布置错位通道的微混合器内流体热混合特性

基于常规平面微混合器内流体混合特性的研究,对布置错位通道的微混合器进行了三维数值模拟,分析了指定Reynolds数范围内微通道内流体的热混合特性。计算模型采用有限体积法离散、SIMPLEC算法进行层流计算。结果表明,温度在指定范围变化时,其对混合性能的扰动作用较小。此外,由于错位通道结构所产生的漩涡在促进混合的同时降低了流体工质的温度。     

涡发生器对矩形截面螺旋细通道内液体传热与熵产的影响

为探究湍流状态下涡发生器对矩形截面螺旋细通道传热与熵产的影响，课题组采用RNG κ ε湍流模型对内置5种不同涡发生器的螺旋细通道的传热和熵产进行了数值研究。选取的涡发生器结构为具有相同长宽高的矩形、棱形、椭圆形及2种放置方式不同的三角形。在热流密度300 kW/m和雷诺数Re 4 500~12 000的条件下，对内置不同涡发生器的螺旋细通道与光滑螺旋细通道的摩阻系数、努塞尔数、热阻和总熵产进行分析。结果表明：在研究的雷诺数范围内，5种加入涡发生器结构的通道内流体努塞尔数、摩阻系数均大于光滑通道，热阻均低于光滑通道；当Re<7 500时总熵产率均低于光滑通道，而7 500<Re<12 000时反之。几种涡发生器结构中矩形涡发生器结构能源利用率最佳。     

表面张力驱动下挡板对微通道混合效果的影响

微流控系统由于微通道尺寸变得越来越小，所以原先传统的外力驱动方式遇到了很大的困难。而表面张力驱动微流体不需要任何外部能量源，对于设备小型化和集成化非常有优势。课题组通过对微混合通道内设置挡板，改变挡板的结构参数，通过数值模拟来研究表面张力驱动下挡板结构参数对混合效果的影响。研究结果表明：设置了挡板后微通道的混合效果显著提高；同时随着挡板结构参数的改变，微通道的混合效果也随之呈现出一定的变化规律。挡板的设置扰乱了微流体的流动，使得流体间的界面接触变多，混合效果得到提高。     

锥形通道流动模式磁流变悬置磁路设计与优化

针对径向阻尼通道磁流变悬置磁芯内径较大时,通道磁感应强度过早饱和的问题,提出一种具有锥形阻尼通道结构的流动模式磁流变悬置。根据流体理论建立了锥形阻尼通道的压降模型;采用有限元法分析了阻尼通道倾斜角度、内径等关键结构参数对通道内磁感应强度及压降的影响规律,仿真结果表明,通过调整倾斜角度、内径等关键结构参数可有效提高通道内磁感应强度及压降;搭建联合仿真优化平台,以ANSYS为分析系统,对磁路结构的参数化建模,并基于ISIGHT软件对悬置磁路结构进行优化设计,下侧阻尼通道磁流变液平均磁感应强度由0.49 T提高到0.52 T,黏性压降由61.221 k Pa降低到39.086 k Pa,屈服压降由404 k Pa提高到955.5 k Pa。优化结果表明:该锥形磁流变悬置结构可有效提高阻尼通道磁感应强度,具有更好的可控性。     

截面积尺寸对微通道换热器流动特性的影响机理

微通道换热器的流量分配特性对换热器的换热能力起着至关重要的作用,通过数值模拟的方法研究截面积尺寸对微通道换热器内流动特性的影响机理,模拟研究了通道当量直径、通道高宽比及通道数对流量分配均匀性及压降的影响。研究表明,当量直径最大时,流量分配均匀性最好,压降最低;宽不变,改变通道高宽比,流量分配不均匀度的峰值随着流速的增大出现提前;对比通道数对流量分配及压降的影响,得出6通道数的换热器流量分配最均匀,压降最小。     

带次流道的周向平行弯曲细通道夹套熵产研究

为探究次流道对周向平行弯曲细通道夹套性能的影响,对有无次流道的周向平行弯曲细通道夹套内流体的层流 流动和传热特性进行了三维数值模拟分析。通过对比分析得到如下结果：次流道增加了夹套的平均Nu数;在低Re数 时,有次流道夹套的流阻系数f小于无次流道夹套,而当Re数大于1 050时,有次流道夹套的厂高于无次流道夹套;有次 流道夹套的传热不可逆的熵产率小于无次流道夹套,而2种夹套的流动不可逆的熵产率在低进口Re数时相差不大。次 流道强化了夹套的传热性能,且在低Re数时降低了夹套的流动阻力。     

电动汽车HVAC模块制热模式风量分配特性研究

针对某款电动汽车空调HVAC模块风量测试实验时制热吹脚模式各出风口风量分配不均匀的现象，课题组应用计算流体动力学(CFD)的数值模拟方法，并引入多孔介质理论对HVAC模块内部微通道换热器做简化处理，对该款汽车空调HVAC模块制热吹脚模型进行计算模拟，分析制热吹脚模式HVAC内部流场及各吹脚出风口的风量，同时引入无量纲数Ei和S对风量分配的均匀性进行评估。课题组根据仿真分析结果，对吹脚风道底部结构进行优化以及验证分析。验证结果表明：优化后的汽车空调HVAC模块吹脚风道内部涡旋现象减少，相较于原模型，各吹脚出风口不均匀度Ei减小了2%~57%，总不均匀度S降低了5.2%~34.3%，提高了风量分配均匀性。     

微段渐开线齿轮接触强度与弯曲强度的分析

介绍了微段渐开线齿廓形成过程，从理论上分析了微段渐开线齿廓以凹凸方式啮合时其曲率半径相等及其接触应力嘶很小的原因．同时通过有限元法分析了微段渐开线的弯曲强度，并与相同情形下的渐开线齿轮进行了比较，指出了微段渐开线齿廓的弯曲强度优于渐开线齿廓的原因．     

超声速流体振荡器流动特性数值研究

通过改变流体振荡器喷嘴宽度、喉道宽度,对某种结构的超声速流体振荡器进行二维非稳态数值模拟。计算结果表明:当喷嘴宽度远小于混合腔入口宽度时,振荡器的延迟时间t0随着喉道宽度的增加而减小;当喷嘴宽度接近混合腔入口宽度时,延迟时间t0随喉道宽度改变的变化不明显;当保持喷嘴宽度不变时,振荡周期随着喉道宽度的增大而逐渐减小,但减小幅度越来越小;存在一个临界喉道宽度值,一旦超过这个临界值,超声速流体振荡器不能起振。     

自吸式搅拌槽内流动特性的数值研究

采用计算流体动力学方法对自吸式搅拌槽内流体流动进行数值研究,分析气体分散通道的叶片角度、下层桨的形式和桨叶的间距对槽内流动场的影响。研究结果表明:当气体分散通道叶片角度较小时,上层桨产生的径向射流能够沿着切线方向流经气体分散通道,在气体分散通道出口处形成的漩涡范围较小;当下层桨为PDTU时,旋转桨叶在排出流体的同时,对流体有上扬作用,两层桨之间的轴向作用较强,有利于整个搅拌槽的混合;桨叶间距较大时,两层桨之间的轴向作用较弱,下层桨的泵送能力降低,功率消耗增加。     

导叶结构对直流导叶式气液分离器性能的影响

为了得到高效低阻的液滴分离装置,设计了不同结构的直流导叶式气液分离器模型,采用FLUENT软件中RNG K-ε湍流模型和离散颗粒(DPM)模型,对不同导叶结构的分离器内流场进行模拟,得到了导叶结构参数对分离器内的压 降特性、速度分布、以及不同粒径分离效率的影响规律。结果表明：导向叶片个数增加或者出口角的减小都能使分离器 分离效率显著提高,但是分离器压降也会增大;随着颗粒粒径的增大,分离效率升高,当粒径大于35 μm时,分离效率几 乎达到100%;导向叶片个数越多,叶片出口角越小,分离效率越高。数值模拟结果为设计低阻、高效的分离器提供了理 论依据。     

顶部送风方腔内混合对流换热的数值研究

采用非稳态数学模型对具有对称和非对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流流场与温度场进行了数值求解.数值计算中控制参数Ra取为固定值106,Re在1 000~3 000范围内变化.数值结果显示,随Re的增大,具有对称结构问题的数值解会分别出现定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解;而对于非对称结构问题,数值解的最大网格Pe虽然大于对称结构问题的最大网格Pe,数值解是定常的,并未发生解的振荡.因此,判明具有对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流问题数值解的振荡是客观存在的物理振荡,而非数值方法不稳定所引起的数值振荡.     

多电子注Millitron行波管大信号理论与计算

对于一种“捆扎式多通道”新型Ｍｉｌｌｉｔｒｏｎ型耦合腔多电子注行波管，建立了大信号理论，数值计算得到了输出功率、增益、效率等主要参数，结果表明在对称激励条件下Ｎ注管的输出功率可以达到单注管的Ｎ倍。     

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。     

多通道烘缸的传热模拟及优化

目前造纸机烘缸大多采用虹吸管式冷凝水排出装置,由于受烘缸积水的影响,传统烘缸干燥效率下降,纸页受热 不均匀。基于此,对传统烘缸进行改造,设计出多通道烘缸的结构,文章应用FLUNET软件对不同高宽比的小通道进行 了传热模拟,得到优化后的小通道尺寸值,结果表明小通道尺寸高、宽均为10 mni时,平均冷凝传热系数值最大,传热效 率最高。对多通道烘缸进行尺寸优化有利于提高烘缸传热效率,节约能源     

带U型切口的非线性压电能量采集器的动力学仿真研究

针对目前压电采集器采集频带较窄、采集效率较低的问题，笔者在压电采集器中引入磁场构建了非线性振动系统，拓宽了采集器的采集频带。设计了一种带U型切口的非线性压电振动能量采集器；通过建立采集器的理论模型，分析了该采集器的势能系统，并仿真研究了不同激振频率下内梁磁铁与外梁磁铁的水平间距D的改变对采集器输出均方根电压的影响。数值分析发现：减小间距D，可以使该采集器的内、外梁的势能系统从单稳态系统过渡到双稳态系统；并随着间距D的减小，该能量采集器在其谐振频率处输出的均方根电压逐渐增大，但对该能量采集器的有效采集频带影响并不大。该研究表明引入磁场的带U型切口的双悬臂压电梁能有效提高压电能量采集器采集效率。     

LNG绕管式换热器管内压降和热传递的数值模拟

针对目前LNG绕管式换热器在设计时存在管内低温传热的不确定性,采用FLUENT软件分析了大螺距螺旋管 在湍流状态下管内的压降和冷却传热特征。研究中分别采用4.8 MPa的气态甲烷和液态甲烷为介质,探讨了螺旋管结 构、雷诺数Re、普朗特数Pr对压降和努塞尔数Nu的影响。结果表明：管径、缠绕直径、Re及Pr对压降和/VM的影响较 大;螺距对传热和压降影响较小,可忽略不计。并将模拟值与Jayakumar等半经验值做对比,结果趋势一致。最后拟合出 适用于LNG低温冷却状态下的Nu公式,为LNG绕管式换热器的工艺计算提供一定的依据。     

波纹节距对板壳式换热器壳程流动性能和阻力性能的影响

为了对板壳式换热器进行优化设计,课题组以某型号板壳式换热器的壳侧流道为研究对象,建立单流道物理模型,采用FLUENT软件对壳侧流体的流动性能和阻力性能进行模拟研究。模拟结果表明：随波纹节距的增大,流体流线由十字交叉流逐渐转为曲折流,流体平均流速和湍动能逐渐减小;波纹节距为3.9 mm时流动性能较好。随波纹节距的增大,压降逐渐减小。在同一波纹节距下,随着雷诺数的增大压降逐渐增大;波纹节距为15.9 mm时,阻力性能较好。减小节距可以得到较好的壳程流动性能;增大节距可以得到较好的壳程阻力性能。     

过渡圆弧结构在火管锅炉中的应用

针对火管锅炉管板与壳体连接结构的设计过程中,常常依据设计者的经验设计而无法进行精确的结构优化。文章对给定的3种不同过渡圆弧半径的火管锅炉结构采用有限元分析方法进行热应力分析,得到连接管板与壳体的过渡圆弧应力集中部位,通过对比3种过渡圆弧半径的应力分布和位移状况,建议优化设计圆弧时R取值不宜过大,与此同时也要保证最大应力区的应力在许用的范围内,这对类似结构下的优化设计提供了有力的依据。     

三维运动连续进料式混合搅拌机

文章设计了一种新型三维运动连续进料式混合搅拌机。其结构包括机架、混合桶、搅拌轴、搅拌电机、旋转电机、旋转轴、集电环和电刷。该混合搅拌机一方面将混合桶的旋转和混合桶内搅拌轴的旋转结合在一起，大幅度提高了混料的效率，另一方面将旋转轴作为进、出料口，可以进行连续性装填，提高了效率，降低了能耗。