气缸盖冷却水腔内两相流动沸腾传热仿真研究

采用计算流体动力学软件CFX,考虑气缸盖内冷却水的热力学相变特性,应用汽液两相流过冷沸腾换热计算模型,对不同影响因素下由柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场离散、整场求解,得到了不同影响因素下气缸盖火力面温度场分布;通过与试验结果的对比分析,证明了仿真计算结果的有效性。研究结果表明:与单相流不考虑沸腾换热相比,考虑汽液两相流的过冷沸腾换热能够有效降低气缸盖火力面的最高温度,提高冷却水的进口速度,降低进口温度;适当减小冷却系统的压力,可以进一步有效降低气缸盖火力面温度,减小气缸盖火力面的热负荷。该结果可为进一步研究柴油机气缸盖的沸腾冷却及可控性提供参考。     

R32制冷剂在小管径水平管内的沸腾换热与阻力特性实验研究

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究，设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统，分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究，探究了质量流速、热流密度、饱和温度等参数对R32对流沸腾换热特性的影响，分析了蒸干对沸腾换热系数恶化的影响机制。结果表明：3 mm内径管的沸腾换热相比4 mm通道平均提升约8%～12%,且高质量流速下的临界干度几乎与管径无关；相较传热特性，R32饱和温度对两相流动阻力更为敏感，饱和温度自13℃降低至11℃时阻力损失提高约23%;利用改进的Fang关联式，可实现小管径水平管内R32对流沸腾换热系数预测，88.56%的实验数据误差可控制在±10%范围内。     

柴油机缸盖水腔内沸腾换热仿真分析

为了更好地了解柴油机水腔内冷却液的流动和传热问题,根据Eulerian两相RPI(rensselaer polytechnic institute)沸腾模型,建立了一套适用于柴油机水腔沸腾换热的气液两相流模型.以某直列四缸柴油机为研究对象,通过缸盖温度场实验对缸盖火力面20个测点进行温度测量,并将实验测得的温度值与传统单相强制对流和两相流模拟得到的温度值进行对比.结果表明:与传统单相流模型相比,Eulerian两相RPI沸腾模型的精度更高,误差小于5%;优化后缸盖水腔底部冷却液的流动与冷却更加均匀,水腔壁面最高温度降低了4.05℃,第三、四缸水腔鼻梁处高温区域面积减小,缸盖水腔换热效果得到改善.研究结果为柴油机缸盖水腔沸腾换热研究和冷却水腔的设计提供了依据.     

基于NEDC工况的电动汽车驱动电机温度场分析

文章围绕一台额定功率为15kW的电动汽车驱动电机,基于传热理论建立其三维温度场求解域模型;通过有限元仿真分析,得到了电机工作在额定工况下的温度分布,并对电机运行NEDC循环工况下的温度场进行仿真分析;近似模拟了车辆行驶过程中的电机实时温升;最后搭建了电机温升试验平台,对电机温升仿真值与实验值进行对比分析,结果表明误差不超过5%,验证了该文仿真的准确性。     

非连续运行工况下垂直地埋管换热器的换热特性

为了探讨非连续运行条件下地埋管的换热特性,基于相似理论搭建了地下换热模型试验台,进行了不同间歇运行工况的试验测试;建立了垂直U型埋管换热器二维非稳态传热模型,分析了单工况间歇运行、双工况交替运行及地下岩土类型对非连续运行条件下土壤温度分布特性的影响.结果表明:合理的间歇运行模式有利于埋管周围土壤温度快速恢复,从而可有效提高浅层地热能利用率;对于单工况间歇模式,等负荷强度变运停时间比时土壤温度恢复效果随间歇时间增加而增加;当放热量一定时,土壤温度波动较大,但并不一定能显著改善机组运行效果.对于双工况交替模式,均可显著降低土壤温升率,且间歇双工况交替比连续交替可增加全年土壤取放热不平衡率.此外,土壤导热系数与热扩散率越好,其温度恢复越快.实验表明:所建模型预测温度的计算值与实验值最大绝对误差为0.45℃,相对误差小于5%.     

水平管束池沸腾换热机理的研究

以容积对流模型为基础，考虑滑移气泡机制对管束沸腾换热的影响，建立了管束池沸腾的“组合模型”，总的换热效果由三部分组成：核态沸腾换热，滑移气泡形成的液体薄膜导热及自然驿流换热。在整个热流密度区域内，滑移气泡热流份额小于１１％。     

气缸盖中两相流沸腾换热热机耦合仿真分析

基于汽液两相流沸腾换热的基本理论和计算方法,对某柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场求解,得到了气缸盖的温度场分布,并通过与气缸盖温度场试验结果对比分析,证明了计算模型的有效性.将温度场结果施加于气缸盖、螺栓、机体所组成的热机耦合系统中,对气缸盖进行了结构强度计算,得到了气缸盖火力面热机耦合应力分布.采用试验设计方法,将冷却水进口温度和速度作为输入参数,对火力面应力较大区域的最大等效应力进行了响应分析,结果表明:考虑汽液两相流的沸腾换热可以有效降低气缸盖火力面的最大热机耦合应力;火力面的最大应力出现在喷油器座孔周围;冷却水进口温度对火力面应力较大区域的最大等效应力的影响不可忽略.     

缸盖鼻梁区氧化铝纳米流体沸腾换热数值模拟

利用数值模拟软件CFX建立氧化铝纳米流体沸腾换热模拟简化模型,研究氧化铝纳米流体作为冷却液以改善缸盖鼻梁区换热效果问题;选取粒径为20、40、60 nm流体,每种流体设置质量分数为3%、5%、10%和20%等4组实验,外加纯基液进行对比,共13种纳米流体,研究其在简化模型中的冷却效果,分析火力面侧的气泡分布和热流密度,同时探讨传热强化的原因以及粒径和质量分数对传热的影响。模拟结果表明,氧化铝纳米流体均能够强化该区域的沸腾换热,纳米颗粒与基液的对流换热以及纳米颗粒与壁面的接触换热均使传热得到强化,且粒径和质量分数越大,强化传热效果越好。     

发动机冷却液流动与传热的数值模拟

为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量合理分配与利用,针对冷却水套优化设计中存在的冷却液三维流动与传热问题,以直列4缸发动机为研究对象,利用流固耦合的方法确定冷却水套壁面的传热边界条件,采用计算流体动力学软件AVL-FIRE对发动机冷却系统进行三维数值模拟,并对冷却水套内冷却液的流场分布、温度分布、壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.在此基础上,为了实现发动机冷却水套三维流场形态的可视化,构建了与实际冷却水套三维尺寸成1:1的水套试验件模型,结合其结构特点讨论了试验件的制备方案,并对模拟工况下试验件的强度与管路系统的压力损失进行了验证计算,从而进一步为冷却水套的优化设计提供了理论与试验依据.     

柴油机缸内局部瞬态对流换热的模型预测

在电机倒拖运行内燃机传热模型的基础上，考虑实际柴油机着火工作时燃烧放热率及燃烧引起的紊流运行对缸内传热的影响，发展了一个柴油机燃烧室局部瞬态对流换热预测模型，模型数值计算采用了ＳＩＭＰＬＥ算法，与不同转速，负荷，进气涡流比和压缩比时传热率的实测结果表明，本文着建立的模型能较好的预测不同参数变化时的局部瞬态对流换热。     

低温流体大空间膜态沸腾换热预测

为了预测低温流体膜态池沸腾换热特性,研究了文献中涉及低温流体膜态池沸腾换热的实验数据,并根据加热面结构对数据进行了分类整理。以此为基础,与3种典型膜态沸腾换热模型(Bormley模型、Frederking模型和BreenWestwater模型)的预测结果进行了对比分析,探讨了现有模型在预测不同结构加热面低温流体沸腾换热时的适用性与精度,实现了低温流体膜态沸腾换热的准确预测。研究发现,对于低温系统预冷过程,在分析膜态沸腾传热时可不考虑辐射热的影响,但必须考虑加热面结构的影响。对于水平管与球形加热面,可分别选用Bromley公式与Frederking公式预测沸腾传热系数;对于平板与丝状结构表面,分别修正了Frederking公式与BreenWestwater公式,修正后两模型预测误差均小于15%。研究内容为低温换热系统的设计及运行提供了可靠的理论支持。     

绿篱修剪高速无刷电机水冷系统分析与试验

为了解决将外转高速无刷电机作为绿篱修剪刀头动力元件时难以散热的问题,建立了电机水冷系统的CFD固液耦合仿真模型。分别对四圆孔、八圆孔及四扇形冷却水道结构方案的电机水冷系统进行分析,获取电机的三维稳态温度场与冷却系统压力损失。采用电机试验台对电机进行测试,分别得出电机在有水冷系统和无水冷系统时的极限工况电机温升特性曲线,结果表明：四扇形水道的水冷系统能够对外转高速无刷电机进行有效冷却,电机在输出功率为2 513.1 W的稳态运行温度为114.2℃,满足绿篱修剪作业工况要求。     

直流锅炉过热器再热器传热计算新方法

本文从辐射和对流换热的机理及基本公式出发，建立了大型直流锅炉过热器或再热器传热计算模型，对模型每根管子进行了传热计算，从而得到整个过热器或再热器的传热特性，并考虑了结构、煤种、运行工况等对传热的影响。本模型的建立更直接、细致地确定了过热器、再热器的传热工况，为分析过热器、再热器偏差、传热恶化、寿命等问题提供了新方法。     

竖直矩形细通道内的水沸腾换热特性

以宽度为1.0 mm和0.1 mm的竖直矩形细通道内的沸腾换热特性为研究对象,运用数值模拟的方法探索气泡生成、长大和脱离的过程,通过几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响。计算中考虑重力、表面张力和壁面黏性的作用。研究结果表明:通道宽度的不同对气泡生长方式和气泡形态产生很大影响,且核态沸腾换热系数随着细通道宽度的减小而增大;表面张力在细通道沸腾换热过程中所起的作用明显增大,证明细通道有强化换热的作用;由于数值计算中进行了理想化假设,导致数值模拟的沸腾传热系数比现有细通道沸腾传热实验传热系数普遍偏高。     

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40 °C环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性. 在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40 °C环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响. 结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.      

R12在水平管内流动沸腾换热实验研究

本文对R12在水平管内流动沸腾换热特性作了实验研究。实验结果表明,管内流动沸腾换热与单相对流换热一样,存在热进口效应,国外早期的实验数据由于未能考虑热进口效应而偏大。实验结果还表明,水平流动沸腾周向不均匀换热主要受流动结构影响;截面平均换热系数则与质量流速、热流密度、质量干度和蒸发压力密切相关。分析实验数据证实,流动沸腾换热是由气泡产生而引起的流动充分发展核态沸腾和双相对流蒸发两部分组成的。本文的实验数据与国外已有的换热关系式能较好吻合。     

高温铝液进入冷却剂传热过程的数值模拟

高温铝液在水中沸腾蒸发瞬变运动会引发蒸汽爆炸. 为研究高温熔融铝液在水中的传热规律,对不同工况下铝液进入冷却水的传热过程进行了数值模拟,获得了不同的入口速度及铝液温度时各观测点的温度变化曲线. 研究结果表明,入口速度越快以及铝液温度越高,传热则越快.     

弦月形通道内热虹吸沸腾强化传热的数值计算

弦月形狭缝通道热虹吸沸腾传热具有明显的传热强化效果 ,以溴化锂水溶液为工质的实验测试表明 ,其传热系数达到5～ 6kW/ (m2 ·K) .基于这种狭缝通道气泡底部薄液膜蒸发机理 ,建立了狭缝沸腾传热组合机理模型 .计算结果表明 ,随着时间的延续 ,膜内温度逐渐趋于线性分布 ;热流密度增大 ,液膜厚度变薄 ;沸腾传热系数随着热流密度的增大而增大 .分析了不同边界及初始条件下的气泡底部液膜蒸发传热特性 ,解释了气泡受挤压变形后气泡底部的液膜厚度减薄是传热效率得到增强的主要原因 .该传热模型的求解结果与实验结果吻合良好 ,说明本模型是合理的     

高温球体与水的沸腾传热特性研究

为研究高温流体与水的传热特性,采用理论分析与自由界面追踪数值技术对高温球体表面的沸腾传热过程进行研究,得到球体表面传热特性的变化规律. 分析结果表明,当球体温度不变时,蒸气膜层厚度自前滞点往后逐渐增大,膜层内温度呈非线性分布降低,速率呈抛物型分布. 当球体温度提高时蒸气膜层厚度变大,相应的蒸气速率峰值也变大,球面传热系数却变小. 数值仿真结果显示了气-液界面上不稳定性波动发展和气泡成长过程,较为真实地反映出沸腾传热的动态过程.      

液态铅铋合金自然循环实验与数值模拟

铅铋合金(lead-bismuth eutectic,LBE)自然循环流动与输传热特性的研究，对自然循环铅铋快堆的设计运行、提高反应堆自然安全性能有重要意义。为进一步探究铅铋合金的自然循环流动传热特性，本文基于自然循环理论分析，并结合其他冷却剂介质（钠、水），对比研究了LBE自然循环稳态流动与输传热行为规律与特点；同时基于LBE自然循环瞬稳态实验，对快堆系统分析程序FRTAC模拟LBE瞬、稳态自然循环的适宜性进行了初步验证；基于FRTAC程序计算，量化分析了不同运行工况、回路流道结构参数和回路阻力等因素对LBE自然循环的影响。结果表明，不同因素对LBE自然循环的影响程度不同，不同的回路运行温度水平对自然循环流动特性影响较小，而传热特性受回路不同运行温度水平影响的敏感性相对较大；自然循环高度（冷热心位差）对自然循环质量流量影响较显著。此外，回路整体管径增大将导致循环质量流量增加，加热区内温升与换热温差降低。