树冠周围温度分布特性数值模拟与试验

为了研究树冠对其周围温度场的影响,对真实树冠进行了二维简化并提出分形维数(D)、稠密度(SVF)以及叶面积指数(LAI)等相关结构参数.采用计算流体动力学(CFD)方法对树冠内部结构参数与其周围温度场关系进行数值模拟与分析.通过数值模拟与试验测量相结合,讨论了树冠形态结构参数对树冠周围(主要是树冠后部)温度的影响规律.通过对数值模拟计算结果进行回归分析,给出树冠温度分布与结构参数的关系式.研究结果表明:试验数据与模拟公式计算值基本吻合,只有在叶面积指数过大的极端状态下出现较大偏差,二者在变化趋势上表现出较好的一致性;树冠周围温度与迎面风速成反比,与叶面积指数之间的关系则较为复杂.     

基于格子-玻尔兹曼方法的三维虚拟树冠阻力特性

为了给预测实际树冠的风阻提供理论依据,运用Visual Basic程序设计语言建立三维虚拟树冠模型,使用基于格子-玻尔兹曼方法(Lattice-Boltzmann method,LBM)的计算流体动力学软件——XFlow进行模拟计算,研究不同叶面积指数和风速条件下,树冠对空气流动阻力特性的影响。采用叶面积指数表征树冠的形态结构特征,讨论其对树冠流动阻力的影响规律,并提出阻力系数与叶面积指数、风速之间的关联表达式。利用风洞对人工树模型进行试验,测试结果与关联表达式的预测结果吻合较好。研究结果表明:树冠的阻力系数与叶面积指数、风速呈指数函数关系;当风速大于5m/s时,阻力系数接近常数,风速对阻力系数的影响不再显著。     

树冠流动阻力特性数值模拟与实验研究

为深入分析树冠内部结构参数对树冠绕流流动阻力的影响,采用数值模拟和实验测试相结合的方法研究几种典型形态特征树冠的内部流场特征和流动阻力。用树冠叶面积指数(LAI)、稠密度(SVF)和分形维数(Df)表征树冠复杂的形态结构,讨论树冠形态结构参数对树冠流动阻力的影响规律。研究结果表明:模型叶面积指数与稠密度呈近似线性关系,而树冠分形维数分别与树冠稠密度和叶面积指数满足近似对数关系。通过对数值模拟计算结果回归分析,给出树冠流动阻力系数与叶面积指数的关系式。研究结果表明:真实条件下的树冠流动阻力结果要明显高于二维简化模型的数值计算结果,但二者在变化趋势上表现出较好的一致性;在引入树冠阻力系数修正系数后,数值计算结果与实验结果吻合较好。     

树冠对室外颗粒物浓度分布及干沉积速度的影响

采用流体力学软件中的拉格朗日模型对单棵树冠上的颗粒物沉积行为进行微观尺度的模拟分析,获得颗粒物在树冠内部及周围的浓度分布,分析了树冠结构参数即叶面积指数、颗粒物直径及入口风速对树冠上颗粒物干沉积速度的影响。模拟结果表明,树冠对颗粒物捕集的干沉积速度,随叶面积指数、入口风速的增大而逐渐增大,随颗粒物直径的增大呈先减小后增大的趋势,并在颗粒物直径为1μm时达到最小值。树冠对颗粒物的干沉积速度模拟值与文献基本吻合。     

三维树冠的结构参数与阻力特性的关系

为深入研究树冠结构形态参数对树冠流动阻力的影响,采用风洞试验对八角金盘、构树、女贞、木芙蓉及梧桐5种树冠结构差异较大的典型树种进行研究,探讨树冠层结构参数中填充率与叶面积指数、光学孔隙率、分形维数之间的关系。采用多元回归分析法,给出5种树冠流动阻力与光学孔隙率和风速的关系表达式。结果表明:叶面积指数与填充率呈线性关系,光学孔隙率、分形维数均与填充率呈幂指数函数关系;树冠流动阻力与光学孔隙率和风速呈非线性关系。     

槽式太阳能系统导热油储罐的散热特性

实验研究槽式太阳能系统中导热油储罐的散热特性.储罐散热量随导热油降温而逐渐减小,储罐外壁面温度受储罐结构和环境温度影响很大,由此提出以储罐外壁表面平均温度为基础的热损失计算方法.储罐总热阻包括罐内保温层和罐外热阻,罐外热阻主要由辐射和自然对流组成.结合实验结果与表面平均温度计算法,提出罐内保温层传热关联式、储罐外壁辐射热损失关联式、罐外大空间自然对流散热关联式,为槽式太阳能储热系统的研究提供基础数据.     

环境参数对PTR70真空集热管外壁面温度的影响

为了利用玻璃管外壁面温度判别集热管真空,考虑集热管的传热平衡,推导出玻璃管外壁面温度与集热管热损失的关系表达式,结合PTR70真空集热管实验拟合关联式,确定不同环境风速、环境温度、太阳辐射强度以及管内循环工质温度下,PTR70真空集热管处于良好运行状态时的玻璃管外壁面温度范围.结果表明:环境变化仅改变玻璃管外壁面温度,对集热管热损失的影响相对较小.随着环境风速的增大,玻璃管外壁面温度先是急剧减小,然后趋于平缓；随着环境温度的升高,玻璃管外壁面温度呈线性升高；太阳辐射强度的变化对玻璃管外壁面温度几乎没有影响.工质温度是影响PTR70真空集热管热损失的最主要因素,玻璃管外壁面温度和集热管热损失都随工质温度的升高而增大,且增幅越来越大.     

低层近空间飞艇热环境数值模拟

为建立低层近空间飞艇平台各种传热模型,利用FLUENT中的太阳加载模型,综合考虑太阳辐射、环境温度、风速等因素的影响,开发了平流层中飞艇环境温度和风速的UDF程序,建立了平流层太阳能飞艇传热模型.研究结果表明:飞艇表面及艇内平均温度会随风速的增加呈现下降趋势,但随着风速的进一步增加,温度下降趋势减缓.该结论说明采用数值模拟飞艇热环境是一种经济而且可行的方法,此规律可为真实飞艇的囊体材料热防护和飞行控制实验提供一定的理论参考依据,必将很大程度的降低平流层飞艇的研发费用和周期.     

树冠流动阻力风洞试验与数值模拟

为深入分析树冠结构形态参数和风速对树冠流动阻力的影响,通过风洞试验和数值模拟对5种具有典型形态特征的树种(荷花木兰、桂花、枫香树、樟树及腊梅)的流动阻力进行研究,探讨树冠叶面积指数(leaf area index,LAI)和风速对树冠流动阻力的影响规律。通过对试验数据进行多元回归分析,得到5种树冠流动压力损失与叶面积指数和风速的多元关系表达式。将树冠视为多孔介质,并由试验所得树冠流动阻力确定多孔介质流动的黏性和惯性阻力系数。采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)进行数值模拟,结果表明,忽略多孔介质内部的速度流态分布时,多孔介质区域模型可较好地描述树冠流动压力损失,且树冠流动压降模拟结果与试验结果吻合较好。     

热夹层条件下沥青路面温度梯度分布特征研究

为探讨热夹层条件下沥青路面温度梯度变化与外界环境因素之间的相关关系,采用三维有限元数值计算方法,分析了不同热夹层条件、路表环境温度及对流系数下沥青路面结构温度场的空间分布规律,构建了外界环境参数、热夹层温度与热稳态路表温度的对应数据库,并基于多元线性回归分析方法,建立了沥青路面热夹层温度预估分析模型.结果表明:无热夹层条件下道路表面环境温度是影响路表热稳态温度的主要因素,对流系数的变化对沥青路面温度场空间分布几乎没有影响;有热夹层条件下路表热稳态温度随路表环境温度的下降而降低,且对流系数的增大对路表热稳态温度的下降速度有推动作用;所构建的沥青路面热夹层温度预估模型具有高度显著性,模型系数的置信概率较高,热夹层温度预测值与理论值之间误差较小,模型精度良好.研究成果为低温地区结冰路面热夹层温度控制提供了理论依据.     

嵌入制热材料的自制热导线防冰

为了解决现有高压输电线路防冰技术的不足,提出了一种能实现防冰功能的自制热导线设计方法,简要介绍了其防冰的原理.根据传热学分析了导线传热机理,并对覆冰环境进行热平衡分析,建立了导线温度场方程,提出了自制热导线临界防冰电压计算式.应用有限元分析软件对自制热导线进行热学稳态仿真,结果验证了导线温度场方程和临界防冰电压计算式的正确性.研究了环境对导线钢芯温度、临界防冰电压和等效对流换热系数的影响规律.结果表明:风速和环境温度是影响导线钢芯温度、临界防冰电压和等效对流换热系数的主要因素.     

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。     

GRF-CO_2清洁泡沫压裂液流变特性实验研究

基于管式流变仪原理,使用大型高温高压泡沫压裂液实验系统,对GRF体系的CO2清洁泡沫压裂液流变特性进行了详细的实验研究,研究了其流变特性受温度、泡沫质量、剪切速率和压力影响的规律,得出了压裂液流变参数的计算关联式,GRF-CO2清洁泡沫压裂液流变指数、流变系数的计算关联式平均误差均小于10%,能够满足实际工程需要。     

不同结构参数下桥梁风障阻风性能试验

为探究不同结构参数对桥梁风障阻风性能,通过风洞试验,获取不同构造形式的挡风障整体及局部流场分布规律.试验结果表明,不同风速下,桥梁风障后方折减规律一致.利用风速折减系数作为风障阻风性能评价指标,定量分析比较挖板圆孔式风障及障条式风障在不同风速工况下的阻风效果,发现安装桥梁挡风障后,车道上风速折减系数最低仅为裸桥工况的2...     

生物质(秸秆)成型燃料冷却干燥特性研究

对不同含水率的玉米秸秆成型燃料在风速分别为0.3、0.5、0.7 m/s的条件下进行冷却干燥特性研究,发现其干燥特性曲线在前20 min干燥速度快,20 min后干燥速度降低;冷却特性曲线与干燥特性曲线相似,在前20 min温度下降速度快,20 min以后下降速度明显降低,两者都为指数规律下降.玉米秸秆成型时含水率越高,成型后温度越低,干燥速度越慢.风速越高,冷却干燥速度越快;在成型干燥前期,风速对冷却干燥速度影响较大,在冷却干燥后期,其影响较小.     

全对称谐振式压力传感器结构设计与仿真分析

提出了一种基于侧向驱动的全对称谐振式压力传感器结构.谐振结构采用侧向梳齿电容驱动,既保证了驱动力的线性特性,又由于本身的空气阻尼为滑膜阻尼,可以取得较高的品质因子.另外,设计的差分电容结构能进一步提高器件的检测灵敏度.经过ANSYS 10.0的仿真分析总结出谐振结构固有频率受结构参数影响的规律,确定了量程为0～550 kPa的谐振式压力传感器具体尺寸,其灵敏度达到了22.602 Hz/kPa;分析了温度对谐振结构固有频率的影响,得到-20～60℃下的热灵敏度温度系数为-1.8233 Hz/℃,为后续的温度补偿提供依据;最后通过分析谐振结构的频域响应特性,最终确定了传感器的频域特性曲线以及不同阻尼比下传感器的品质因子.为谐振式压力传感器真空封装的真空度选择提供参考.     

水电站无压尾水洞引风过程的热湿交换特性

在无压尾水洞引风过程的准三维数学模型基础上,对在不同岩层热参数、引风风速及尾水温度条件下的全年引风特性进行了模拟计算,分析了各因素对无压尾水洞引风热湿交换特性的影响。结果表明:在无压尾水洞引风过程中,空气与尾水表面的热湿交换占主导作用,其热湿交换量占总量的80%~90%,洞体岩层的长期热累积效应对引风特性的影响很小;引风参数沿流动方向近似以指数规律逐渐接近对应尾水温度的饱和状态,且空气参数变化周期为1年。     

飞机平台诱发环境温度的建模与仿真

飞机平台的诱发环境是机载设备的实际工作环境,诱发环境温度是影响机载设备工作的主要环境因素。针对飞机平台诱发环境温度的建模与仿真问题,分析了影响飞机平台诱发环境温度的主要因素,提出了以相似传热结构分类为基础的一种飞机平台诱发环境温度建模与仿真方法。将飞机平台相似传热结构分为翼形舱结构、环形舱结构、大舱室结构、开启舱结构和热防护结构,采用集中参数方法建立5种传热结构的通用热特性模型,以Modelica语言为工具建立了5种传热结构的通用热特性仿真模型。对飞机平台进行相似热区域划分,采用通用热特性仿真模型建立飞机整机的诱发环境温度仿真模型。以某型机为例,进行了诱发环境温度仿真计算,验证了建模与仿真的可行性。仿真表明,飞机飞行时机身区域舱内空气温度最高可达70℃,发动机舱内温度短时间内可达140℃,长时间工作在90℃~110℃之间,发动机热防护结构的最高温度可达160℃。     

自然环境中混凝土内微环境温度响应

研究了有/无遮挡条件对自然环境中一维混凝土内微环境温度响应的影响规律.基于傅立叶传热原理和第三类边界条件,推导出2种工况下的一维混凝土内微环境温度响应模型,并利用现场试验结果论证了所建模型的合理性;此外,还提出了利用实测结果求解混凝土的热扩散系数和表面换热系数等参数的方法.试验结果表明:所构筑的不同工况条件下的混凝土内微环境温度响应模型可表征混凝土内微环境温度响应变化规律,其理论拟合曲线与实测结果基本吻合;有/无遮挡条件对混凝土内微环境温度响应影响较大,主要体现在温度响应波幅、极值和出现时间等方面,这是因为主导混凝土与环境间的换热方式不同;基于理论推导和实测结果所解出的混凝土热扩散系数和表面换热系数等参数的精度较高.     

正十二烷单液滴在含乙醇氛围中的蒸发特性

考虑液滴与环境气流物性瞬态变化的单液滴非平衡蒸发,建立了模型,研究正十二烷液滴在含乙醇氛围中的对流蒸发过程,获得环境参数(环境温度、压力、对流强度、环境气体中乙醇蒸气和水蒸气质量分数)对液滴蒸发特性的影响规律.计算结果表明:环境因素中影响液滴蒸发的主要因素是环境温度、环境压力和对流强度,乙醇蒸气和水蒸气质量分数对液滴蒸发特性几乎没有影响;环境温度和对流强度的增加,有利于液滴蒸发;对初始温度较低的燃料液滴,环境压力对蒸发的影响与环境温度、气流相对速度相关;在一定的热环境参数下,压力效应发生逆转;增加液滴周围气体中乙醇蒸气质量分数和降低水蒸气质量分数,会加速液滴蒸发,液滴寿命略微缩短.