脉管制冷机内自然对流影响的数值分析

通过对脉管内自然对流的数值模拟,在相同的冷、热端温度条件下,研究重力的方向对脉管内自然对流的流场、温度场及脉管内热交换的影响,并进行了对比分析。采用二维圆柱坐标,引入Boussinesq假设,计算稳态的自然对流。计算表明,冷端在下（冷面朝上）时,自然对流对脉管内的换热有抑制的作用,有利于保持两端的温差,从而使得在冷端与冷端温度相同、热端与热端温度相同的情况下,冷端在下时端部所需的导热量是冷端在上时的31％。这一结论与实验测试结果一致。所做的理论分析对脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

最佳脉管长径比优化设计的理论分析及数值模拟

采用数值模拟的方法，对脉管制冷机中脉管的一个重要参数－长径比的影响进行了研究。发现脉管存在一个最佳长径比，在该长径比下制冷量最大。最佳长径比随着结构以及运行参数（频率等）的不同而有所变化。对一台频率为17Hz的串联脉管制冷机进行计算，发现脉管最佳长径比为9．0。     

变截面脉管制冷机的实验研究

为了更好地提高脉管制冷机的制冷效率和制冷量，降低制冷温度，对变截面新型结构的脉管制冷机进行了实验研究和分析，实验结果表明，对于实验所用的脉管制冷机，在外部条件和系统其他结构不变的情况下，当系统压力为1．2MPa，最佳频率为14Hz时，变截面脉管比等截面管获得的低温低30K，证明了变截面脉管制冷机的性能比等截面脉管制冷机的性能优越。     

脉管制冷机的热力学第一定律和第二定律分析

采用热力学第一定律和第二定律分别对小孔型和双向进气型脉管制冷机进行了热力学分析，揭示了制冷机内部的流动和传热过程的动态特性．用数值模拟方法得到了制冷机内部各点的压力、温度、质量流率等参数的瞬时变化情况及整机的制冷系数，并得到了制冷机各部件的yōng损失及整机的yōng效率．计算结果表明：针对所研究的脉管制冷机从小孔型到双向进气型的改进使得制冷机的制冷系数从0．091提高到了0．108，yōng效率从25．04％提高到了29．95％；回热器和小孔阀是制冷机中产生yōng损失的主要部件．分析结果为脉管制冷机的进一步优化指明了改进途径．     

20～30K两级脉管制冷机相位特性对比研究

液氢温区热耦合两级脉管制冷机中,低温级的相位调节是性能优化的关键之一,为此,采用主动相位调节方式对低温级脉管相位特性进行研究,分析对比调相活塞相对压缩机活塞运动相位差变化时,冷指内相位分布的变化以及对制冷性能的影响.研究结果表明:当活塞行程一定时,随着活塞相位差增加,在低温段回热器两端,压力波相对于质量流的相位差(PU...     

15K热耦合两级脉管制冷机低温段回热器长径比理论及实验研究

为了提高脉管制冷机的制冷量和效率,解决液氢温区以下多级脉管制冷机效率低下的问题,对关键部件之一的低温段回热器尺寸进行了设计优化。针对15 K两级脉管制冷机,首先采用数值模拟仿真的方法研究了低温段回热器尺寸对制冷机内部各项损失以及性能的影响,获得了等效长径比的最优值3.81;然后研制了等效长径比分别为3.81、6.80的两种低温段回热器进行实验对比。实验结果表明,制冷机低温段回热器等效长径比为3.81时,制冷机性能更好,且在30 Hz下,可以在15 K获得制冷量0.91 W,此时各级总输入电功为386 W,整机的比卡诺效率达到4.45%。该研究可为制冷机低温段回热器的设计优化提供参考,对多级脉管制冷机的效率提升具有一定的指导意义。     

场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(下)

综述了文献中应用数值分析方法对讨论场协同原理在脉管制冷机性能分析中应用的情况，说明迄今为止三代脉管制冷机性能的改进都可以用场协同原理得到合理的解释。最后给出了应用场协同原理改进脉管制冷机性能的实例以及作者对进一步开展研究的设想。     

场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(上)

简要地介绍了场协同原理的基本思想，综述了文献中应用数值分析方法讨论场协同原理在强化单相对流换热分析中的应用情况，说明场协同原理可以将现有文献中关于强化单相对流换热的3种说法统一起来，因而是强化单相对流换热的统一理论。     

混合工质制冷机中凝结传热的计算

分析了混合工质制冷机中水平管外凝结传热的计算问题，对守恒方程进行了处理,得出了分 析解。通过对分析解的结果研究，得出了近似算法，它可使计算过程大为简化，且近似程度又为较为令人满意。     

替代工质应用于冰箱毛细管的特性研究及优化方法

按照冰箱实际运行工况，对冰箱毛细管建立了比较完善的物理与数学模型，运用非线性解法，得出了一定情况下毛细管内工质Ｒ１２以及Ｒ１３４ａ的流动特性，在此基础上，提出的一种对具有回热的毛细管的优化方法，并计算出了一定工况下不同的替代工质的毛细质与回气管的最佳匹配。     

单循环脉冲爆轰发动机的数值模拟

对高温火团引发的甲烷-空气混合气体的爆轰过程及管内、外流场做了二维轴对称数值模拟,考虑了CH4-O2-N2的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和14种组分。采用分裂格式处理带化学反应的Navier-Stokes方程,使用改进的波传播方法求解流场,使用基于隐式Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。模拟结果显示了爆轰波在管内的成长、稳定传播、进入喷嘴后衰减为激波以及进入外流场的全过程。还对轴线上的压力分布和封闭端的推力等进行了讨论,为脉冲爆轰发动机的开发研制提供信息。     

文丘里管流动特性的数值模拟

利用Fluent软件模拟文丘里管在较大雷诺数范围(200～70 000)内的流动情况,给出实际流量与测压管水头差的关系曲线,并与实验结果进行比较.研究结果表明:当雷诺数在2 000～20 000之间时,Fluent的模拟结果与实验结果符合很好.对于实验未给出的雷诺数范围(200～2 000和20 000～70 000)内实际流量和测压管水头差的关系,分别进行计算整理和回归分析,给出其函数关系式.分析喉管相对真空压强与入口速度的关系,得出文丘里管在大小尺寸不变情况下二者之间的关系曲线,并给出文丘里管内部流场分布情况.     

奥氏体不锈钢管弯曲有限元模拟

通过单向拉伸实验验证304奥氏体不锈钢管材存在各向异性,运用Hill1948各向异性屈服准则对304奥氏体不锈钢管材绕弯过程进行有限元模拟,分析不同摩擦系数和内压对成形质量的影响,为后续填料弯曲实验提供理论指导.     

烧结板除尘器脉冲清灰气流的数值模拟

采用Fluent软件对烧结板除尘器的脉冲清灰气流特性进行模拟计算,得到不同喷嘴数量、喷嘴直径、喷吹压力、脉冲时间、喷射间距模型的壁面峰值压力,计算结果表明:增加喷嘴数量和增大喷嘴直径能够增大壁面峰值压力,有效改善清灰效果;当喷吹压力增大时,能够增大壁面峰值压力,改善脉冲清灰性能;选取合适的喷射间距能取得最大的壁面压力峰值;脉冲时间对清灰效果改善不明显.     

高温除尘器脉冲反吹过程中过滤管数值分析

首先对高温除尘器和过滤管作了简单介绍,对比了国内外对过滤管材料的研究进展与成果。应用CFD软件对由铁铝合金制成的过滤管进行了数值分析,在脉冲喷吹时间0.1s,喷吹压力0.4 MPa的工况下,对喷嘴出口与过滤管的距离、喷嘴直径、过滤管内外表面压力差、气体通过过滤管内的速度以及引射比进行了计算研究。在得到相关数据后,进一步对喷嘴出口与过滤管距离为170mm,喷嘴直径为8mm,脉冲气体温度226.85℃,工况含尘气体温度496.85℃,脉冲喷吹压力0.4 MPa,脉冲喷吹从开始至0.1s的工况下,计算得出箱体温度分布以及过滤管内外表面压力差,以及气体通过过滤管内的速度变化,计算此种工况下脉冲喷吹时间0.1s结束后,箱体内以及过滤管内外表面压力差,过滤管内速度的变化历程。最后得出的结论与此种研究方法将有助于合理布置过滤管位置和数量,以及改进大型除尘器的结构与设计。     

水平井段脉冲携岩数值模拟研究

水平井钻井技术已成为现代油气勘探开发的重要手段,水平井段岩屑运移不畅造成钻井过程中的高摩阻和扭矩、卡钻和憋泵等情况,影响钻具的使用寿命和钻进安全,特别是使用现有的常规携岩方法无法解决,为此,提出脉冲携岩方法。在现有水力脉冲的基础上,根据分流继能机理,建立小井眼水平井岩屑运移的流场模型,采用RNG k-ε模型、幂律模式及二次开发子程序进行数值计算,确定脉冲携岩合理的脉冲周期、占空比等参数,并研究水力脉冲条件下钻井液排量、偏心度、岩屑粒径等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到环空岩屑运移速度和浓度的分布规律。研究表明,在同等条件下,脉冲携岩效率更高,破坏岩屑床效果更好,降低岩屑床浓度约40%。     

管内振动壁面射流流场的数值模拟

采用动网格技术和k-ε两方程湍流模型,通过求解二维非定常不可压雷诺时均NavierStokes方程,对局部壁面振动的管内射流流场进行数值模拟,分析局部振动壁面的振幅和频率对流动的影响.结果表明,射流孔下游壁面静压随振幅、频率的增加而增加;射流孔附近静压在126°相位角降到最低.射流孔的平均流量随振幅的增加而减小,随频率的增加而增加;流量波动随振幅、频率的增加而增大,高频率对主流的影响更加明显.