对流换热系数考虑温度影响时对锂电池热扩散影响的数值分析

基于电化学-热耦合模型，以4节18650锂离子电池为研究对象，分析考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响及其程度。首先基于传热理论中的流体横掠顺排管束平均表面换热系数计算方法，计算得到不同温度和流速下锂离子电池表面对流换热系数，通过曲线拟合得到空气流速分别为0.05、0.1、0.2和0.3 m/s时对流换热系数与温度的函数关系，得出对流换热系数与温度不完全呈线性变化；其次基于以上函数关系，通过数值模拟分析了考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响。结论表明，考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池温度场影响的程度不同。当空气流速分别为0.05、0.2、0.3 m/s时，锂电池的温度函数使锂电池放电过程中的温差变化均小于1%；但是当空气流速为0.1 m/s、锂电池放电至729 s时，考虑温度因素的对流换热系数的温度场比常数时的温度场下降了21.71%。该影响规律与不同流速下对流换热系数随温度变化相一致，也表明对流换热系数与流速、温度均有关，而且对流换热系数越大，锂电池越容易与外界空气发生热交换，锂电池放电过程中温差越小。     

地道与空气冬季换热特性的数值模拟与分析

目的研究地道工程与空气在冬季的换热特点,分析地道长度、空气流速以及地道埋深对地道与空气换热的影响,从而实现土壤中热量的有效利用.方法以沈阳地区的中德地道风项目为研究对象,采用Gambit软件建立三维仿真模型,利用Fluent软件对地道与空气的换热进行数值模拟,分别计算出不同因素下地道出口处空气的温度.结果当地道长度为100 m时,地道出口处温度为-10.564℃,当地道长度为250 m时,地道出口处温度可达-9.565℃,地道越长,出口空气温度越高;一定长度的地道内风速越低,出口空气温度越高;埋深分别为2 m、4 m、6 m、8 m时,150 m长地道出口处温度分别为-12.052℃、-10.469℃、-10.286℃、-10.093℃.结论其他参数相同时,地道与空气的换热效果随着地道长度的增大而增强;随着地道内风速的增大而减弱,当风速大于5 m/s时,地道出口的空气温度基本保持不变;随着地道埋深的增大而增强,深度达到6 m后,换热效果基本保持不变.     

水平管外降膜蒸发气水对流过程换热量数值模拟分析

对水平管外降膜蒸发气水对流过程进行了三维数值模拟.模拟了迎面风速分别为1.0、1.6、2.2 m/s以及喷淋密度从0.036 kg/(m·s)增加至0.084 kg/(m·s)工况下气水对流传热传质过程,计算了气水对流过程的平均换热系数与Sh.结果表明,研究工况范围内汽化换热量在总换热量中占比为71%～77%;同一迎面风速空气条件下,随着喷淋雷诺数的增加,Sh先增大后缓慢减小;迎面风速的增大可以显著提高传热传质效果.     

水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析

通过实验与数值计算相结合的方法,对大空间水平圆管的自然对流换热过程进行研究.实验得出圆管自然对流换热系数随管壁温度的升高而增大,并拟合了实验条件下的自然对流换热实验关联式.以Fluent为平台,对水平圆管在大空间内的自然对流换热进行数值分析.结果表明,自然对流换热强弱取决于圆管壁面与周围流体温差的大小,温差越大,自然对流流动发展越快,最大流速越大,圆管周围空气在温差产生的浮升力驱动下形成不断上升的气流.     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．     

高温流化床与浸没表面间传导、对流和辐射换热的数值分析

应用作者所提出的表面-颗粒-乳化团传热理论模型对粒径0.87～1.21mm，堆积密度386～870kg/m³的5种空心刚玉球粒子流化床在950℃床温时流化床与浸没表面间的传热进行了数值计算，并与文献实验数据进行了比较。计算表明，浸没表面温度对瞬时换热系数有显著影响，表面温度为900℃时的瞬时换热系数约是表面温度为300℃时的瞬时换热系数的1.6倍；粒径减小、堆积密度增加都使换热系数增大，其中粒径和堆积密度的变化对热传导系数分量的影响最为显著，对对流和辐射换热系数分量的影响相对较小。计算了传导、对流和辐射换热系数分量占总换热系数的份额，对于所用的5种粒子，950℃床温，流化数(U/U_mf)在1.1～4.0范围，对表面温度平均的总传热量中，热传导占57%～43%，辐射换热占51%～37%，对流换热占5%～3%。讨论了U/U_mf对气泡相辐射换热和乳化相辐射换热的影响。     

建筑水平屋面对流换热特性实验研究

本文分析了现阶段建筑外表面对流换热研究存在的问题,设计了一种用于现场实测建筑外表面对流换热特性的萘升华方法,并利用该方法对高大单体建筑水平屋面的对流换热特性做了测量。实测结果表明建筑屋面的对流换热系数和屋面上方的代表风速成正比,代表风速在5.6m/s以内时,对流换热系数在5-50W/m2K。通过分析表明萘试件表面的温度波动和屋面和空气之间的温差对实测结果影响不大。本文考虑了建筑尺度对对流换热的影响,以风登陆屋面沿风向到测点的距离为代表长度,对实测结果做了无量纲化处理,得到了考虑到建筑尺度的建筑屋面对流换热无量纲准则。     

热压通风房间地面对流换热过程分析

全尺度实验测试了单侧热压通风房间围护结构内表面和地面热质的温度变化,分析了室内初始温度、地面初始温度和通风口尺寸对地面对流换热的影响.结果表明:通风过程中室内温度逐渐降低,温度垂直分布趋于均匀;进风气流流经的测杆处地面的局部换热量和局部对流换热系数分别大于地面平均换热量和平均对流换热系数;对于室内初始温度较高的情形,地面局部对流换热系数较大,平均对流换热系数较小;对于地面初始温度较高的情形,地面局部对流换热系数较小,平均对流换热系数较大;上大下小的通风口组合对应的地面局部对流换热系数较小,平均对流换热系数较大;若室外温度为12℃左右时,室内初始温度为13～35℃,地面初始温度为33～41℃,则地面平均对流换热系数为2～8 W·m~(-2)·K~(-1),局部对流换热系数不超过18 W·m~(-2)·K~(-1).     

进口段对流换热对高温换热设备管口区温度场的影响

应用数值分析方法研究了圆管进口段对流换热对高温换热设备管口区温度场和材料最高温度的影响。针对4个不同的对流换热系数计算式进行了数值模拟,结果表明:对管口的热保护而言,这种影响不可忽略;采用计入了进口段效应的平均对流换热系数进行管口热设计是合理和安全的。     

基于改进集中热容法的Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金表面换热系数求解方法

表面换热系数作为淬火数值模拟过程的重要边界条件,其求解精度直接影响温度场、热应力场的演变规律。实验通过设计矩形淬火探头并进行单面水浴淬火,根据热电偶记录的温降数据,采用改进的集中热容法对Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金进行表面换热系数的求解。研究结果表明：表面换热系数呈现先增大后减小的趋势且水浴淬火过程存在蒸汽膜沸腾阶段、二次形核阶段以及对流换热阶段3个阶段,在第27秒时表面换热系数达到峰值2 496.31 W/(m2·℃),此时淬火面温度为211℃。用此方法计算得到的随温度变化的换热系数以列表的形式代入Abaqus有限元模型的相互作用模块,同一深度处仿真温度与实测温度最大相对误差为15%,平均相对误差仅为6%;采用K-S双样本分布检验对仿真与实验的温度曲线进行分布检验,在合适的显著性水平下4个样本的统计量均不在拒绝域内,验证了改进的集中热容法用来求解水浴淬火过程中表面换热系数的正确性。     

内置式强化热电直接转换系统的建模与数值分析

建立了适用于工程分析的热电直接转换系统模型,给出了内置式强化温差发电器的结构和数学描述,对发电器通道内的对流换热和阻力特性进行了数值计算,得出了对流换热系数、温度和压力的变化趋势,并与外置式温差发电器的换热特性进行了比较.数值分析表明:内置转换元件可以有效地增大换热面积和对流换热系数,改变元件的截面形状可以得到较低的流...     

流场与温度场耦合作用下对传统蒙古包建筑外表面对流换热的影响

为了研究室外空气温度、风速风向和太阳辐射耦合作用对供暖期传统蒙古包建筑外表面对流换热的影响。通过采用风速仪以及遮阳与非遮阳两套系统分别对建筑外表面进行了测试。研究了室外空气温度、风速风向以及太阳辐射对建筑外表面对流换热的影响规律。实验结果表明:遮阳系统可以有效地降低太阳辐射,进而减小建筑外表面的对流换热量;同时可以看出,建筑外表面对流换热系数与当地风速呈现指数关系,对流换热系数随风速的增大而增大。研究可以为内蒙古地区传统蒙古包建筑的能耗分析,以及模拟地区风环境和热环境的边界条件提供依据。     

风速风向对上海地区建筑物南墙冬季太阳辐射得热的影响

以上海地区典型冬季气候条件为基础,考虑风速与风向对围护结构传热过程和对太阳能的实际吸收效果的影响,利用数值方法模拟了建筑物南墙在太阳辐射作用下的传热过程.结果表明,风向和风速对围护结构外表面对流换热系数、外表面温度的影响都较大,对外保温墙体的净得热和对流散热量也有一定程度影响.在南墙背风且风向斜吹(风向与南墙法线夹角为135°)时,太阳辐射净得热量最大.南墙在一天中的净得热量随着风速增大而下降,但当风速增大到3m/s后,南墙的太阳能实际吸收率不再明显下降.由此表明,尽管上海地区冬季出现大风的概率较高,但并不会明显削弱南墙对太阳能的有效吸收.     

偏二甲肼池火灾热动力学特性数值模拟

为探究偏二甲肼池火灾热动力学特性,对无风和有风环境下的偏二甲肼池火开展了系列数值模拟。讨论了无风时油池尺寸(1m~9m)对火焰结构、轴向及横向温度分布和辐射热流密度等热动力学特性的影响,有风时偏二甲肼池火热动力学特性随环境风速(1m/s~4m/s)变化的规律。结果表明：无风环境下,随油池边长增大,偏二甲肼池火火焰高度由2.67m增大至13.22m,火焰最高温度从1006.23℃逐渐增大到1160.92℃,横向辐射热流密度随距离增大而减小;有风环境下,风速从0 m/s增大至4 m/s的过程中,池火火焰高度减小,火焰倾角从0°逐渐增大到82.3°,轴向温度分布规律在风速达到1.5 m/s后变为单调下降,下风侧温度及辐射热流密度由于火焰倾斜显著增加;拟合得到可准确预测无/有风环境下火焰高度、火焰倾角及横向辐射热流密度的工程关联式,偏差均在15% 以内。     

多孔介质双分子反应溶质运移实验与模拟研究

多孔介质中化学作用对溶质运移具有重要影响.为了揭示反应性溶质运移机理,保持多孔介质不变,以胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠双分子化学反应为例,分别开展了非反应及反应条件下不同流速溶质运移实验和数值模拟研究.主要结论如下:①改进的反应性对流弥散模型能模拟双分子反应中溶质运移行为;模型可行,具有较高的精度;0.4mL/s和0.8mL/s流速下生成物峰值浓度相对误差分别为1.2%及0.8%.②利用对流弥散模型可以评估非反应物运移弥散系数,可为反应性溶质运移弥散系数识别提供技术参考.③随流量增大,模型参数m减小,而β0则增大;此外,同一物质在保持相同流量下,作为反应物出现时,其弥散系数略高于非反应物质的弥散系数,其作用机理有待进一步研究.     

基于STAR-CCM+的船舶喷涂车间流固耦合模拟对比

目的对辐射采暖和热风采暖下的船舶喷涂车间和车间内固体工件表面温度进行对比分析,为船舶喷涂时选择采暖方式提供参考.方法通过STAR-CCM+5.02中新增的3D-CAD功能建立车间模型,选用软件中的辐射换热模型、对流换热模型以及耦合求解器,结合不同数据,模拟得到适合喷涂的结果.结果辐射采暖车间内温度基本稳定在23~24℃,固体表面温度在20℃左右,车间内气流速度达到0.20~0.30 m/s;热风采暖车间内温度基本稳定在18~23℃,固体表面温度在18~22℃,车间内气流速度达到0.35~0.50 m/s.结论辐射换热下车间内温度分布更均匀,气流组织速度更适合喷涂,而纯热风采暖下车间内温度会产生较大的梯度,气流组织受扰动较大,不利于喷涂.     

热轧带钢超快速冷却过程的换热分析

采用有限差分数值计算方法,确定了热轧带钢实现超快速冷却的综合对流换热系数范围,对于厚度为3~4 mm的带钢,实现300~400℃/s超快速冷却速率所需的带钢表面对流换热范围约为(4~8)kW/(m2.K).分析了水冷过程中带钢表面的局部换热机理,认为冷却系统实现超快速冷却的关键在于扩大带钢表面射流冲击换热区的面积.温度场的计算分析表明,与层流冷却相比,超快速冷却条件下厚度方向的温度梯度显著增大,有必要在超快速冷却技术的实际应用中考虑厚度方向温度梯度的影响.     

压实防治煤堆自燃的适用性

为明确煤堆压实的适用性,使用COMSOLMultiphysics5.0数值仿真软件,建立变风速条件下不同孔隙率煤堆自热-自燃的二维数值模型,研究孔隙率(0.2~0.6)变化时煤堆在不同风速下(0.1~11.5 m/s)的最高温度,确定了不同孔隙率煤堆的自燃风速范围,比较煤堆压实前后最高温度与自然发火期变化,分析了煤堆压实的适用性.研究结果表明:随风速增加煤堆最高温度呈双指数变化;孔隙率越小自燃风速范围越宽,最小、最易、最大自燃风速与孔隙率之间具有负指数关系;压实可以对原孔隙率0.6的煤堆起到有效的保护作用,孔隙率0.5、0.4、0.3的煤堆分别在风速大于0.9 m/s、1 m/s、1.4 m/s时压实后,最高温度不降反升,自然发火期明显缩短;说明煤堆压实因煤堆孔隙率和环境风速不同存在不适用范围.     

纵掠管束湍流对流换热的数值实验及其关联式

对圆管内和纵掠管束的湍流对流换热分别运用k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟.数值模拟结果表明,采用现有的管内湍流换热实验关联式近似计算纵掠管束对流换热的偏差较大.通过数值模拟研究了不同节距、不同雷诺数Re时纵掠管束的对流换热规律,给出了纵掠管束流动换热的努塞尔数Nu与Re的数值实验关联式.     

EAC-PCC复合结构层间温度应力研究

制作电热沥青混凝土EAC(Electrothermal Asphalt Concrete)-PCC(Portland Cement Concrete)复合结构试块,在EAC-PCC的层间埋设应变片,通过试验检测EAC-PCC的层间温度应力;建立有限元模型进行数值模拟,分析温度、电压、风速对复合结构层间温度应力的影响.试验表明:温度应力随时间延长逐渐增加,同一时刻不同检测点的温度应力不同;通电240 min时,中心点层间温度应力为0.37 MPa,温度上升了4.6℃.数值模拟表明:通电240 min,中心点层间温度应力为0.41 MPa,温度升高了5.2℃;随着环境温度的降低层间温度应力逐渐增大,负温时层间温度应力快速增大,正温时层间温度应力较小;与环境温度0℃相比,通电240 min时,-10℃、-20℃时层间温度应力分别增加了94.25%、126.72%,而10℃时层间温度应力减少了76.44%;随着通电电压增加,层间温度应力增加的速率变大;随着风速的增加层间温度应力在减小,与风速为0时相比,通电240 min时,风速为1、2、3 m/s的层间温度应力分别减少了15.59%、24.21%、29.66%.