载人航天器并联热网络系统的优化分析

为减小载人航天器热控、环控生保系统中并联热网络系统的质量 ,在一定的简化和假设的基础上 ,建立热网络流动与换热的物理和数学模型。以系统总换热面积最小为优化目标函数 ,用极值有理法求解 ,得到最佳冷媒流量分配率随各热组件效能的变化关系。热组件效能大 ,其冷媒流量分配率就大 ,效能小 ,则其流量分配率就小 ,且热组件的效能总小于其流量分配率。研究结果为航天器工程中并联热网络的轻量化设计提供了一些理论依据     

槽式太阳能系统导热油储罐的散热特性

实验研究槽式太阳能系统中导热油储罐的散热特性.储罐散热量随导热油降温而逐渐减小,储罐外壁面温度受储罐结构和环境温度影响很大,由此提出以储罐外壁表面平均温度为基础的热损失计算方法.储罐总热阻包括罐内保温层和罐外热阻,罐外热阻主要由辐射和自然对流组成.结合实验结果与表面平均温度计算法,提出罐内保温层传热关联式、储罐外壁辐射热损失关联式、罐外大空间自然对流散热关联式,为槽式太阳能储热系统的研究提供基础数据.     

基于热约束的功率器件散热器成本最小化方法

散热器可大幅提高功率器件的散热能力和热安全性。但在实际工程中,散热器成本需被严格控制,否则将严重影响整个电力电子装置经济性。为此,本文提出一种基于热约束的功率器件散热器成本最小化方法。该方法在功率器件热网络模型的基础上,以器件结温最大值和热时间常数为热安全约束量,通过非线性优化算法,找寻最佳的散热器质量和散热面积参数,从而达到散热器成本最低的优化目标。以功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)及若干散热器为对象开展实例分析,结果表明所提方法能够为散热器的合理设计或选型提供重要依据。     

航天器热控回路的质量全局优化

为了减小载人航天器热控和环境控制生命保障系统的质量 ,在建立的单回路和内外耦合回路流动换热和质量构成的物理数学模型基础上 ,对系统进行了全局轻量化的计算和分析。结果表明 :系统质量全局优化结果不同于其局部优化结果 ;综合考虑各种影响因素 ,对系统进行的质量全局优化可以大幅度地减小单回路和内外耦合回路系统的质量     

采用金属热强度性能指标的瓦楞板踢脚线散热器优化设计

通过ICEM CFD软件建立不同结构参数的流体流动与传热计算模型,利用ANSYS FLUENT软件进行数值模拟,对瓦楞板踢脚线散热器的瓦楞间距和高度进行优化.结果表明:随着瓦楞间距的减小和散热器高度的增加,瓦楞板踢脚线散热器的散热量随之增加;当瓦楞间距为50mm时,散热器的金属热强度最高,热工性能最优;当高度为90mm时,金属热强度最高,热工性能最优.     

开式机箱电子设备热设计的数值研究

基于电子设备热分析与热设计的前端设计思想，应用现代计算流体技术和数值传热技术对某一开式机箱内的电源器件和电路板表面的热行为进行了数值计算，获得了现有设计条件下设备内部电源与电路板表面的温度分布及平均温度水平；同时模拟了机箱内冷却气流的流动状态，给出了不同剖面上的流场分布和温度分布，分析和讨论了计算结果，为优化和改善所研究设备的热设计方案提供了理论依据。研究表明，电子设备的前端热设计与以往的热设计相比具有操作方便，省时全面的特点，有利于方案优化，有助于缩短电子产品的开发周期和降低设计成本。     

风电增速齿轮箱动力学性能优化方法

建立增速齿轮箱动力学分析有限元模型,利用Lanczos法求得齿轮系统的振动模态;以齿轮副时变啮合刚度激励、齿面综合误差激励和轮齿啮合冲击激励为内部作用激励,采用直接积分法求得箱体表面节点的动态响应。选取箱体上12个主要结构参数作为动力学性能优化的设计变量,齿轮箱体积为状态变量,以齿轮箱表面振动加速度的均方根值最小为动力学性能优化的目标函数,利用零阶与一阶优化算法求得最优设计变量。结果表明:优化前后箱体均不产生共振,且满足静力学条件;优化后目标函数减小37.5%,箱体各计算点的振动响应均有较大幅度的减小,最大减小量为54%。     

叉车发动机舱散热性能分析及结构优化

文章以某型号叉车发动机舱的散热特性为研究对象，建立叉车发动机舱的实体模型，利用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法分析舱内热流场的分布规律；基于数值计算结果，对散热器导风罩和聚风罩结构以及风扇的安装位置进行调整，以改善叉车发动机舱内的气流组织，减小散热器热回流，提高散热器风量、进出水温差及散热量；提出一种组合优化策略，在维持液压油、传动油散热器正常工作情况下提高水散热器性能参数，使得水散热器进风量增加4.4%,冷却水进出口温差增加10.3%,散热量增加9.0%。     

一次表面热交换器的优化设计分析

根据一次表面热交换器(PSHE)的结构特点和流动传热规律,应用优化理论建立以结构质量、传热系数和压力损失为目标函数,以流道几何尺寸和流速为独立设计变量的PSHE多目标优化设计模型,利用线性加权和法将多目标向量极值问题转化为单目标标量极值问题,编程求解该优化数学模型.算例表明,优化设计分析方法可以避免板片几何尺寸选取的主观因素,获得最优性能的最佳设计.寻优分析有助于获得先进紧凑的一次表面换热器部件和高效的热动、化工联合装置.     

用微元分析法进行换热器表面匹配的优化

以换热器传热量不变下投资费用最小为函数，对传统热方程投资费用方程中各变量进行微元分析，导出了热换器两侧换热表面的最佳匹配关系。     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

Generalized thermal resistance for convective heat transfer and its relation to entransy dissipation

In order to further analyze and optimize convective heat transfer process further, the concepts of heat flux weighted average heat temperature and heat flux weighted average heat temperature difference in multi-dimensional heat transfer system were introduced in this paper. The ratio of temperature differ- ence to heat flux is defined as the generalized thermal resistance of convective heat transfer processes, and then the minimum thermal resistance theory for convective heat transfer optimization was devel- oped. By analyzing the relationship between generalized thermal resistance and entansy dissipation in convective heat transfer processes, it can be concluded that the minimum thermal resistance theory equals the entransy dissipation extremum theory. Finally, a two-dimensional convective heat transfer process with constant wall temperature is taken as an example to illustrate the applicability of generalized thermal resistance to convective heat transfer process analysis and optimization.     

超临界CO2热泵蛇形管气冷器传热特性研究

为了减少能源消耗、提高CO₂热泵的效率,基于Fluent软件,采用数值模拟方法对超临界CO₂在蛇形管气冷器中的传热特性进行研究。主要探究蛇形管内超临界CO₂的流动特性,通过改变操作压力、CO₂和冷却水的质量流量,分析蛇形管的传热性能。结果表明,蛇形管中离心力周期反向,会使温度和速度梯度呈周期性的内侧和外侧交互扩散的趋势;超临界CO₂压力越靠近临界点,平均传热系数越高,压力为8 MPa下的平均传热系数相较于9 MPa和10 MPa分别提高了24.37%和42.53%;超临界CO₂的平均传热系数随着CO₂质量流量的增加而增大,随着冷却水质量流量的增加而降低,冷却水质量流量的增加不会对峰值点的传热系数产生影响,但会使峰值点出现的位置提前。研究结果为超临界CO₂热泵蛇形管气冷器的设计、运行及热效率的提升提供了理论依据。     

TA15合金热压缩流变应力修正及神经网络预测

文章采用Gleeble-1500热模拟试验机对TA15合金进行了等温热压缩试验;对试验数据进行了摩擦修正,以修正后的流变应力为基础,研究了在不同的热变形条件下,TA15合金流变应力的变化规律;采用人工神经网络的方法建立了该合金在不同温度范围内流变应力曲线的预测模型.预测值与实测值吻合较好,表明该方法能够很好地预测TA15合金在热变形过程中流变应力的变化.     

航天器热控和环境控制生命保障系统热网的优化

为了对航天器热控、环境控制生命保障系统进行减轻质量化研究 ,建立其热网络优化模拟的实验系统 ,研究不同布局下热网络工作特性 ,以寻求热网络中热组件布局对系统质量的影响规律。实验结果表明 :热组件布局方式对系统换热有明显影响 ;热组件的优化布局能使系统质量下降 ,其幅度与平均换热温差有关。实验结果同理论分析及数值模拟结果相吻合。     

单回路脉动热管传热性能的试验

通过对单回路紫铜-水脉动热管在风冷方式和定热流加热条件下,稳定运行时的传热性能的试验研究,得到管壁温度沿管长的变化规律,冷热段均温和温降(或温升)、传热温差、传热热阻随传热功率的变化特性.分析了充液率和管径对热管传热性能的影响.结果表明:冷热段均温、传热温差随传热功率的增加而增大,传热热阻随传热功率的增加而减小;小传热功率时,传热热阻对传热功率、管内径和充液率的变化较为敏感;减小充液率,增大管内径,增加传热功率可明显降低热管的传热热阻;较高传热功率时,充液率、管内径和传热功率对传热热阻的影响较小,影响传热热阻的主要因素是冷却热阻,可通过增加管外径或改善冷却条件来降低传热热阻,提高传热性能.     

微重力下管内凝结换热性能的研究

为了预测失重条件下航天飞行器中冷凝器的传热性能，提出了一种研究微重力场中管内凝结换热过程的方法，建立了管内环状流域层流凝结换热的数理模型。改变重力加速度ｇ值进行仿真计算，随着ｇ值的减小，凝结液膜变厚，使凝结换热恶化，例如在相同冷却条件下，当进口蒸气Ｒｅ数为１０４时，ｇ＝０和ｇ＝９．８ｍ／ｓ２环境下的平均冷凝Ｎｕ将降低３０％。并以重力场中垂直管内凝结换热的实验结果对模型进行了间接的检验。给出了预测零重力环境中管内平均凝结换热系数的准则关联式，可供航天器热控系统的热分     

纵向导热对错流式微型换热器总包换热系数的影响

采用三维数值模拟获得错流式微型换热器温度分布、总包传热系数和传热单元数,给出了总包传热系数关联式,通过一维对流一导热耦合模型给出纵向导热影响系数K．K为流体质量流量、流体比定压热容、流体和间壁固体热导率及换热器结构尺寸的函数．用K和关联式求得的总包换热系数相乘的方法预测错流式微型多通道换热器的总包换热系数,与模拟结果吻合较好．     

采暖炉水套内部流动和传热的数值模拟

采暖炉是广泛使用的一种民用取暖兼炊事设备。研究采暖炉中的流动及传热规律 ,从而设计出高性能、安全的采暖炉有着重要的实用价值。该文对双孔采暖炉水套内的流动换热进行了数值模拟。采用三维变密度雷诺平均 Navier-Stokes方程和 SIMPL E算法 ,湍流模式为修正的 Spalart-Allmaras模式 ;通过修正水的热传导系数考虑沸腾汽化的影响 ;根据工程实际问题的特点 ,通过计算边界条件考虑与计算域边界耦合的热传导、对流换热及辐射传热过程。所得数值结果与实验符合很好