跨临界二氧化碳汽车空调系统的动态仿真与实验研究

建立了跨临界二氧化碳汽车空调系统的动态仿真模型.利用集总参数法和移动边界法分别对蒸发器、气冷器和中间换热器建立了集总参数模型;由于压缩机和节流阀的热惯性较小,利用经验公式对它们建立了准稳态模型.计算结果同实验数据的比较表明,该动态模型能比较准确地体现空调系统实际的动态性能.     

轿车空调车室内流动换热计算

对包含人体的3维空调车室内部空气流动的速度分布和温度分布进行了数值计算.采用集总参数法建立人体模型,将该模型计算出的人体表面温度作为CFD(computational fluid dynamics)计算的边界条件,从而更细致地考虑了散热量在人体表面的分布情况.CFD计算采用六面体网格、SIMPLE算法,考虑了自然对流换热和固体壁面间的辐射,应用整体求解法计算车内传热问题.针对一款实车的试验,证明了计算的准确性.     

热轧带钢温度场计算模型及其计算偏差分析

热轧带钢温度场可根据热传导偏微分方程与边界条件和初始条件计算,也可采用忽略厚度方向温度梯度的集总参数法计算.在假设前者计算结果准确的基础上,将集总参数法所获得的温度计算模型与前者进行偏差计算,得到了相对偏差计算公式并采用Matlab求得不等式的解,由此得到了集总参数法的应用范围:当相对偏差在5%以内时,带钢心部、1/4和表面的毕渥数范围分别为0~0.100 8,0~0.136 1和0~0.959 3;相对偏差在10%以内时,带钢心部、1/4和表面的毕渥数范围分别为0~0.203 3,0~0.278 2和0~1.497 4.     

安全阀升力系数试验研究和数值模拟

通过建立安全阀升力系数的测量装置,研究了安全阀开启高度对升力系数的影响。基于安全阀压力释放原理,构建安全阀数值模拟的三维CFD模型,计算了安全阀内部的压力场和速度场分布。计算与实验结果相比较表明,所建立的CFD模型可对安全阀排放过程进行定量分析,并可系统研究安全阀主要结构参数对安全阀升力系数的影响,优化安全阀的设计。     

质子交换膜燃料电池分布参数模型数值仿真研究进展

对比了3类质子交换膜燃料电池数学模型(分布参数模型、集总参数模型和混合参数模型)的特点及应用范围,从相关的守恒方程及数值计算方法、重要参数的数值特征、研究内容、仿真区域和模型验证等方面总结了分布参数模型的研究进展.     

不同形式的高架桥对街道峡谷气流和污染物分布的数值分析

应用计算流体力学（CFD）软件FLUENT模拟了不同形式的高架桥在街道峡谷中的气流和污染物分布的状况.该高架桥的不同形式包括：高架桥的高度、高架桥的宽度以及高架桥是否有污染源.采用标准k-ε模型与离散相模型对街道峡谷内部气流运动及污染物浓度分布进行了模拟计算,并分析了高架桥对风场及污染物扩散的影响.     

电厂母管制烟道压力分布特性研究及指导系统构建

为降低多锅炉共用脱硫塔燃煤电站因增压风机跳停引发的连锁风险,采用CFD数值模拟与集总参数建模相结合的方法建立了母管制烟道系统的数理模型,得到增压风机排出烟气量、锅炉排出烟气量以及风机跳停对母管制烟道压力分布的影响规律,并在此基础上采用MATLAB构建了母管制烟道在线运行指导系统.结果 表明:母管两端增压风机跳停会导致其相近管段压力提升更为剧烈;提升增压风机转速及降低锅炉负荷能够有效降低烟道系统压力,且对其相近管段及空预器出口压力的作用最为显著;当某增压风机跳停时,优先提高临近增压风机转速能够更大程度降低烟道系统压力;与CFD模型相比,所构建指导系统的计算时长降低至小于4.6s,满足了现场运行人员准确预测烟道压力波动和实时调控烟气流量分配的需求.     

单相受热管动态数学模型的改进

为提高多段集总参数模型的仿真精度,用动态方程代替静态方程计算控制体管壁放热量,建立了一种新的单相受热管集总参数动态数学模型.将机理模型中偏微分方程的时空分离,采用集总和解析相结合的方法,推导出管内工质温度分布的解析解,再由传热微元方程积分得到管壁放热量的动态方程式.新模型具备稳定、通用和可显式求解的特点.理论精度分析结果表明:模型的响应初终值不存在静态误差;均分3段时的计算结果明显优于传统多段模型均分5段时的计算结果.对某台超超临界压力锅炉过热器的仿真实验表明:新模型在入口温度阶跃响应方面改进明显;纯延迟时段内模型的计算结果基本与分布参数模型吻合.相比传统的多段模型,在相同条件下新模型可采用更少的分段数,且能更好地反映管内工质的输运延迟特性.     

内陆核电厂冷却塔对大气扩散影响的CFD模拟

 风场的时空变化和大气湍流特征是影响局地大气污染物迁移、扩散的重要因子。本文以某内陆核电厂址为背景,针对内陆核电厂址气象及地形条件的复杂性,选用三维计算流体动力学(CFD)模型Fluidyn-PANACHE,模拟气载放射性颗粒¹³⁷Cs、气溶胶¹³¹I和常规气态污染物CO在大气中的三维风场及浓度场分布情况。该方法可合理模拟内陆核电厂大型冷却塔等建筑物周围的湍流和绕流,弥补了标准高斯模型精细化程度不足的缺陷。此外,该方法也突破了常规CFD模型很难在一次计算中进行多风向模拟的局限性。计算获得的正常工况下年均大气扩散因子能反映出该厂址大气扩散的季节性差异,即秋季的平均大气扩散因子最大,因此,可考虑将换料大修等非运行工况安排在秋季进行,以降低污染强度。研究获得的年均大气扩散模拟结果与高斯混合排放模式推荐的厂址扩散参数较为一致,典型固定风向的模拟结果与风洞物理模拟结果符合较好,可为中国内陆核电厂址大气扩散研究和评价提供参考。     

用于直流输电系统保护的di/dt传感器研究

以直流输电系统的短路保护为研究对象,根据电流变化率保护的要求,基于罗氏线圈原理,设计了电流变化率传感器.给出了电流变化率传感器分布参数模型及集总参数等效模型,讨论了该传感器幅频特性及时域特性.通过理论分析、计算仿真及试验验证了该传感器的可实施性,仿真和试验结果表明:在保证灵敏度大于0.15V/(A·μs-1)的同时,该传感器输出的上升时间可控制在5μs以内,并且能够正确反映故障电流的变化.     

通风效率在通风量计算中的应用

论述了室内空气品质的基本控制方法，分析了通风效率、室内污染源分布对工作区空气品质的影响，推出了两层分布模型中工作区污染物浓度或通风量的计算公式，并分析了采用实验方法确定房间通风效率的理论依据。     

室内空气环境VOCs浓度场的CFD仿真分析

为了确定实验室内污染物浓度的分布状况,运用CFD仿真方法对固定排风量下某实验室内VOCs的浓度场分布进行了建模和数值仿真,实现了结果的可视化,并对仿真结果进行了分析和实地监测验证,除门窗附近几个点外,实验室内VOCs浓度场分布的实地监测值与仿真值在变化趋势上是比较一致的．整个室内VOCs浓度场的分布主要受排气系统的影响,空间分布上表现为随高度增加浓度值逐渐升高．通过CFD仿真研究,快速地给出室内流场和浓度场的详细信息,为进一步研究改变排风系统情况、不同排风量、移动污染源位置等多种条件下室内空气环境污染物浓度场分布情况提供了方法和理论依据．     

用CFD方法改进室内非等温送风气流组织设计

用合理的湍流模型和风口模型模拟非等温送风室内空气流动情况,并用一个非等温送风的实例进行了验证．然后利用该湍流和风口模型对一个工程实例非等温送风的室内空气速度场、温度场进行数值模拟,同时也给出利用传统射流理论的分析结果与之比较,借此分析当前室内非等温送风设计中通常存在的“冷风下坠”和“热风上浮”问题,指出传统射流设计方法的不足,从而提出一种利用CFD方法改进非等温送风气流组织设计的方法,并将其应用于中所提工程实例以说明该思路是可行的．     

气流组织评价指标的修正

运用质量权重法对原有的各气流组织评价指标进行修正,以充分发挥数值模拟技术的优势来评价气流组织的性能。建立了数值模型并通过实验验证了模型的准确性。用该数值模型模拟嵌入式空调室内机4种不同工况下的室内气流组织,计算、比较了这4种工况下的原气流组织评价指标值与修正后的指标值,发现修正前、后指标值差异显著,且这些差异导致了评价这4种气流组织结果的不同。分析结果表明,用修正后的评价指标来评价气流组织更加准确、科学。     

一种基于PID控制算法的分布参数法压缩式空气源热泵模型

采用分布参数法建立单、双级压缩式空气源热泵的热力学模型,并且将比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制算法应用到模型计算中,形成一种基于PID控制算法的全系统循环分布参数模型。将建立的模型在C++环境中运行,用实验数据验证模型精度。结果表明:模型充分利用了分布参数法和PID控制算法的优点,与传统集总参数法建立的模型相比,模型具有更高的计算精度,其中双级压缩式空气源热泵模型的模拟制热性能系数(COP)与实验数据的平均相对误差为4.91%;加入PID控制算法后,提高了模型的运算速度,双级压缩式空气源热泵模型循环迭代5次就达到了收敛。     

用积分平均法求解沸腾炉空气埋管的动态特性

本文提出了建立具有分布参数性质的沸腾炉空气埋管的数学模型的一种有效方法， 即积分加权平均、低阶集中参数法（简称积分平均法），并把这种算法与利用高阶（４９ 阶）集中参数模型所得的结果作了对比，两者重合良好．在此基础上，给出了空气埋管。 动态特性的实际算例．并由此得到了两个在控制系统设计中有价值的结论。     

空调卧室空气环境的数值模拟

用CFD方法模拟了空调卧室内制冷制热运行时3种不同的住宅空调模式(包括普通窗式空调器、分体机及具有引入新风的热回收装置的窗式空调器)分别位于高位置和低位置时室内空气温度及流速、有机污染物(甲醛)浓度及CO2的分布,并进行比较.结果表明,空调器的类型、位置及新风量对空气环境影响较大.夏季制冷运行时,带热回收装置的窗式空调器置于低位置时可以获得良好的室内流场分布,稀释和携带走室内的CO2和污染物;而该装置置于高处时,流场结构不合理;其它空调模式下由于没有引入新风,产生室内污染物堆积.冬季制热运行与夏季制冷运行时的结论相同.     

基于主动嗅觉的室内时变污染源定位方法

为了预防和控制因室内空间中时变污染源突然泄漏引发的中毒、火灾和爆炸等灾害,针对室内时变污染源的定位建立了室内时变污染源泄漏的计算流体动力学(CFD)模型,并采用粒子群智能搜索策略,基于移动机器人的主动嗅觉提出了不依赖初值、计算效率高的室内时变污染源定位方法。通过对室内二维通风房间内泄漏速率呈衰减特征的时变污染源的泄漏模拟与源定位分析,展示了室内时变污染源定位方法的可操作性和可行性。研究结果表明:基于移动机器人主动嗅觉的室内时变污染源定位方法能在污染源泄漏一定时间后成功确定污染源位置,并且随着移动机器人数量的增加,室内时变污染源定位的成功率也相应增加;因移动机器人个数的增加会导致收敛速度变慢,源定位时间呈先减少后增加的变化趋势。     

船舶机舱内热环境数值模拟

采用计算流体力学的方法对已有机舱热环境进行数值模拟,使用计算流体力学软件FLUENT对机舱内温度场与速度场的三维分布进行数值计算,根据计算结果提出机舱通风的改进意见.研究结果可为船舶机舱通风系统设计提供理论依据,并对优化设计具有指导作用.     

辐射耦合空调系统的局部热舒适实验研究及仿真分析

为研究辐射冷板与独立新风耦合系统下人体局部热舒适,以长沙某住宅小区某用户房间为研究对象,进行了实验研究;并对该热环境相关参数进行仿真分析。通过实测数据与仿真数据对比,从辐射温度不对称、室内气流分布、人体垂直温差和地面温度四个方面定量分析了辐射耦合空调系统的热舒适环境。同时,通过多表面模型与离散坐标模型模拟结果的对比,分析了两种辐射模型的适用性。结果表明:在采用辐射冷板+独立新风空调系统而且空间包含人体热源的情形下,DO辐射模型的仿真结果更接近实验测试结果;室内测试及仿真结果符合ASHRAE对局部热舒适的标准要求;利用CFD仿真方法可以对局部热舒适进行较准确的分析。