壁面参数对甲烷微尺度催化燃烧的影响

采用计算流体力学方法对微通道中甲烷/空气预混气体在铂催化剂作用下的表面反应及散热特性进行了数值研究。3维模型采用详细的表面基元反应机理,并考虑了壁面与流体区域的耦合传热、壁面内的导热及壁面与外界环境间的对流、辐射换热等传热过程。计算结果显示：导热系数会极大地影响壁面温度的均匀性,外壁面的对流换热系数及发射率则是决定微燃烧器热量损失的关键因素。增大壁厚虽然可以减小单位面积散热,但是会增加总的热量损失。热量损失的大小会改变微通道中燃料的反应速度和停留时间,从而对甲烷的转化率造成影响。研究表明：在构建微燃烧器时宜采用具有较大导热系数的材料,同时采用多种方法来降低壁面热量损失。     

飞机后设备舱自然对流换热的实验与模拟

飞机后设备舱内换热是涉及自然对流与辐射换热耦合的复杂问题,选择合适的计算模型,利用CFD数值模拟进行计算分析是解决此类问题的简便方法.针对这一问题,搭建了一个可控热边界的实验台,通过实验测量了壁面温度等作为CFD数值模拟的边界条件,采用RNG k-ε湍流模型和DO辐射模型进行计算预测.通过对比实验结果与CFD模拟计算结果,发现RNG k-ε湍流模型能较好地预测封闭空间自然对流温度场和流场,自然对流换热和辐射换热分别占总换热量的89%,和11%,.     

壁面辐射对耦合传热系统的影响

本文研究了有壁面辐射时竖平板两侧膜状凝结与自然对流的耦合传热问题.文中通过壁面的耦合条件得到一组确定壁面温度分布及液膜厚度的常微分方程,并在很宽的参数范围内计算了壁面温度分布,液膜厚度,液膜及自然对流边界层内的速度及温度分布,以及壁面的温度梯度.     

固壁辐射对轿车热舒适性计算影响的分析

采用SIMPLE算法、k-ε紊流模型,考虑了自然对流换热的影响,应用整体求解法计算气固耦合传热问题;讨论了固体壁面间辐射对计算的影响,结果表明,固壁辐射对处于低流速区域的壁面温度有较大影响,不应忽略。进、回风口的布置不仅影响车室内气流速度和温度的具体数值大小,而且决定了整个流场和温度场的分布结构。     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

单侧周期性温度边界下多孔介质方腔内自然对流传热数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔左侧壁面温度正弦波变化的边界条件下,应用SIMPLER算法数值模拟研究了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流,主要探讨了不同正弦波波动参数N、振幅A及方腔的高宽比M/L对方腔内自然对流与传热的影响规律。计算结果表明:方腔左侧壁面附近出现了周期性的正负变化的温度场分布,壁面局部传热系数出现了周期性的震荡现象;存在一个最佳温度波动参数N=3,此时流体相壁面的平均Nu达到最大值;存在一个最佳的方腔高宽比M/L=0!1,使得多孔介质方腔内自然对流传热效果最好,增加或减小高宽比都会在一定程度上削弱多孔介质方腔内的传热效果;相对于温度均一的边界条件,正弦波温度边界条件能够增大壁面的平均Nu数,起到强化传热的作用。     

饱和多孔介质自然对流模型与实验

以饱和多孔介质内流体流动、流体和固体传热为研究对象,考虑流体密度随温度变化,局部热平衡,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立固体随机堆积饱和多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法计算.利用自主研制的两侧恒温差立方体多孔介质实验台,对数值模型进行实验验证.综合数值计算和实验结果表明:腔体内最大流速随温差和瑞利数Ra增大而增大,且最大流速出现在高低温壁面附近;随着Ra增大,温度等值线由近似于平行于高低温壁面变为近似垂直于高低温壁面;高温壁面上Nu从上至下呈线性增加趋势;高温壁面Nu随Ra增大而增大,当Ra102时,Nu维持在12以内;当102Ra106,Nu增加迅速,由11.4增加到276.4;当Ra106,Nu增加速率很小.     

无界域—维热平流热传导问题的解析人工边界条件

以核废料处置库近场环境的对流传热过程为研究对象,采用解析法,推导了无界域内一维热平流热传导过程的准确人工边界条件.针对饱和多孔介质的一维水流传热问题,考虑半无界域内的温度边界情况和无界域内的热流集度情况,分别采用准确人工边界条件和下游特定位置处的温度人工边界条件,利用有限差分法计算任意时刻的温度分布.通过与半无界域内一维水流传热问题的解析解对比,验证了准确人工边界条件的可用性和准确性.结果表明,采用温度人工边界条件计算时,如果传热时间足够长,则温度计算点离人工边界位置越近,计算误差就越大;相比之下,采用准确人工边界条件计算时,计算误差很小,并与人工边界的具体位置无关.     

不同接触面厚度煤岩体三维建模与传热

为揭示不同接触面厚度煤岩体内热量传递情况,采用理论分析和数值计算方法,推导了多孔介质内连续性方程、动量方程和能量方程新的表达形式,分析了接触面厚度不同对煤岩体传热影响.计算结果表明:接触面厚度为2 mm和5 mm的煤岩体高温壁面下部导热作用最强;接触面厚度为3 mm和4 mm的煤岩体低温壁面上部导热作用最强;接触面厚度为2 mm和5 mm的煤岩体高温壁面中下部自然对流强;煤岩体壁面附近自然对流强,中央区域自然对流弱;煤岩体高低温壁面附近导热占主导;接触面厚度为2 mm和5 mm煤岩体热量传递情况相同,3mm和4mm煤岩体热量传递情况相同.     

微重力场中对流-辐射耦合换热系统的地面模拟

为在地面模拟太空舱内的流动与换热，通过理论分析和数值模拟，发展了微重力条件下对流－壁面辐射耦合传热稳态系统的地面相似模拟技术，进一步完善了温度－材料综合保持的自然对流抑制技术。通过采取补偿热流，调整壁面热流密度分布的方法，使尺寸缩小后的模型的Ｎｕ数、材料和温度与原型保持一致，从而实现模型与原型流动和换热相似。针对均匀通风方式，用数值方法对相似性进行了验证，确定了均匀通风方式下能实现地面模拟的模型的比例     

基于传热反问题的固体材料热扩散系数测算方法

对固体材料热扩散系数测算方法进行了研究。以流动的高温水作为对流换热介质,与平板状固体试样构成第三类边界条件下的非稳态传热模型,进而利用共轭梯度法研究了固体材料热扩散系数估计的反问题。参数灵敏度分析表明对热扩散系数参数估计具有可行性,然后通过数值模拟计算,讨论了待估计参数初始猜测值、对流换热系数条件、测量误差等因素对估计结果的影响。结果表明,本文提出的方法准确性和抗不适定性较好,在初始值设定与真实值差别较大、测量温度存在明显误差时,仍能保证足够的参数反演精度（相对误差<10%）,而对流换热系数条件对热扩散系数反演估计结果影响也不明显。     

具有移动边界平行平板通道内的层流对流换热

采用贴体坐标系来处理复杂边界，在同位网格中利用SIMPLE算法实现速率场与压力场的耦合，求解了平行平板通道一侧带有移动边界的层流对流换热问题，计算结果表明，换热量发生极值的时刻并不与移动边界移动到极值位置的时刻相对应，而是有一定的相位差，表征运动周期的Sr及运动边界的振幅对通道的换热量具有显著影响，但在相同的时段内，Sr对于壁面总换热量的影响较小，运动边界的振幅对壁面总换热量的影响显著，另外，由于边界的移动，上，下壁面的换热均得到了强化。     

建筑室内热源逐时释放率的反向建模

室内热源逐时释放率的精准确定是营造舒适热环境的关键因素。应用响应因子方法,将热源的温度响应表示为逐时释放率与脉冲温度响应因子的卷积,基于计算流体力学,采用最小二乘优化与Tikhonov正则化相结合的策略,根据测点逐时温度建立反演室内热源逐时释放率的反问题数学模型。应用三维空腔实验台验证反演模型,结果表明,反演模型根据测点逐时温度可以准确有效地确定热源的逐时释放率。     

基于导热反问题分析的推力轴承瞬态油膜温度监控方法

为了克服在传统的推力轴承油膜温度监控方法中存在的瓦面温度滞后于油膜温度,以及最高油膜温度不易确定等缺点,提出了基于导热反问题分析和插值算法的油膜瞬态温度场重构方法。通过重构的温度场,不但可以解决由瓦体热容导致的测温滞后问题,而且还可以准确确定最高油膜温度值及其出现的位置,数值验证表明,琪于导热反问题分析的推力轴承瞬态油膜温度重构方法可用于油膜温度的在线监控。     

直接模拟蒙特卡罗方法下的逆温度抽样算法

从分子动力学出发，讨论了直接模拟蒙特卡罗方法中分子平均总能量、平均平动能以及边界热流密度的抽样方法．通过对与边界发生碰撞的分子进行统计平均，得到了分子反射能量与入射能量以及边界热流密度的关系式．在此基础上，通过结合壁面漫反射模型下分子反射速度的抽样方法，发展了一种从边界热流求得与壁面碰撞分子的平均反射特征温度的逆温度抽样算法．数值结果表明：该算法能够由分子反射能量准确求得分子反射特征温度，进而求得分子反射速度，从而将边界热流信息带入流场．该方法为实现壁面处给定热流边界条件下的直接模拟蒙特卡罗方法提供了途径．     

二维方柱绕流的人工侧边界数值研究

为研究人工侧边界条件对数值模拟计算的阻塞影响 ,选用无穷域中的二维不可压缩方柱绕流问题 (Reynolds数为 10 0 )作为算例 ,使用混合的中心、迎风格式的有限体积差分方法 ,分别在 4种侧边界条件的多种阻塞参数下进行计算 :Dirichlet边界 ,Neumann边界 ,对流边界和无摩擦壁面边界。给出并验证了 Strouhal数和阻力因数在不同阻塞参数和人工侧边界条件下的变化规律 ;还给出了不同人工侧边界条件下可以忽略侧边界影响的阻塞参数范围以及对 4种人工侧边界条件进行的比较结果。主要结论是 :相同的阻塞情况下 ,对流边界和无摩擦壁面边界优于其它 2种边界条件 ;对一般计算条件而言 ,侧边界间距应当至少为障碍物特征尺度的 10倍     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合 ,建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组 ,并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解 ,得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数 (Nu数 )的表达式。结果表明 ,幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响 ;在恒热流边界条件下 ,幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布 ;而在恒壁温条件下 ,其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关 ,并且在两种边界条件下 ,均随着流变指数的增加而减小     

均匀介质参与体系辐射换热的直接矩阵解法

引入了表面发射率、几何平均透过率等矩阵参量来描述有介质参与的辐射换热体系,基于介质内辐射传递方程以及体系的辐射能量平衡方程组,提出了求解介质参与辐射体系的矩阵直接解法,导出了直接计算净辐射换热量及温度的显式矩阵方程·     

基于轮廓向量集和遗传算法的高炉炉缸内衬侵蚀预测模型

针对高炉炉缸连续式生产、工况恶劣以及耐火材料内衬实际形貌在生产过程中不断变化的特点,提出了一种利用轮廓向量集表征炉缸内衬热面形状的简易方法,从而将求解未知定温边界几何形状的复杂反问题归结为搜索最佳轮廓向量集合的最优化数学问题.结合数值传热学、有限元法以及遗传算法,建立了能够准确预测高炉炉缸内衬轮廓的传热"反问题"数学模型.在陶瓷杯复合炉缸的基础上,制备典型的非均匀"象脚状"异常侵蚀数值样本,对模型的有效性、稳定性以及计算结果的精确度进行了校验.结果表明,上述模型具有广阔的实际应用前景.     

加热过程对热带气旋生成的数值试验

用Pielke等的中尺度两维原始方程数值模式研究海气相互作用和其它非绝热加热过程对热带气旋生成的作用。进行了7种数值试验,即:(1)只考虑无云情况下的辐射加热作用;(2)考虑辐射加热和不均匀的云量效应;(3)只考虑海气交界面上的潜热和感热通量;(4)大尺度凝结、对流调整、辐射和洋面上潜热感热输送;(5)积云对流凝结加热和云天辐射;(6)积云对流凝结加热和洋面上的潜热感热通量;和(7)积云对流凝结加热、洋面上的潜热、感热通量和云天辐射等全部加热过程。 结果表明:积云对流凝结加热对热带气旋的生成起最重要的作用,大尺度凝结加热和对流调整趋于使低压填塞,而洋面上的潜热、感热通量也起不可缺少的作用。