽;试验换热管公称外径为19.05mm、换热长度为1000mm。试验中,以Wilson描点法获得强化换热管水侧对流传热系数,以对比试验方法研究了V型导液槽对水平管束外冷凝换热性能的影响。结果表明:传统的管束效应模型仅在较小的热通量范围适用;凝液在管间的迁移形态与流态随管上作用凝液量的系列变化是导致管束效应变化的主要因素;加装导液槽可有效控制凝液在管间的迁移,控制管束效应;加装导液槽使光管单管冷凝传热能力下降10%左右,使光管管束总体换热能力提升4.5%～9.5%;加装导液槽对强化管单管冷凝换热性能的影响比对光管影响强近4倍。本文研究成果对引入导液槽开发新型高效卧式冷凝管束具有指导意义。

黏度随温度变化对三角形螺旋夹套内湍流流体流动及换热的影响

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(f Rem)和平均Nusselt数(Num)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体f Rem和Num沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。