大管径八流道螺旋喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了探究大管径涡流管内流场分布规律和冷热分离机理,建立大管径八流道螺旋喷嘴涡流管三维模型,选取甲烷作为工质气体进行数值模拟,并对相关物理场进行重点分析。研究结果表明:涡流管内径向存在一环形区域,内外旋流气体在区域内相互剧烈作用,总压迅速减小,不可逆熵增大,能量快速传递,总温产生分离;同时,在一定入口总压、总温下,调节热端出口背压,涡流管存在最佳的制冷、制热温差以及最优的制冷、制热量,且同一冷流比下,工质气体的单位制冷量要优于单位制热量。     

基于均匀设计的制冷小管径涡流管结构优化

为了更好地将小管径涡流管应用于油田伴生气的轻烃回收工艺中,采取均匀试验设计,选取涡流室直径、热端管长、冷端孔径3个对小管径涡流管制冷性能影响很大的结构变量因子,利用CFD软件对其在入口总压0.4 MPa,入口总温293 K,冷流比0.71下的制冷温差进行了结构优化计算,并对计算结果进行了回归分析,拟合并验证了经验公式,通过对经验公式寻优,得到了优化后的结构参数。对比优化结构与初始结构涡流管内速度场、温度与压力场分布发现涡流管结构优化后冷热分离性能更佳,同时计算对比了冷流比在0.71～0.79范围内优化结构与初始结构涡流管的制冷温差与单位制冷量,计算结果显示相同冷流比下结构优化后的涡流管制冷温差与单位制冷量更大。以上研究结果表明,采用均匀试验设计结合数值计算和回归分析可以对小管径涡流管的结构参数进行有效的优化调整,显著提高其制冷性能。     

强化热端换热对涡流管性能影响

涡流管内部能量分离导致的外层高温流体与内层低温流体的热量交换,影响了制冷效果.为此,基于对流传热原理,设计了一种强制冷却的涡流管结构,在涡流管的热端外加冷却水腔,通入循环水对涡流管外壁进行冷却.通过实验和数值模拟的方式,研究不同结构参数和操作参数下,冷却热端外壁面对涡流管制冷性能的影响.结果表明:与传统涡流管相比,强制冷却能够削弱外层热气对回流冷气的影响,提高涡流管的制冷性能.阿基米德螺线型喷嘴较直线型喷嘴的提升更明显,最大单位制冷量达到12.53 kJ/kg.在压比为2、3和4的条件下,强制冷却涡流管的制冷性能均有提升.强制冷却涡流管的单位制冷量随热端管长径比的增加而升高,等熵效率最高可以达到34.1％.     

喷嘴对锥形涡流管热分离影响研究

通过涡流管内部气体的流动分析,得到了喷嘴结构对涡流管热分离性能的影响关系,基于锥形涡流管进行了对比实验,实验验证了分析结果的正确性.实验结果表明:影响涡流管热分离性能的基本参数是喷嘴流道的总截面积,而非单个流道的截面积或流道个数.保持单个流道的截面积一定,当冷气流率较小时,流道个数越多对应制冷效应越大,而冷气流率较大时,结果相反.当冷气流率较小时,增加喷嘴流道的总截面积可获得更高的制冷效应,但制冷效率变化不大.分析表明:在本实验条件下当喷嘴流道总截面积与锥形涡流管截面积之比为0.153时,可同时获得较高的制冷效应和制冷效率.     

进气温度及冷流率对涡流管制冷性能的影响

采用基于实际生产应用的涡流管模型，以空气为介质，模拟分析了不同进气温度和冷流率对涡流管制冷性能的影响，结果表明：冷流率一定时，涡流管的冷端出口温度、热端出口温度、制冷温度效应及单位制冷量均随进气温度的升高而增大，而制冷效率基本不受温度影响；在相同进气温度下，涡流管的制冷温度效应、单位制冷量及制冷效率都随冷流率的增大呈先增大后减小的趋势；存在一个最佳冷流率范围使得制冷温度效应、单位制冷量、制冷效率最大，但它们各自的最佳冷流率范围不同。     

避难硐室涡流管实验及数值模拟

基于有关文献规定避难硐室可以采用专用压风管路制冷的要求,分析了避难硐室涡流管的制冷原理,建立了涡流管模型。进行了仿真和分析,得出了涡流管不同压力下温度分布云图;并搭建了涡流管实验台,对涡流管的制冷性能进行了实验,得出了相关实验数据。最后对仿真结果和实验结果进行了对比,为进一步将涡流管用于避难硐室的制冷系统提供了依据。     

基于CFD双通道涡流室式柴油机缸内气体流动模拟研究

以BH175F1柴油机涡流室系统为研究对象,将镶块单通道改进为双通道结构,考虑启动孔,基于计算流体力学技术(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单通道涡流室系统和双通道涡流系统从进气门关闭时刻到上止点时刻缸内气体流场特性进行数值模拟,得到单通道与双通道涡流室系统缸内速度矢量图和压力云图。研究表明:随着曲轴转角从588°CA到720°CA,气体逐渐被挤压进涡流室,单通道涡流室与双通道涡流室内形成相似涡流,单通道涡流室内平均气体流速较大,双通道涡流室内涡流流速分布较为均匀。初期缸内压力大于涡流室内压力,涡流室内逐渐形成涡流,涡核区域压力最低,近壁面区域压力较高,其中涡流室内气流运动拐角处压力最大,单通道涡流室内压力最大达到4.43MPa,双通道涡流室内压力最大达到4.42MP。     

一种电子散热用小型涡流管性能的试验研究

提出了一种应用于小功率电子散热的小型涡流管,设计建立了涡流管性能试验装置系统。针对进气压力P0、冷气流率μ对其冷却性能的影响进行了试验研究。试验结果表明,在P0=0．3—0．6MPa,μ=0．27—0．72范围内,涡流管的制冷效应及制冷量随P0的增大而增大,而制冷效率随P0的增大而减小;制冷效应、制冷量和制冷效率都随μ的变化而变化,且在μ为0—1的范围内都有极大值。     

旋流消能工内空腔旋流的压强特性

为了揭示空腔旋流内部的压强特性,以公伯峡水平旋流消能工为例,采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法,基于组合涡运动规律对起旋室和旋流洞内空腔旋流的压强特性进行了研究.压强分布通过压强等值线和径向压强分布图直观地体现出来,其沿径向分布基本符合组合涡流场的理论压强分布规律.提出了采用组合涡指数n刻画空腔旋流内部微观流动的思想,根据n值大小将起旋室内的空腔旋流分为准强制涡和准自由涡区域.旋流洞0+233.50m和0+238.67m断面上的空腔旋流以准强制涡运动为主,旋流洞0+243.84m和0+249.00m断面上的空腔旋流沿径向呈现由准强制涡向准自由涡转变的趋势,建立并验证了相应的压强表达式.     

基于珠-杆模型的喷气涡流纺喷嘴气流场中的纤维运动规律

采用有限体积法对喷气涡流纺喷嘴中的高速气流场进行数值模拟,通过Fluent软件获得了喷嘴中气流场的流动特征,并对气流场中的纤维模型进行动力学分析,在此基础上建立纤维/气流力学模型,求解纤维运动方程,从而对纤维在涡流纺喷嘴气流场中的运动轨迹进行追踪.模拟结果表明:喷气涡流纺喷嘴内部气流呈中心对称分布,纤维在喷嘴内部呈波浪形运动,纤维尾端越靠近加捻室区域,其摆动越明显;当纤维全部进入空心管后摆动不明显.     

入口压力与冷气流率对涡流管制冷性能影响研究

考虑到切向入口压力与冷气流率两个特定因素对涡流管制冷性能的重要影响，通过系统的实验方法研究了涡流管制冷效应、单位制冷量和绝热效率随此二者因素的变化规律，并以实验数据为依据，给出相应的经验方程．结果表明：当冷气流率不变时，制冷效应、单位制冷量都随入口压力的增大而增大，而绝热效率几乎不受入口压力的影响；在入口压力不变的条件下，制冷效应、单位制冷量和绝热效率都随冷气流率的增大呈现先上升而后下降的趋势，在某一冷气流率下，制冷效应、单位制冷量和绝热效率最大，但是最大值所对应的冷气流率值却完全不同；对于本实验所用的涡流管，给出的经验方程能很好地与实验数据相关联     

涡流室燃烧室内气体流动的分析和燃烧的改进

本文对圆柱形涡流室内气体流动进行了分析,导出了在室内气体流动轨迹呈螺线状进入室中心时的表达式.文中还讨论了涡流预燃式燃烧室的气流运动,同时讨论了改进燃烧的方法.     

涡流室内气体流动的三维数值模拟

利用开发的ＥｎｇｉｎｅＣＦＤ－Ⅱ程度,对Ｓ１１００涡流室式柴油机压缩过程的气流运动进行了三维数值模拟,论述了不同坐标系对网格划分和计算结果的影响,详细分析了真角坐标系下复杂边界的处理方法,给出三维模拟的计算结果,找出了涡流室内气体运动的真实过程和运动规律：在整个压缩过程中,涡流室内不存在刚体涡流,其窝心是在不断变化的,涡心位置的变化脐主涡流运动和由主燃室经通道“压入”涡流室内的“射流”运动的综合结     

涡流室内气体流动的三维数值模拟

利用开发的ＥｎｇｉｎｅＣＦＤ－Ⅱ程序,对Ｓ１１００涡流室式柴油机压缩过程的气流运动进行了三维数值模拟论述了不同坐标系对网格划分和计算结果的影响,详细分析了直角坐标系下复杂体系边界条件的处理方法,给出三维模拟的计算结果,找出了涡流室内气体运动的真实过程和运动规律：在整个压缩过程中,涡流室内不存在刚体涡流,其窝心是在不断变化的,涡心位置的变化是主涡流运动和由主燃室经通道“压入”涡流室内的“射流”运动的综合结果     

涡流室式紊流燃烧柴油机中涡流室的流场特性

通过FLUENT动网格技术模拟涡流室式紊流燃烧柴油机在活塞从下止点运动到曲轴转角为2°的喷油时刻缸内气体的流动特性,得出涡流室和气缸内气体的流场矢量图、湍流变化图、压强变化图和温度变化图。研究结果表明:活塞从下止点运动开始,气缸内空气被活塞压缩进入涡流室中,并在涡流室内部形成涡流;随着压缩的不断进行,涡流室内气流运动速度逐渐增加,并且流场逐渐由紊流变化成为涡流,室内压强和温度也逐渐升高,至曲轴转角为2°的喷油时刻,喷油孔附近空气流速约为24.1 m/s,压强约为2.3 MPa,温度约为845 K,在此状态下能较好地满足机内柴油的混合及燃烧需要。     

涡判据在翼端间隙涡流分析中的应用与评价

以水翼侧端的间隙涡流为研究对象进行数值模拟计算,将涡量、压力、速度梯度张量的第二不变量Q及特征值λ2、旋转强度和螺旋度准则用于涡流分析,以参考实验的间隙涡流特征为依据,评价了各类涡判据的适用性.结果表明:基于速度梯度张量的Q,λ2和旋转强度准则,对于间隙涡流的辨识效果总体较好.为提高涡判据在不同流场中的适用性,基于应变率张量与旋转率张量的比值构建函数*r,提出一种无量纲的涡识别准则,采用*r 1的判据可以有效识别局部旋转占优的流动区域.     

考虑旋转和曲率修正的螺旋桨梢涡流场模拟

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正．应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理．计算结果表明：提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致．     

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明：涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8%,静压效率最大可提升2.4%。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。     

对涡流室燃烧室容积比的研究

本文导出了微团在“半自由涡”中的运动轨迹解析式,在分析不同形态涡流中微团运动规律的基础上,对涡流室中混合气形成和燃烧的若干问题作了探讨,并结合试验分析了涡流室燃烧室容积比对柴油机多方面性能的影响,提出了选择容积比的一些原则和初步确定容积比的经验公式。     

矩形涡流发生器结构参数对圆形换热管传热特性的影响

为了提高圆形换热管的换热效率,采用SST(shear-stress transport)k-ω湍流模型(k为湍动能,ω为耗散率),对内置矩形涡流发生器的圆形换热管进行了数值模拟研究,分析了涡流发生器长高比和攻角对流动和传热特性的影响。结果表明：V型排布的4个矩形涡流发生器产生了两对反向旋转的纵向涡流,增强了冷热流体的混合,改善了圆管内的场协同,提高了换热性能;随着涡流发生器长高比的增加,换热管性能比较指标增大,但是增加幅度逐渐减小,当长高比为2时,换热管具有较好的综合性能;随涡流发生器攻角的增大,性能比较指标先增大后减小,当攻角为30°时,多数工况下性能比较指标具有最大值,换热管具有最佳综合性能。可见,矩形涡流发生器的结构参数对换热管的传热特性有巨大影响,研究结果可为换热管的设计和改进提供参考。