基于表面粗糙度修正的冷却风扇数值模拟方法研究

为了进一步提高冷却风扇多重参考坐标系(MRF)模型的数值模拟精度,结合壁面函数进行粗糙度修正,并分析MRF模型的影响因素。首先,以黏性底层中第一层网格离壁面的无因次速度u~+与距离y~+相等为依据,得到粗糙度常数、粗糙度高度与y~+之间的代数关系;根据实际壁面类型,得到修正后的y~+值与第一层网格高度,将其带入标准壁面函数进行近壁面修正。最后,以某型号冷却风扇为例,研究湍流模型、网格数量、表面粗糙度修正等因素对风扇数值模拟结果的影响。结果表明,模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动,更适合风扇的旋转流动,对风扇等旋转机械的模拟具有更高的准确性;过密的网格数量会使得计算结果出现波动;表面粗糙度修正改善了性能曲线上的一些畸点,在风扇常用工况范围内,使得试验值与仿真值的偏差由5%降低到修正后的3%以内。     

再生冷却结构参数对煤油流动换热的影响及优化

为揭示冲压发动机燃烧室再生冷却结构参数对煤油流动换热的影响,实现对结构参数的优化,以单根再生冷却通道为研究对象,在通道总数一定的情况下,分别对RP-3航空煤油在不同内壁厚度、肋片厚度及高度的通道中流动换热进行了数值研究,发现薄内壁的通道冷却效果好,流动压力损失稍大;厚肋片的通道冷却效果好,但压力损失随肋片厚度的增大而急剧增大;随着高度增大,冷却效果变差,但流动压力损失急剧减小;3种结构参数对油温的影响都很小。分别对影响机理进行了理论分析,在此基础上,为得到一种对流换热效果尽可能好以及流动压力损失尽可能小的冷却通道,利用Workbench平台的目标驱动优化工具,采用遗传算法对冷却通道进行优化设计,经校验,优化后的通道满足设计目标。     

四机关联全辐射冷却推力室的传热分析

分析了四机并联全辐射冷却推力室的热特点。忽略径向导热,考虑推力室外向的相互及自身辐射交换、内壁经喷口的辐射泄漏以及周向和轴向的传导热量,建立了推力室壁的能量方程,计算表明,推力室之间的辐射传热引起的赂向温度畸变,主要于推力室间的相对间距Ｌ／Ｄ,而与原壁温水无关,对仅有两对角推力室工作、另一对推力室不工作的温度分布特点也作了分析,经地面模拟和实验验证,数值分析结果是正确的。     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究.研究发现,在层流区随着雷诺数(Re)的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大.对于相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两种微槽转捩Re均在1 685～1 760之间,与传统理论相比,转捩并未提前.但相对粗糙度为3.15%的微槽的转捩Re数为1 500,与传统理论相比,转捩已提前.层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两个微槽的摩擦阻力系数在Re<1 600的层流区域基本相同。但在Re=200～2 800的测量范围内,相对粗糙度大于3%的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3%的微槽的要大.过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30%～40%.工质极性对摩擦阻力的影响很小.     

壁面粗糙度对螺旋溜槽中矿浆流动及颗粒分离行为的影响

随着生产过程的进行,螺旋溜槽的壁面粗糙度并非定量且变化复杂,若控制不当则会严重影响物料分离效果.借助于前期确立的流场模型和颗粒相计算模型,系统考察壁面粗糙度对?400 mm螺旋溜槽中赤铁矿-石英矿浆流动和颗粒分离行为的影响.模拟结果表明：矿浆深度、雷诺数及流速具有明显径向分布差异和波动特性.随粗糙度增大,分选流体空间在粗糙度高度达到0.1 mm及以上时严重收缩,层流分布范围扩大,过渡流范围变窄;速度与粗糙度具有明显相关性,在较高粗糙度下,主流和内环流波动增强,内环流出现明显间断;在0.1 mm以下范围内增大粗糙度高度有利于粗粒赤铁矿向内缘区域聚集,粗粒赤铁矿和细粒石英的分离效率能维持高位,继续增大粗糙度,其分离效率显著降低;提高粗糙度加剧细粒赤铁矿在中、外区域的分布,细粒赤铁矿与石英的分离效率大幅降低.颗粒分离行为变化与流场特性改变密切相关.     

四机并联全辐射冷却推力室的传热分析

分析了四机并联全辐射冷却推力室的热特点．忽略径向导热,考虑推力室外向的相互及自身辐射交换、内壁经喷口的辐射泄漏以及周向和轴向的传导热量,建立了推力室壁的能量方程．计算表明,推力室之间的辐射传热引起的周向温度畸变,主要取决于推力室间的相对间距Ｌ／Ｄ,而与原壁温水平无关．对仅有两对角推力室工作、另一对推力室不工作时的温度分布特点也作了分析．经地面模拟和实验验证,数值分析结果是正确的．     

高宽比对竖壁冷却离散加热的二维空腔内自然对流的影响

采用SIMPLE算法数值值分析了高宽比对一 侧竖壁等温冷却，另一侧竖壁均匀分布5个离散热源的空腔内高Pr数流体自然对流流动和传热的影响。发现H/W=12.22时出现的多个二次流强化了传热，其整体传热效果最好；H/W减小时由于二次流的减弱和消失，传热急剧下降，并在H/W=7.35时达最小值；H/W继续减小时，由于对流的展开和加剧使传热得到某种程度的增强，在H/W=3.67时达到稳定，在这之后H/W的减小对传热不再产生显著的影响，另外，根据数值值计算的结果还整理出包含高宽比影响的综合关系式。     

壁面粗糙度对轴流压气机气动性能的影响

以某典型压气机级为研究对象,利用三维数值模拟方法系统、定量地研究了壁面粗糙度变化对轴流压气机气动性能的影响,揭示了壁面粗糙导致压气机性能退化的内在机制。结果表明:壁面粗糙度增大会降低压气机总压比和等熵效率,且粗糙度越大,性能衰退越快;当壁面粗糙度超过90μm时,压气机的总压比和等熵效率分别下降2.58%和7.15%;近壁区气流的黏性耗散,分离区气流掺混、堵塞的增强,以及激波损失是导致压气机性能退化的主要原因;壁面粗糙度增大将使压气机特性线向流量减小的方向移动,近失速点的特性参数减小得更快,压气机的稳定工况范围有所增大,但通流能力大幅降低;当壁面粗糙度超过150μm时,失速工况提前发生,压气机稳定工作范围迅速减小6.21%。     

壁面强度及粗糙度对含软弱夹层岩体影响研究

软弱夹层作为一种特殊的结构面是影响岩体稳定性的重要因素之一.软弱岩层与围岩接触壁面的物理力学性质很大程度上影响着整个岩体的强度特征和破坏特征.为研究其中规律自行设计并制作了不同粗糙度和强度壁面的试样,通过室内直剪试验结果分析了壁面强度和壁面粗糙度对岩体强度特征和破坏特征的影响.发现岩体峰值抗剪强度与壁面强度和粗糙度成正相关关系,法向应力较小时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越小,随着壁面粗糙度增加,岩体从无裂纹变成夹层上部岩体出现裂纹,法向应力较大时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越大,随着壁面粗糙度增大,主裂纹与水平面夹角逐渐减小,并且裂纹数有所增加.     

加热—冷却过程对竹材弦向应变及表面粗糙度的影响

通过动态电阻应变仪对加热—冷却过程毛竹的弦向应变特性进行了检测和分析。结果表明:在加热过程中竹材的弦向应变大体呈抛物线状变化,在80℃以前,随温度上升正应变逐渐增加,而后正应变逐渐减小,超过120℃后成为负应变。在冷却过程中,从150℃下降到100℃时,竹材的弦向应变变化不大,从100℃下降到30℃时负应变大幅增加。在加热和冷却过程中,对应同一温度的各试件弦向应变差异较大,表现出多分散性。竹材加热—冷却过程中形成的应力会使竹材表面产生扩张与皱缩应变,这种应变会导致竹材表面粗糙度增加。     

液体火箭发动机辐射冷却推力室壁温响应的数值分析及应用

利用自编的 LRETC—I 计算机程序,对一台490牛顿辐射冷却推力室的传热特点作了数值分析,内容包括室壁热流密度分布,壁温响应以及近壁层余氧系数和室壁材料物性参数的影响。计算与著名的 R-4D 发动机实测值作了比较,结果甚好。本文分析和计算机程序可用于液体火箭辐射冷却推力室的设计。     

水幕冷却装置水流流动规律的探讨

就水幕形成的机理和流动规律进行初步探讨,论证了涡流是水流冲击板面产生飞溅的主要原因,阐述了水幕下落时的分离现象和两侧收缩现象的原因,推导出侧边收缩量的半经验公式,并提出减少涡流,避免收缩的有效方法。较系统地提出了水幕装置设计的一般原则,为今后各种水幕装置的研制和设计提供了必要的理论分析依据。     

分流歧管的流场特性及结构优化

为了掌握除尘系统中分流歧管的结构设计对气流和粉尘分配均匀性的分布规律,利用FLUENT软件对不同几何条件下的分流歧管进行模拟计算。结果表明:歧管支管取长宽比为0.1~4.0七种情况下,当歧管横向支管的长宽比Rab为0.2时,气流体积流量分配比值在0.7578~1.1177之间,相对于其余六种条件均匀性较好;在长宽比为0.2的情况下,取面积比Rs范围在0.1~1.0七种情况,当支管的面积比从0.5~0.2降低时,气流分配曲线逐渐平稳,说明流量分配均匀性随支管面积比的减小而增大,该面积比范围内的几何结构可较均匀的分配含尘气流进入除尘设备,避免风量集中而造成的单个除尘器负荷过大,可使除尘系统发挥综合性能。     

可调式水幕装置的试验研究

讨论了可调式水幕冷却装置的各种流量调节方式,并进行了初步的试验研究。并为今后可调式水幕冷却装置的研究和设计提供了必要的理论依据和实验数据。     

展弦比对某跨音速风扇性能影响的数值研究(英文)

使用数值模拟方法,对比研究了三个采用不同大小动叶展弦比设计得到的高负荷跨音速风扇的性能.设计方案选择的动叶展弦比分别为0.937,0.871,0.804.计算结果表明,动叶展弦比大小对风扇性能影响显著.采用较大展弦比设计的风扇具有更宽广的流量范围,但是最高效率点偏低,而且总压比范围较小.通过流场分析揭示了转子展弦比的变化会影响到气动负荷在叶展方向的分布规律.使用较大展弦比设计时,动叶顶部激波损失增加,通流能力下降.     

基于硅隔离衬底的高深宽比微型杠杆机构研究

针对微机电系统微执行器输出位移小,不能满足实际工作需要的问题,设计了一种微型柔性杠杆位移放大机构,并用有限元方法对放大倍数及影响因素进行了分析.该机构不含任何旋转部件,利用单晶硅微梁的弹性变形来实现微位移的放大,采用深层反应离子刻蚀技术将整个机构制作在硅隔离衬底上,并把它置于40%的HF溶液中使其成功释放.对集成加工在同一衬底上的电热微执行器进行了性能测试,测试结果表明,在没有优化的条件下,加工的两级微型杠杆机构在14 V工作电压下的放大倍数为18.9倍,输出位移达到36μm,测试结果与仿真结果相吻合.     

堵塞比对波纹板隔热屏冷却性能影响

以一种气膜冷却的波纹板隔热屏为研究对象,在保持波纹板隔热屏的波纹长度、波纹高度、以及开孔方式不变的情况下,通过在次流通道添加不同大小的堵塞物得到一系列不同堵塞比的几何模型,并基于Navier-Stokes方程组建立了流场三维数值计算模型,进行了流/热/固耦合数值模拟研究,获得了不同堵塞比对隔热屏壁面Nu、气膜冷却效果、冷流体热负荷、以及气膜孔流量系数的影响规律。结果表明：隔热屏热侧壁面Nu受堵塞比影响不大,冷侧壁面Nu在距离堵塞物较远处受堵塞比影响不大,在距离堵塞物较近处随堵塞比的增大而减小;气膜冷却效果在隔热屏主流背风侧靠近波谷处较高,在主流迎风侧靠近波峰处较低,隔热屏的综合平均冷却效果受堵塞比的影响不大;隔热屏单位面积冷流体热负荷随堵塞比增大而线性增大;气膜孔流量系数受堵塞比的影响不大,其最大值相比最小值变化了4.05%。     

出流比及旋转数对回转通道流动换热的影响

为深入了解涡轮动叶内通道在旋转状态下的换热分布以及出口流量变化对通道壁面换热的影响,采用数值模拟方法研究了旋转带肋回转通道的流动特性,揭示了旋转数、出口流量分配比例对内通道换热的影响机理。计算模型包含3个通道和2个转弯段,通道进口雷诺数为17 000,旋转数为0~0.09,3种工况下出口1、2、3与入口的质量流量比分别为27%、49%、24%(三个出口均有出流),27%、0%、73%(出口2不出流),27%、73%、0%(出口3不出流)。结果表明:静止内通道的出流比变化仅对第3通道的沿程压力系数Cp和前、后缘面努赛尔数Nu分布有影响;旋转内通道的出流比变化会影响Cp的大小,旋转哥氏力使通道前、后缘面的Nu分布不同;离心力使径向出流通道的Cp随旋转数的增加而缓慢增大,径向入流通道的Cp随旋转数增大而迅速减小;肋扰流涡使沿程展向平均Nu沿流向呈多波峰状分布;转弯回流涡使得转弯下游通道的Nu不对称分布。     

冷却塔混凝土粗糙度对平均风压系数的影响

采用CFD方法研究全尺寸双曲冷却塔表面混凝土粗糙度对风压系数的影响.在规范规定的粗糙度范围内,分别对表面混凝土光滑以及表面混凝土有不同粗糙度高度的冷却塔全尺寸模型进行了数值模拟.将不同工况下的风压系数计算值与以往文献的风洞试验和现场实测数据进行了比较.研究结果表明:冷却塔全尺寸CFD模拟虽然解决了雷诺数相似问题,但纯粹...     

大展弦比机翼的非线性气动弹性缩比优化

针对几何非线性效应明显的大展弦比机翼,使用两种传统线性缩比方法(刚度和质量耦合下直接进行模态匹配与解耦刚度和质量后进行模态响应匹配的方法)与非线性的缩比方法对某大展弦比机翼进行了仿真计算与比较分析,得出传统的线性缩比方法得到的缩比模型与设计目标相差较大,非线性缩比方法误差较小,即非线性缩比方法更加适用于存在明显几何非线性效应的大展弦比机翼的结论。