平行平板通道中壁面凸出块热源的强迫对流换热

用数值计算法对平行平板通道内二维凸出块热源的强迫对流换热进行了研究。分析了通道中的流场和温度场变化,详细计算了热源各个表面的换热以及热源高度变化的影响,整理出各个表面平均换热以及整个热源总的平均换热关系式。雷诺数变化范围:100≤Re≤1500,热源相对高度变化:1/8≤h/H≤1/2。热源块总的平均换热关系式: Nu_m=1.0377Re~(0.37)·(h/H)~(-0.17)     

滴头壁面形貌对微颗粒与壁面黏附特性的影响

为了研究在含沙滴灌条件下,灌水器迷宫流道内壁面形貌对灌水器内流动特性以及流道内颗粒-壁面黏附的影响,以详细分析灌水器的堵塞机理,对不同形貌的矩形流道进行了水力性能测试实验,并利用粒子图像测速(PIV)平台对灌水器流道内颗粒-壁面黏附进行可视化实验,结合计算流体动力学的方法对其流场进行了数值仿真计算.研究结果表明:壁面粗糙元(高度为流道水力直径的10%)使得流道的阻力系数显著增大,即在同一工作压力下灌水器的出口流量变小;粗糙元改变了流道内沙粒浓度的分布,且粗糙元附近的沙粒速度较低,粒子与壁面碰撞后更容易黏附壁面,使得灌水器流道更容易堵塞.     

微通道太阳能平板集热器的集热性能试验

为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.     

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.     

联箱形式对微通道热沉流动与传热性能的影响

建立了微通道热沉的三维数值模型,同时求解流体Navier-Stockes方程、能量方程和固体区域的导热方程,模型计算结果与文献报道实验数据吻合较好.设计了新型的微通道热沉,采用本文模型对其性能进行分析计算.通过在联箱内加入隔板,设计了1-6弯头新型联箱微通道热沉,通过提高每程流速和引入交替顺逆流动,降低微通道热沉的热阻并提高其均温特性,并与直通型和Z型联箱设计比较.在8种联箱设计中,蛇形弯头联箱的热阻和均温特性均优于Z型和直通联箱,即便增大Z型和直通联箱制冷剂供液泵功,其热阻和均温性也很难达到低泵功下蛇形弯头联箱的性能.蛇形弯头数大于4时,底部中心线温度分布曲线基本重合,再增大弯头数,对降低热阻和提高均温性均无明显贡献,同时会增加额外的泵功.     

微损伤简支梁测定的摄动分析方法

利用连续体的结构摄动理论,得到微损伤简支梁固有频率变化与结构损伤位置及损伤程度的函数.通过对该函数关系的变换,得到了损伤位置及损伤程度与实测频率的关系,推导出了结构损伤定位公式.该公式简洁,适于工程应用.使用本文方法和有限元方法对比进行实例分析,验证了本文所得公式的可靠性.与有限元方法相比,本文方法既避免了有限元方法对计算机的依赖,又避免了有限元方法中精度受网格尺寸影响这一局限性.     

微柱体对微通道热沉综合性能影响的数值分析

为强化微通道热沉的传热性能,设计一种内置微柱体的微通道热沉,并采用数值方法研究微柱体对微通道热沉内流体流动、传热及综合性能的影响。分析了进口雷诺数、微柱体的错位量对内置微柱体微通道热沉(微柱通道)的压降、热阻和努塞尔数的影响,并与光滑微通道热沉(光滑通道)进行对比。采用热阻与泵功的关系、熵产原则及性能评价准则对微通道热沉的综合性能进行评价。结果表明,微柱通道压降和努塞尔数随雷诺数增大而增大,热阻反而减小;在研究的雷诺数范围内,微柱通道压降比光滑通道的平均高84.3%,热阻平均低27.8%,而努塞尔数平均高54.5%;有错位量的微柱通道热阻比无错位量的平均低8.9%,而努塞尔数平均高12.6%;微柱通道综合性能优于光滑通道,且有错位量的微柱通道更优。     

粗糙微通道内稀薄气体流动与换热的蒙特卡洛直接模拟

采用Delaunay三角化方法对计算区域进行网格划分,开发了适合于非结构化网格的蒙特卡洛直接模拟程序,并对程序的正确性进行了验证.在此基础上模拟分析了粗糙元为三角形的平行平板间微通道内稀薄气体的二维流动与换热.通道进出口压力固定,上下平板温度恒定.计算分析了粗糙元高度、宽度以及分布密度的影响.结果表明:微通道内粗糙元对流动与换热有明显的扰动;随着粗糙元的变大,速度跳跃显著,甚至出现漩涡,增加了通道内的压力损失;但粗糙元增强了微通道壁面与气体之间的换热.     

湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟

采用相场法,数值模拟T型微通道内不可压缩两相流动.改变毛细数大小,在壁面和连续相完全浸润的条 件下,得到离散相的两种形成机理:挤压机理和滴落机理,并发现挤压机理下离散相的形成对主通道内连续相流动 影响较大,离散相形成前后,滴落机理下离散相底部壁面的黏性切应力比挤压机理下的大.对于不同的流量比,壁 面和连续相浸润程度减弱,挤压机理下离散相长度增加,离散相前后端形状逐渐不对称,大流量比下会使离散相在 主通道下游脱离,滴落机理下壁面湿度变化对离散相尺寸和形状影响微弱.这些基本规律,为有效控制微通道内离 散相的尺寸和制造微通道设备材料的选择提供了依据.     

制冷剂侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热与流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,将模型计算值与其实验结果对比验证了模型的正确性.同时,利用所建立的模型研究了扁管孔数、扁管内孔高宽比、流程布置、各流程间扁管数分配方式等参数对平行流冷凝器传热和流动性能的影响.结果表明:随着扁管孔数的增多,换热量逐渐增大,制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降逐渐增大;随着扁管内孔高宽比的增大,换热量与制冷剂侧压降逐渐减小,空气侧压降不变;随着流程数的增多,换热量与制冷剂侧压降逐渐增大;当流程数一定时,各流程间扁管数的分配宜从第1流程向后依次递减,其递减速率逐渐减小,且过冷区的扁管数不宜过少.     

两平行平板间粘塑性Poiseuille流动的解析解

本文给出一维粘塑性槽流解析解,其速度分布是含有塑性剪切屈服应力作用项的形式,这一结果与粘塑性管流速度结构相似。     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

摄动的Poiseuille流的上游特征值的渐近分析

考虑的问题是二维粘性渠流．当雷诺数Ｒ→０和Ｒ→＋∞时，讨论了Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ流在定常的摄动下的上游特征值的渐近性质，结果表明，Ｗｉｌｓｏｎ（１９６９）对该问题的下游特征值的分析也适用于上游的分析，且上游特征值的渐近结果与已有的Ｂｒａｍｌｅｙ和Ｄｅｎｎｉｓ（１９８２）的数值结果是一致的．     

微槽道内气体流动的数值模拟

基于微尺度流动的滑移模型,建立了二维微槽道内气体流动的计算方法,并开发了计算程序.对相关文献中微槽道内的气体流动进行了计算,得到了压力降和速度分布剖面图,计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上,进一步研究了克努森数Kn、切向动量调节系数σv及雷诺数Re对速度分布的影响.当Kn>0.001时,边界滑移速度随着Kn的增大而增大;σv的变化对滑移速度的影响十分显著,σv减小时,边界滑移速度增大;在滑流区范围内与低Re时,Re的变化对边界滑移速度的影响很小.     

基于微流道技术的电磁功能结构防除冰系统流场与传热特性分析

基于微流道技术的电磁功能结构气热防除冰系统设计与其内/外流场的流体流动行为及传热特性密切相关。为了实现微流道气热防除冰系统设计,提出了一种流场-传热耦合数值分析方法,以气热空心石英纤维增强树脂基复合材料为微流道实现手段,进行了典型翼面前缘电磁功能结构的流场与传热特性仿真分析。结果表明:在-15 ℃的外部条件下,基于微流道的防除冰方案具备满足防除冰需求的潜力,为后续进行气热防除冰方案优化设计提供了理论支持。     

多元微通道平行流冷凝器理论模型与实验研究

针对多元微通道平行流冷凝器,运用分布参数法建立稳态理论模型.根据变工况实验拟合空气侧摩擦因子计算公式.分析了迎面风速、进风温度及制冷剂流量对冷凝器换热性能和压降的影响.结果表明,模型计算结果与实验数据变化趋势一致,最大误差为9.759%.证明了模型的正确性及有效性,可为多元微通道平行流换热器的结构优化及性能分析提供参考.     

轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的数值模拟

研究了轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板的结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散,流场采用完全的二维不可压缩粘性流体N-S方程,用有限体积法离散,结合动网格控制技术,建立了模拟轴向流中两平行悬臂弹性薄板双向流固耦合作用的二维数值模型,实现了弹性薄板—流体—弹性薄板之间的交互作用.利用该数值模型得到了单块板的流致振动特性;发现了随着两板间距大小的不同,两板表现出三种不同的的极限环振动:同相位、异相位以及不确定相位,并得到了同相位与异相位两种振动状态下的板边界层脱落及尾流变化规律;另外,分析还发现在同相位和异相位过渡阶段,两板均表现出拍现象.     

两固定平行圆盘间幂律流体径向流动的摄动解法

在考虑惯性效应的情况下,得到了推求速度分布和压力分布各阶近似解的方法,并得到了从零阶到二阶的近似解。与文献结果对照表明:本文的理论值与实验值吻合得很好,且优于前人的理论结果。     

多变量不确定性模型的摄动分析

根据对象模型的３种结构,提出控制系统不确定性模型的规范化描述方法。利用鲁棒稳定性原理及奈魁斯特ＭＩＭＯ稳定性准则,给出对象模型满足系统稳定条件的最大模型摄动范围,这种分析方法可用ＭＩＭＯ系统的分析设计。