步进式加热炉内流动与传热过程的数值模拟

建立了步进式加热炉内流动、燃烧和传热的数学模型.湍流模型采用κ-ε双方程模型,辐射换热计算采用六通量法,气相燃烧采用修正EBU模型,流场计算采用Simpler算法.采用上述模型与算法得到了炉内详细合理的温度、速度和浓度分布.     

气体燃烧辐射加热炉的换热效率与CFD数值模拟

采用自行设计的燃烧加热炉模型装置,研究液化石油气直喷燃烧中换热管空间位置、热负荷(燃气流量)及换热介质流量等因素对换热效率的影响规律,并对炉内温度场进行了CFD数值模拟计算.结果表明:在理想的热负荷条件下(0.88 kg/h),距离燃烧中心愈近,辐射换热效率愈大;随着换热介质流量的增加(40 L/h),换热效率有下降的趋势;CFD数值预测的温度分布规律与实测吻合较好,火焰形状是影响辐射换热的重要因素.     

干熄炉焦炭床层局部和平均换热系数

根据干熄炉内焦炭床层换热的特点,建立了固定床干熄炉传热模拟实验装置,针对焦炭粒度、冷却气体流量等关键参数进行了实验研究. 为有效处理实验数据,重新定义、推导了平均换热系数的计算公式,得到了干熄炉冷却段平均换热系数及其相关准则数关系,并利用导热反问题原理得到了焦炭床层的局部换热系数. 研究结果表明,局部换热系数和平均换热系数的变化规律相似,冷却气体流量增加有利于提高换热系数;换热系数对焦炭粒度较敏感,焦炭粒度变小时,换热系数增加.     

VGF结晶法中砷化镓表面平衡温度的计算

根据VGF结晶技术的特点,建立了结晶炉内的辐射换热模型。并利用有限差分法对变温条件下砷化镓晶体表面的辐射换热进行了数值求解,模拟结果得出了晶体表面平衡温度的变化规律。与设定值比较具有良好的一致性,所得结果确定了晶体生长过程数值模拟的热边界条件,并对实际的温度控制提供了重要的理论依据。     

抛物面型辐射制冷器的辐射热交换系数计算

根据辐射传热原理和光学反射定律 ,介绍了用蒙特卡罗方法数值模拟由漫发射面和镜反射面组成的封闭腔中的辐射换热的一般原理和过程 ,并且利用蒙特卡罗方法求解了具有较复杂几何关系及表面特性的抛物面型空间辐射制冷器二级冷块对抛物面开口的辐射交换系数和一级冷块对屏口的辐射交换系数。对结果的分析表明 ,该方法计算精度高     

顶燃式球式热风炉烧炉过程温度场建模

针对热风炉烧炉过程中蓄热体温度难以实时在线检测的难题,结合计算流体动力学以及传热学,建立顶燃式球式热风炉烧炉过程温度场分布模型。首先,在综合分析炉内的煤气燃烧反应、烟气湍流规律和蓄热体与烟气动态热量交换过程的基础上,建立热风炉的烟气流动模型和融合蓄热球自身热传导的局部非热平衡多孔介质模型;其次,根据实际现场检测的温度、流量和压力合理设定所建模型的定解条件;最后,采用有限体积法对模型进行求解,得到热风炉的温度场分布。研究结果表明:所建立的模型能够正确、有效地模拟热风炉烧炉过程的温度场分布,模型温度计算值与实测拱顶温度的平均相对误差低于1%,与实测废气温度的平均相对误差为2.6%。     

箱式电热炉温场分析与模拟

文章利用热辐射原理,采用热平衡法对箱式电热炉炉内温场进行了分析与模拟,计算中将发热硅碳棒分解为无数微元发热面与烧结制品进行辐射换热,依据辐射强度定律,计算了硅碳棒对烧结品辐射的能量,同时,考虑了炉膛内壁对烧结制品的影响;通过对表面间辐射角系数的计算,进而得出炉膛内壁对烧结品辐射的能量;建立了烧结体接收能量的数学模型,并用计算机进行了模拟计算;结果表明,依据模拟结果来优化硅碳棒的分布,可使结构设计更加合理,进而可以获得分布均匀的炉内温场。     

闪光法测量半透明材料热扩散率的理论研究

建立了闪光法测量半透明材料热扩散率的一维瞬态导热-辐射耦合换热数学模型,采用基于控制容积的离散坐标法分析求解激光脉冲在半透明材料内的温度响应,并与由热四端网络法得到的半解析解进行了对比和验证.研究结果表明:两种计算方法在各种计算条件下得到的结果吻合很好.数值方法更灵活,可以处理物性非线性问题,但计算时间较长;半解析法的计算速度非常快,但只能处理常物性问题.此外,本文对试样吸收系数、辐射边界、厚度及试样表面的热损失等因素对温度响应的影响进行了对比分析.     

用Lagrange乘子法优化并联液体冷却网络系统

对于并联网络液体冷却系统,现有的优化设计方法存在计算量大、不适应复杂系统的问题.为解决此问题,该文采用Lagrange乘子法求解各支路的最佳流量分配系数,在复杂系统中也能很快得到精确解.同时,该文还对系统的数学物理模型进行了讨论,研究结果表明,模型中换热系数关联式的指数对计算结果的影响小于4%, 数学物理模型是可靠的.该文还给出了分配系数与支路权重因子之间的近似关联式,并对其进行了分析和讨论.     

半透明界下三层吸收性介制裁内的瞬态耦合换热

采用射线踪迹、节点分析法研究了3层吸收性介质层内的辐射和导热瞬态耦合换热,复合层表面及介质层交界面均半透明漫反射,采用1层和2层辐射能量传递模型跟踪辐射能量在3层介质内的传递,从而推导出了辐射传递系数,运用辐射传递系数求解辐射源项,在辐射对流边界条件下,采用全稳格式求解瞬态能量方程,考察了介质折射率及导热-辐射参数对耦合换热的影响。比较分析结果表明,所研究的模型和计算结果是可信的,可向任意多层辐射能量传递模型推广。     

宾汉流体在同心环空内的传热分析

结合运动方程、能量方程及本构方程,建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型,利用因次分析法对数学模型进行了处理,并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数.结果表明,屈服应力对努塞尔数(Nu)的影响与内管的运动方向有关,并且屈服应力越小,环空内的温度分布越平缓.塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来.内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响.     

宾汉流体在同心环空内的传热分析

结合运动方程、能量方程及本构方程，建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型，利用因次分析法对数学模型进行了处理，并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数。结果表明，屈服应力对努塞尔数（Nu）的影响与内管的运动方向有关，并且屈服应力越小，环空内的温度分布越平缓。塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来。内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响。     

循环流化床锅炉炉内传热的影响因素

为定量分析受热面布置、床内流动、管内流动和床温等对循环流化床内传热和炉内辐射换热份额的影响,利用已有循环流化床炉内传热计算模型,比较了工程中常见工况下传热系数与设定标准工况下传热系数的偏差。结果显示:局部物料浓度是影响传热系数的最重要因素,相对偏差可达50%;流化风速、床温、工质温度或受热面金属导热系数影响下的传热系数相对偏差在5%~50%内变化;而烟气辐射厚度、管节距和管径的影响相对较小,传热系数相对偏差在5%以下;工质侧换热系数大于3 kW.m-2.K-1时,对传热系数的影响较小。工程上传热系数的辐射贡献通常约为60%。     

基于Gebhart方法分析轿车车室内壁面的太阳辐射得热

通过建立太阳辐射模型，计算了不同时刻轿车各车窗表面接受的太阳直射辐射与散射辐射量．根据车室内部结构，将车室分为３４个相互独立的表面，应用积分法计算了３４个面之间的角系数，利用修正的Ｇｅｂｈａｒｔ方法，对通过窗户透入室内的太阳辐射在内表面上的分配进行了计算．求得的交换系数可用于求解包括壁面长波辐射在内的各表面之间的动态辐射换热     

圆筒炉辐射室传热的Monte-Carlo解法

本文对圆筒炉辐射室中的辐射传热及对流传热过程进行了分析,分别用柱坐标下的积分方程及微分方程加以描述,建立了一个比较严格的数学模型。然后用Monte-Carlo法及差分法对上述的积分—微分方程组求解,得出辐射室的有效热负荷Q,炉膛内烟气的温度分布及烟气离辐射室时的温度。考虑到现有的圆筒炉中,对流室常装在辐射室顶部,本文同时考虑了遮蔽段的计算。对某炼油厂原油常压圆筒炉,利用上述模型编成程序,在PDP-11/45机上进行计算,并与现场实测数据进行比较。相对误差为:辐射室的有效热负荷Q为5％,辐射室出口烟气温度为8％左右。     

G4135柴油机辐射多区多维模型（Ⅰ）

对G4135直喷式柴油机建立了一个辐射多区多维模型,包括缸内工质的几何空间模型,辐射温度模型,辐射发射系数,吸收系数以及燃料油滴的散射系数模型,分析讨论了燃烧工质的辐射吸收效应,并结合实验数据进行编程计算,其结果及其变化趋势与实验相吻合,为缸内辐射流流量分布计算提供依据。     

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     

谱配置法研究导热系数为温度函数的对流-辐射肋片的效率

提出采用谱配置法求解导热系数随温度变化的对流-辐射肋片中的温度分布。在求解过程中,空间微分项采用Chebyshev多项式展开,空间上的温度分布采用谱配置法离散,将原本复杂的微分形式的能量守恒方程转化为矩阵形式的代数方程。能量守恒方程中存在两个非线性项,一项是由导热系数随温度变化而产生的,另一项是由肋片表面热辐射产生的;采用一种局部线性化的方法来降低能量守恒方程的非线性。谱配置法具有指数收敛速度,对于当前算例即使采用很小的计算节点也能获得较好的计算精度,通过谱配置法的计算结果与文献中结果相比较,发现谱配置法求解导热系数随温度变化的对流-辐射肋片问题是准确、有效的。最后,分析了一些量纲为1的参数,如导热系数变化率、对流-导热耦合参数、辐射-导热耦合参数对肋效率的影响规律。     

叶栅反推器几何进气角、压比对反推性能的影响

航空发动机叶栅反推器叶型参数与反推效率、流量系数之间的规律对于反推装置的设计具有重要意义。建立了外涵叶栅反推器的轴对称计算模型,给出了内涵计算域的有效处理方法。利用数值模拟手段研究了叶片几何进气角、外涵入口压比的变化对反推效率、流量系数等的影响规律,并将计算结果与可能得到的试验结果的数据点进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果吻合。当β1γ小于30°时,随着几何进气角的增加,反推效率快速增加,流量系数则迅速下降;当30°β1γ55°时,反推效率和流量系数随压比的变化都有较大波动;当β1γ大于55°时,继续增大叶片几何进气角β1γ,流量系数和反推效率均大幅下降。反推效率随着压比的增大而降低。在较小几何进气角时,流量系数随压比增大而增大,在较大几何进气角时,流量系数随压比变化不大。     

难变形金属薄带温轧卷取加热温度计算

设计开发了两侧配备热卷取箱的温轧机组,用于难加工金属薄带成卷轧制生产.采用二维圆柱坐标系,考虑沿带卷的径向和轴向传热,建立薄带卷取温度计算模型.在计算径向导热系数时将带卷沿径向分为薄带层、氧化层和间隙层.利用有限差分法,建立轴向和径向的显式差分方程和隐式差分方程,并采用交替方向隐式法进行求解.边界传热系数以辐射换热为主,并通过引入修正系数来考虑其他因素的影响.进行薄带卷取加热测温实验,回归实测温度与加热时间的关系函数,利用实测温度对传热修正系数进行优化,计算温度和实测温度偏差控制在±2℃以内.