肋片结构的冲击强化换热特性研究

通过三维数值模拟的方法研究了肋片结构的冲击强化换热特性,分别分析了射流孔排布方式(顺排、长菱形和正菱形),变肋片结构(方形肋、三角肋和梯形肋),射流冲击雷诺数(Re=6 000~30 000)等参数的影响,研究结果表明:当射流孔长菱形排布时,靶板表面上射流冲击驻点区Nu最高,在肋片周围能形成明显的涡流且肋结构为三角形时涡量尺度大,主要出现在肋片附近;此外,靶面上冲击换热面积较大且相对均匀,即不会出现局部区域内对流换热差的情况;当射流孔为正菱形布置,射流冲击驻点区Nu较长菱形排布时更大,但对于靶面射流冲击换热不均匀;总的来说,射流冲击孔排布宜选择长菱形排布且肋片结构选三角肋,可以较明显地改善冲击靶板上的对流换热能力。     

涡轮机匣弯曲靶面冲击射流换热特性研究

航空发动机内空气冷却系统流通通道结构复杂。在各种复杂结构中,能有强烈换热过程的局部特征就是冲击换热。故以机匣环腔结构作为研究对象,在所研究的流动参数及结构参数范围内发现:相同冲击Rej下,随着冲击间距(H/d)的增大,冲击靶板上的温度分布更加均匀;当冲击孔角度(β)为90°时,冲击靶板面换热效果更佳;冲击孔周向角(α)越小,冲击靶板面的的整体温度水平越低,并且温度分布更为均匀;随着横流比(m_c/m)的增大,冲击驻点的温度在逐渐降低,换热系数也在逐渐提高。     

航空超薄压气机叶片堆焊修复强制对流冷却方法

针对航空压气机叶片堆焊修复过程中的冷却要求,选择典型特征点计算出焊接过程的热循环曲线,提出基于氩气垂直射流的强制冷却方法。通过建立射流简化模型仿真得到氩气冲击冷却在壁面上的对流热通量分布曲线,再将仿真结果以边界条件的形式施加到焊接模型中,计算了不同冲击高度及不同喷嘴直径下壁面的压力、流量、对流热通量分布情况以及不同入口流速对冷却性能的影响。根据计算结果,选取最优参数,建立移动热沉模型,计算出不同热沉间距下的冷却效果。结果显示:采用冲击高度4d,喷嘴直径2 mm,入口流速35 m/s,热沉距离7mm的参数,冷却时间可缩短12.5%,采用的冷却方法可加快试片与夹具间隙的传热效率,缩减热影响区域,提升冷却速率。     

气体阵列微喷射换热特性实验研究

针对近年来电子元件发热量和热流密度不断增大,导致其工作性能受到严重影响的问题,课题组用气体阵列喷射冷却的方法来加强电子设备换 热效果。为研究气体换热特性,实验采用0.5 mm及0.7 mm孔径线性排布的阵列孔板,通过改变喷射间距和喷射孔径,以氩气和空气为工质研究了不同条件下气体 射流冲击的换热特性。并将氩气的换热效果与空气进行比较。实验发现：气体射流冲击换热条件下的换热系数可达到150 W·m-2·K-1,明显高于传统 电子设备散热方式;在2 mm喷射间距下气体的射流冲击换热效果好于4 mm及6 mm;在3种喷射间距下,增大喷射孔径均能有效提高换热效果;在喷射孔径小,间 距小时,空气的换热效果好于氩气,当增大孔径和间距时,两者的换热效果变得十分接近。实验结果对工业应用有一定参考价值。     

不同形状扰流柱对溢流层板腔内流动与换热特性的影响

为了获得不同形状扰流柱对溢流层板流动与换热特性的影响,对溢流层板进行了三维流固耦合的数值模拟,重点研究了菱形、水滴形、椭圆形、圆形与正方形5种形状的扰流柱在不同射流雷诺数(Re_j=2 000—10 000)下对层板腔内流动和换热的影响。研究结果表明:当扰流柱为水滴形时对应的溢流孔板面平均换热系数最高,扰流柱为菱形时对应的冲击板面平均换热系数最高,而对于扰流柱面,正方形扰流柱面平均换热系数最高;几种扰流柱形状对应的层板结构中,菱形扰流柱对应的层板结构综合换热能力最强,随射流雷诺数的增大几乎呈线性变化。     

叶片前腔高阻塞比肋化通道换热特性实验研究

为了研究前腔高阻塞比肋化通道的换热特性,设计了不同的阻塞比、肋倒角-肋高比和肋宽-肋间距比,针对几何和流动参数对前腔通道有肋侧、无肋侧和前缘3个区域的对流换热系数的影响开展了实验研究,实验进口Re范围为5 000～50 000,阻塞比范围为0. 04～0. 32,肋倒角-肋高比范围为0. 1～0. 5,肋宽-肋间距比范围为0. 04～0. 16。结果表明:①有肋侧、无肋侧和前缘的展向平均对流换热系数沿流向大致呈周期性分布;②在实验参数范围内,进口Re和阻塞比的增加均有利于通道的强化换热;③肋倒角-肋高比增大时,有肋侧的强化换热效果逐渐减弱,前缘和无肋侧则经历一个先增强后减弱的过程,但变化幅度很小;④肋宽-肋间距比过大或过小均不利于强化换热,存在一个最优的中间值使得换热强化比最高。     

液体射流直径对大液气质量比双通道气流式喷嘴雾化性能的影响

采用水-空气系统,研究了液体射流直径对双通道气流式喷嘴雾化性能的影响。结果表明:当液气质量比为0.82~5.48时,液体射流直径对雾滴直径有显著影响。在液气质量比一定的条件下,随液体射流直径的增加,雾滴直径呈先减小后增大的变化趋势。当液体射流速度为2~4 m/s时,雾滴直径最小。     

圆形微通的对流换热特性研究

针对圆形微通道内流体的强迫对流问题,利用分离变量法求解了考虑轴向热传导、速度滑移和温度跳跃、粘度耗散和入口效应等因素的圆形微通道的控制方程,给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式。对圆形微通道换热特性进行了数值仿真,结果表明,受尺寸效应的影响,管径越小,平均对流换热系数越大。微通道的换热能力比宏观经典通道强,表明在相同面积上做多个微通道比一个宏观大通道的换热效果好。     

多孔泡沫金属换热器内流体流动和传热的均匀性分析

在恒定热流密度条件下,对单相流体分别强制轴向层流流经多孔泡沫金属换热器管内、外的流动和对流传热的均匀性进行了分析。结果表明:填充多孔泡沫金属后,流体的速度和温度分布的均匀性比光管时明显提高。对于壳程区域的全角点管间区域与内部管间区域,多孔泡沫金属的孔隙率越大,两者间平均流速的差异越大,对流换热的差异越小;多孔泡沫金属的ppi数越大,两者间的平均流速和对流换热的差异越小;管间距越大,平均流速的差异越小。     

基于一维假设的瞬态换热实验的误差修正

使用热色液晶测量涡轮旋转盘腔表面温度随时间的变化,即利用一维半无限大平板的非稳态导热理论求出盘面的对流换热系数。然而,该理论忽略了盘面横向温度不均的影响。针对一维平板的假设在实际工程中由于盘面温度分布而导致的横向热传导所带来的误差进行理论分析得到修正方法,在25℃下采用带宽为1℃的热色液晶进行实验,将一维平板假设计算得到的对流换热系数和修正后的对流换热系数进行对比分析。研究发现:盘面的量纲一过余温度在0.44~0.55的范围内时,使用窄幅液晶测量盘面量纲一半径为0.77~0.94的对流换热系数时,由于横向热传导而带来的误差可控制在1.5%以内。     

流体诱导U形换热管束振动特性数值研究

针对流体诱导振动引起换热器失效问题，课题组在近真实流场下，对多跨、多管束、带间隙支撑的U形管换热器在受到横向流体冲击时的振动特性进行了研究。研究对象是根据GB/T 151—2014《热交换器》设计的3种不同管芯的U形管换热器，管束排列方式为正三角形，中间等间距分布2块圆形折流板。用数值模拟的方法研究了靠近流体冲击出入口管束的振动特性，不同管排数对中心管振动的影响，以及外排管束对内排管束振动的影响。结果表明：U形管换热器进出口处管束在流体横向冲刷作用下振动剧烈，其加速度振幅随流速的增加而增大；随着外层管排数量增加其对中心管振动的抑制作用越明显；外层管排对其相邻的内排管束振动有加强作用。研究可为研究U形换热管振动机理与防振设计提供参考。     

离心泵叶轮半圆形切割方法

针对现有的传统叶轮切割方法的不足,提出了一种叶轮特殊切割方法——半圆形叶轮切割方法,利用CFD数值 模拟的方法,对多工况不同尺寸半圆形切割方案下的泵模型开展相关研究。结果表明,这种半圆形的叶轮特殊切割方法 可以改善泵外特性曲线,消除驼峰,还可以显著地提升泵的扬程性能指标;半圆形切割方案的最佳切割直径d为叶轮出 口宽度h,的0.4倍;此外,通过对流场流动特性的分析得出,半圆形叶轮切割方法之所以有显著效果,是因为切割后叶轮 出口及蜗壳处的压力梯度和速度梯度较低,速度和压力分布要比模型泵内的分布更均匀,使得泵内混合冲击损失变小。     

周期性环肋通道内的流动和换热

用非稳态数学模型对包含入口段的带肋环形通道内的流动和换热进行了数值模拟.在肋片参数Sp/D=0.187 5、Sp/D=1.125,雷诺数在400～800范围内,流动和换热都出现了自维持振荡特性,且入口段后,各几何周期的速度场、无因次过余温度场基本相同,随时间的变化规律也基本相同.肋片高度增加,平均努塞尔数和摩擦阻力系数增加.肋片间距增大,对摩擦阻力系数影响较小,对努塞尔数影响较大.雷诺数增大,努塞尔数增大,阻力系数减小.     

基于Fluent低压旋流喷嘴下游流场数值模拟及分析

运用Fluent软件模拟了低压旋流喷嘴下游流场喷雾情况。利用欧拉 拉格朗日模型模拟气液两相耦合流动。模拟显示：喷嘴喷雾形状为空心锥状,与实验得到的喷雾形状相符。喷雾的液滴速度分布于15~25m/s之间,且随轴向距离的增大而减小;喷雾的液滴直径沿轴向距离增大而增大。     

对平行板电容器极板受力问题的讨论

<正> 平行板电容器极板间的相互作用力问题是一个经常讨论的问题,例如有这样一个习题,“两平行板(面积S=200厘米~2)浸在煤油中,其间距离d=4毫米,如果两板充电至电位差U=150伏,问其相互作用力是多少?(煤     

弹道冲击下钛/钢复合波纹板的界面力学研究

探究了"波平轧制"工艺制备的钛/钢复合波纹板在弹道冲击载荷下界面的失效机理,分别建立含波纹界面与平面界面的钛/钢复合板有限元模型,采用基于双线性牵引分离准则下的内聚力单元模拟复合界面,对比分析子弹侵彻2种板材后的速度及破坏界面的形态。结果表明:在同样的弹道冲击条件下,波纹复合板对子弹动能的吸收效果强于平面复合板,平面板界面的破坏比波纹板界面更严重、更不稳定,复合波纹板完整性较好。     

附加不同竖直颤动下表面内能变化导致的热毛细对流界面响应行为研究

采用质量完全守恒水平集方法追踪两相界面运动,并基于连续表面张力模型,对微重力条件下(g=0 m/s~2)附加竖直颤动的高Prandtl数液桥热毛细对流胞元流及表面行为进行研究。结果表明:无论是"初始阶段t=0～30 s",还是"稳定阶段t=1 250～1 275 s",随着竖直颤动频率的增加(f=0 Hz→f=5 Hz→f=20 Hz),涡心自发性摆动受到抑制,其轴向摆动幅度逐渐减小,最大摆动幅度由ΔA_(max)=0.25减小至ΔA_(max)=0.10。胞元流涡心径向位置由原来无规则摆动呈现为稳定性的周期性摆动,且摆动周期逐渐减小;液桥自由界面横向位置的周期性脉动特性明显。在竖直颤动频率f=20 Hz情况下,自由界面3/4H处表面的横向位置振幅最大;在竖直颤动力的作用下,液桥自由界面表面流轴向速度向冷盘(下盘)的发展受到抑制。稳定阶段(t=100～200)径向速度明显减小,最大衰减幅度Δu=1.0×10~(-3);液桥近热端(y=0.45～1.0)和近冷端(y=0～0.45)的表面位形呈现交替性的扩张和收缩。     

并列双煤棚风荷载干扰效应试验研究

大跨煤棚结构对风荷载较为敏感。针对封闭双煤棚进行了刚性模型测压风洞试验,研究了并列双煤棚在3种不同间距比L(L=0.125、0.250、0.500)情况下,结构表面测点的风荷载体型系数分布规律,给出了双煤棚最适宜布置方式及最不利风向角。研究发现,煤棚并列放置时随着间距比的增大,目标煤棚受到干扰煤棚的影响逐渐减小;风向平行于长轴为最不利风向角,此时狭管效应占主导地位;风向垂直于长轴为最有利风向角,遮挡效应起主导作用;煤棚并列放置且间距比L=0.125时,目标煤棚的体型系数均在规范要求范围内,考虑到节约场地,煤棚可保持间距比L=0.125放置。     

条形翅片管换热器的性能研究

本文介绍了一种近似计算条形翅片管换热器空气侧换热系数和流动阻力的方法,换热系数是用条形和平翅片处换热系数按面积加权平均的方法来求得的。这种计算方法与试验结果比较吻合。通过对国内生产的条形翅和平翅片(进口边缘有波纹)管的试验表明,在相同迎面风速(w_f=1.8m/s)和片距下,条形翅片管换热器的传热系数比平翅片管换热器约高50%,但相应的流动阻力仅增加25～30%。因此,对条形翅片管换热器可采用较大的片距(每10mm4～5片)或比平片更少的排数,这样不仅可以在相同的空气阻力下传过更多的热量,而且还可以大大地节约翅片材料。     

冲击碾压法加固填土地基的影响因素研究

冲击碾压技术已在国内外公路、机场以及港口等工程的地基加固中得到广泛应用,并引起工程界和学术界越来越多的关注.采用LS-DYNA软件对冲击碾压施工过程进行非线性有限元模拟,主要分析了牵引速度、冲击碾压遍数、土的弹性模量及黏聚力等因素对冲击碾压加固效果的影响.结果表明:(1)牵引速度、土的弹性模量、黏聚力及冲击碾压遍数等因素对冲击碾压加固效果均有不同程度的影响,其中冲击碾压遍数对冲击碾压加固效果的影响尤为显著;(2)当牵引速度在3.0 m/s~3.5 m/s范围以及冲碾遍数达到20~25遍时,冲击碾压加固效果较好.