波瓣喷嘴射流冲击平面靶板对流换热数值研究

运用Realizable k-ε湍流模型数值研究了射流雷诺数(Re)为10 000~20 000、冲击间距比(H/d)为2~8的射流冲击平面靶板对流换热,揭示了不同冲击间距下波瓣射流和圆形射流的流动和换热特征差异。研究结果表明:波瓣喷嘴在射流出口下游诱导出阵列的流向涡,强化了射流对周围流体的卷吸,导致波瓣射流的发展和冲击对流换热与常规圆形射流具有较大的差异,喷嘴形状的影响与射流冲击间距密切相关。在小冲击间距比下(H/d=2和4),波瓣射流趋向冲击靶面的核心区速度高于圆形射流,相对于圆形射流具有更高的驻点对流换热能力,且中心区外缘的对流换热系数呈现波瓣状分布;而在大冲击间距比下(H/d=6和8),波瓣射流趋向冲击靶板附近的速度分布更为平缓且中心速度低于圆形射流,波瓣射流在驻点区的冲击对流换热弱于圆形射流冲击。     

飞机除冰冲击射流多相流耦合模型研究

以飞机除冰喷洒作业为研究对象,对冲击射流与冲击壁面进行建模和数值模拟,分析了冲击壁面的速度压力分布特性。用相场函数φ解释了相场和水平集模型模拟出的射流偏转现象,探讨了冲击射流周围压强分布梯度不均匀的原因,以Realizable k-ε湍流模型为基础对比了不同多相流数值模型的模拟结果。发现冲击射流的截面沿着中心轴线呈锥状发展,在滞点处流速迅速衰减为0,压强达到最大值。壁面射流在偏离滞点0.15～0.2 m的位置逐渐获得最大流动速度。最后对比了实验常用的紊流系数与不同多相流模型的模拟结果。综合考虑模型模拟出的速度、压力分布特性及射流紊流系数得出结论：混合物模型和相传递混合模型比较适合进行飞机除冰射流以及类似的大流速、多流体微团类的流动研究。     

异形喷嘴与圆锥形喷嘴水射流流场对比研究

针对目前水射流作业中存在的效率低的问题,课题组对射流关键装置喷嘴的结构进行研究。采用了传统圆锥形喷嘴的最优尺寸参数,设计了2种新型异形喷嘴结构;通过SolidWorks建立了喷嘴的三维模型,利用FLUENT仿真软件模拟了3种喷嘴在不同入口速度条件下的流场情况。仿真结果表明：正方形喷嘴的射流离开喷嘴后射速最快,射流凝聚性最好,等速核最长,更适合于淹没射流下的作业。     

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。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

水力喷射压裂孔内压力分布研究

水力喷射压裂工艺是集水力射孔和压裂一体的新型油田增产技术。在室内实验基础上， 运用流体力学计算方法， 对水力喷射压裂孔道内压力场进行计算， 得到了井下水力射流在地层孔道内的压力及速度分布， 揭示了喷嘴空间位置、 喷嘴数量、 孔道形状、 喷嘴压降和喷嘴直径对孔道压力的影响规律。结果表明：高速射流之间具有很强的独立性， 喷嘴空间位置和喷嘴数量不会影响孔道内压力； 水力射流在不同形状孔道内产生的压力相同； 孔道压力随喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增加。     

低压旋流喷嘴流场特性的数值仿真分析

针对以水为单介质流体的螺旋旋流雾化喷嘴的流场特性,采用VOF方法,建立了低压旋流喷嘴内流场的三维流动数学模型。通过改变旋流喷嘴的螺旋体长度、入口槽道截面积、螺旋升角、螺旋槽形状、旋流室内锥角等不同的结构参数,对雾化喷嘴的压力场、速度场进行数值分析仿真,得到了螺旋旋流雾化喷嘴的结构参数对流场特性的影响规律。研究结果对低压旋流喷嘴的设计与开发具有指导意义。     

圆锥长直管段喷嘴内流场仿真研究

通过ANSYS FLUENT软件,采用欧拉多相流模型对前混式磨料水射流内流场进行建模与仿真。观察不同参数下的仿真结果并进行比较,结果表明:压力升高继而导致喷嘴出口速度提高,通过简化公式计算所得喷嘴出口速度不一定准确;喷嘴出口直径变大会导致出口速度减小,且小于理论计算值;提供能量一定时,由于磨料体积分数增大会使得喷嘴出口速度减小,因此磨料体积分数不宜过大。     

车用螺旋型水道永磁同步电机温升特性

为了解决车用单向螺旋型水道永磁同步电机局部温度过高,提出一种对流双水道冷却模型。基于传热学和流体力学,采用磁热耦合法对某额定功率为38 kW的单水道水冷永磁同步电机进行电磁场与温度场的仿真计算,得到了电机各位置温升分布情况;再将仿真计算结果与台架温升试验测试结果对比分析,相对误差为3%,验证了仿真计算方法的准确性;最后,在原有样机模型基础上建立对流双水道与单水道模型,将2种模型的温升仿真对比分析。结果表明:对流双水道电机模型在38 kW、4 000 r/min运转时绕组端部最高温度降低5.3%,在74kW、10 000 r/min运转时间增加6.6%。     

基于BP人工神经网络的磨料水射流切割深度模型

在已知的磨料水射流切割混凝土实验数据的基础上,应用BP人工神经网络理论,并且借助MATLAB神经网络工具箱,建立磨料水射流切割深度模型.模型中包括的射流参数有射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度.通过模型预测结果与实验结果的比较,表明模型具有一定的精度.     

喷孔锥度对喷气织机环槽型辅助喷嘴性能的影响

为提升引纬质量，课题组设计了一种环形槽型喷孔辅助喷嘴，并通过数值模拟探究辅助喷嘴结构对喷射性能的影响。课题组依据喷射出口面积等效原则，设计了3种环槽型辅助喷嘴，并分别建立了环形槽结合中心式辅助喷嘴的流场模型；利用FLUENT软件对建立的流场模型进行数值模拟，得到供气压力0.3 MPa时不同喷孔锥度的各环槽型辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度分布曲线图、气耗量，以及距喷嘴出口20，50，70 mm处截面速度分布图。结果表明：对同种环槽型辅助喷嘴，随着喷孔锥度增大，辅助喷嘴的喷射性能明显增强；喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度增大各喷嘴出口处射流速度也随之增大。环槽型辅助喷嘴为喷气织机引纬提供了一种效率更高的方法。     

焊缝跟踪装置冷却系统设计

摘要：为了提高焊接质量和焊接效率，需设计相关的焊缝辨识与跟踪装置，从而实现自动化焊接。而焊接时产生的高温环境对该类装置的正 常工作构成威胁，因而其附属冷却系统的设计尤为重要。通过建立该类焊缝跟踪装置的三维全尺寸仿真模型，设置相关的边界条件，采用标准的k e模型进 行仿真，获得其内部完整的流场和温度场，并分析和完善其冷却效果。结果表明，经气体强迫对流换热后，该类装置的温度明显下降且分布较为均匀，冷却系统 符合相关需求。     

熵热系数取值方式对锂离子电池热模型精度的影响

为了提高锂离子电池热模型的生热仿真计算精度,研究了熵热系数取值方式对三元锂离子电池热模型精度的影响。在所建立方形电池的三维热物理模型的基础上,考虑到三元电池熵热系数的非平滑变化规律,提出了电池熵热系数的分段式表征模型。通过仿真、实验分析研究了所提新模型与传统熵热系数取值方式在常温(25℃)自然对流、不同放电倍率条件下的电池温升,结果表明:采用变熵热系数的热模型精度高于传统定熵热系数热模型,其在1C、1.5C、2C放电倍率下的仿真曲线最大误差和均方根误差均明显小于后者,其最大误差在所进行实验中均在1℃之内。     

淹没水射流锥形喷嘴的计算分析与试验比较

应用面元法对淹没水射流锥形喷嘴流动特性进行了简要的计算,并结合试验结果作了分析与比较,指出分析不同结构喷嘴内部及射流区域内的压力系数分布,可以得出喷嘴的收缩角α及圆柱段Ｌ与喷嘴冲蚀性能之间的关系,为对喷嘴的进一步研究提供了理论指导。     

喷孔锥度对喷气织机辅助喷嘴喷射性能的影响

为探究喷孔锥度对喷气织机多圆孔辅助喷嘴喷射性能的影响规律,课题组设计了3类等大中心环形分布喷孔辅助喷嘴,研究其流场特性。分别建立了不同喷孔锥度时3类辅助喷嘴的流场模型;利用FLUENT软件对上述流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时各辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度衰减曲线图及距喷嘴出口不同距离处截面速度分布图;提取截面上速度分布数据点得到了3类多圆孔辅助喷嘴0°和10°时距出口不同距离处截面速度径向分布图。结果表明：随喷孔锥度增大,各多圆孔辅助喷嘴的喷射性能明显增强;喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度越大各型喷嘴出口处射流速度也随之增大。课题组既分析了喷孔锥度和孔心距各自单一因素对喷嘴喷射性能的影响,又考虑了喷孔锥度和孔心距双因素对喷嘴喷射性能的影响,结果表明喷孔锥度对辅助喷嘴整体喷射性能的影响较孔心距的影响更为显著。     

基于水冷的IGBT模块散热结构设计及优化

为增强IGBT模块的冷却效果,以某IGBT模块为研究对象,在常规形散热针柱的基础上设计了圆环形散热针柱和螺旋形散热针柱。对3种散热针柱下的IGBT模块结温分别进行理论计算,并利用有限元分析软件STAR-CCM+对3种散热针柱下的IGBT模块进行仿真模拟。对比分析3种模型的温度场、压力场及速度场,结果表明:3种模型的理论计算结果和仿真计算结果之间的误差均小于5%;最优的螺旋形散热针柱下的IGBT模块在针柱高度为11 mm、针柱直径为2.5 mm以及水流流量为12 L/min时,散热能力表现最佳。     

内阻取值方式对锂电池热模型精度的影响

采用恒定法及动态法对单体三元锂离子电池热模型中内阻参数的取值进行研究。建立了电池三维热模型,分析了不同内阻取值方式对锂离子电池热模型精度的影响,通过Ansys workbench中的瞬态热分析模块对25℃下不同倍率放电时的电池温升情况进行建模仿真,并与实验结果进行对比。结果表明:取动态内阻的热模型仿真曲线相对于恒定内阻仿真曲线的精度明显更高,在1C、2C、3C放电倍率下,仿真曲线与实测曲线的最大偏差分别为0.43、0.52、0.97℃,平均偏差分别为0.20、0.15、0.49℃。     

基于逆向工程的微型轴流风机性能分析与实验研究

在实际电子设备冷却的CFD分析中,为了减少计算量,通常都使用集总参数的模型进行替换,通过相关实验标准获得相应的PQ曲线,用于描述不同阻力情况下风量的变化情况。但是由于实际的应用中风机安装的结构要求及设备设计要求越来越紧凑,风机的进出风口都有较多遮挡,这些遮挡因素影响了风机的空气动力学性能,进而影响PQ曲线,因此需要对风机叶轮进行详细建模以分析。采用逆向工程的方法,运用三维激光扫描仪,建立了特定风机的数字模型,然后通过MRF方法对其进行了分析,研究了几种不同的湍流模型和壁面处理模式对风机性能特性计算的影响。同时采用符合AMCA-210-2007的风机PQ特性测试系统对风机进行实测。通过实验和CFD模拟得到在相同条件下风机的PQ性能曲线,并分析了导致这些计算结果的原因。分析结果表明:采用具有增强壁面处理的增强型-RNG模型所得结果最接近实际实验结果。     

大型塑料检查井刚强度分析及其结构优化

：针对大型塑料检查井刚强度计算和结构设计关键技术问题,采用ANSYS软件建立大型塑料检查井刚强度有限 元分析模型,并采用正交试验设计方法,研究检查井壁厚、主管直径、主管高度、子管直径和子管位置高度等尺寸参数对 应力和应变的影响规律。结果表明尺寸参数对检查井应力影响程度为：子管直径>子管位置高度>壁厚>主管直径> 主管高度。尺寸参数对应变影响程度为：主管高度>子管直径>主管直径>子管位置高度>壁厚;获得的检查井结构优 化尺寸为：壁厚8 mm,主管直径800 mm,主管高度800 mm,子管直径800 mm,子管位置高度100 mm。主管高度和子管 直径是设计过程中应重点考虑的因素。     

超薄板焊接熔池流场数值模拟

为了研究超薄板焊接质量差的问题,根据流体力学和传热学原理,建立超薄板焊接熔池的二维数值分析模型。 电弧热源模型采用高斯热源分布模型,模型考虑了超薄板固态金属的热传导、熔池与外部环境的对流辐射、熔池内部液 态金属质点的热传递、材料的热物理性能参数部分随温度变化等因素。采用FLUENT对超薄板微束等离子焊接熔池模 型进行求解,得出了熔池温度场、流场分布,并讨论了几种作用力对超薄板熔池流场的影响。研究结果表明表面张力是 超薄板熔池内部液态金属流动的主要驱动力