相变吊顶与隧道空气耦合传热模拟分析

在地铁隧道区间构建了相变吊顶,相变材料选择水合盐晶体CaCl27.6H2O.将列车在运行中的散热简化成移动发热物体等热流散热过程,建立列车在区间内运动三维物理模型,模拟了短时间内构建相变吊顶区间温度场变化.建立了相变材料与区间空气温度耦合传热模型,并求解.其求解结果与三维模型模拟结果对比,验证了耦合模型有效性.采用耦合模型对长时间作用下相变材料吸热量以及隧道区间温度进行预测,结果显示,在模拟工况条件下相变吊顶可吸收56.9%列车散发的热量.     

群体互扰下的风场绕流特性和风压分布分析

研究群体互扰下的风场绕流和风压分布问题.改进了流场模拟大涡模型的亚格子应力的湍动黏度,以改善大涡模型对壁面湍流的描述,在壁面处得到与直接数值模拟(DNS)相近的结果.基于此种改进的大涡湍流模型,在单物体和3个物体绕流情形下,分别选择结构刚性模型和弹性模型开展了流场和风压的数值模拟,得出相应的绕流特性和风压分布并与运用其他湍流模型的计算结果进行对比分析,以验证本文提出的改进技术.同时,计算表明,单物体和3个物体情形下的流场特性和风压分布显著不同.     

半无限大物体中的移动热源导热

利用镜像法和热源函数法对移动热源在半无限大物体中的热传导问题进行了分析,得到了壁面绝热和壁面恒温时常功率平面移动热源在半无限大物体和表面有散热的半无限长细杆中形成的温度场的精确解。     

滑移区稀薄气体外掠圆柱体换热的数值分析

针对滑移流区稀薄气体横掠圆柱体的强制对流换热问题,采用气体分子动力学,对速度滑移与温度跳跃边界条件以热流密度项与壁面切应力项形式进行修正,并植入到Fluent软件中,实现滑移流区换热的数值模拟。对雷诺数Re范围为0.001~20、克努森数Kn范围为0.001~3的工况进行了数值计算,并与实验结果进行对比。结果表明:采用滑移边界修正的CFD模型,可实现对稀薄气体滑移流区流动换热的精确模拟;当气体流态处于连续流状态(Kn≤0.01)时,边界条件的变化对数值结果影响不大;当气体流态处于滑移流状态(Kn范围为0.01~0.1)时,采用提出的滑移边界修正模型将能得到更加准确的计算结果;并且采用该模型可以对部分过渡流区(0.1相似文献   

电动汽车锂离子电池组内散热特性数值模拟研究

锂离子电池组涉及数据规模庞大,传统方法无法有效实现对其散热特性的研究,为此,提出一种新的通过数值模拟方式研究电动汽车锂离子电池组内散热特性的方法。介绍了锂离子电池组工作原理,分析了锂离子电池的充放电过程。通过雷诺平均法进行雷诺时均处理,获取电动汽车锂离子电池组内散热控制方程和湍流方程。介绍了初始和边界条件,通过CFD实现控制方程的求解。依次进行了锂离子电池表面散热特性数值模拟、不同风孔大小下电池组散热特性数值模拟、不同倍率充放电后电池组散热特性数值模拟以及不同环境温度下电池散热特性数值模拟。实验结果表明,锂离子电池中心垂直截面和上下壁面的温度分布均为中心最高,壁面较低,壁面温度梯度大,热量散失速度快;在风孔大小和出口大小相近,充放电倍率为1C时,电动汽车锂离子电池组内散热性最佳;环境温度越低,电池温度升高幅度越大,散热性能越好。     

电动汽车锂离子电池组内散热特性的数值模拟

锂离子电池组涉及数据规模庞大,传统方法无法有效实现对其散热特性的研究,为此,提出一种新的通过数值模拟方式研究电动汽车锂离子电池组内散热特性的方法。介绍了锂离子电池组工作原理,分析了锂离子电池的充放电过程。通过雷诺平均法进行雷诺时均处理,获取电动汽车锂离子电池组内散热控制方程和湍流方程。介绍了初始和边界条件,通过CFD实现控制方程的求解。依次进行了锂离子电池表面散热特性数值模拟、不同风孔大小下电池组散热特性数值模拟、不同倍率充放电后电池组散热特性数值模拟以及不同环境温度下电池散热特性数值模拟。实验结果表明,锂离子电池中心垂直截面和上下壁面的温度分布均为中心最高,壁面较低,壁面温度梯度大,热量散失速度快;在风孔大小和出口大小相近,充放电倍率为1C时,电动汽车锂离子电池组内散热性最佳;环境温度越低,电池温度升高幅度越大,散热性能越好。     

脉动流与波纹壁通道耦合强化换热及优化研究

为获得节能效果良好的散热通道，并进一步提升壁面结构优化设计效率，提出将遗传算法应用于数值计算过程，建立壁面型线的数学模型。对比分析了正弦脉动流作用下弧型、正弦型和贝塞尔曲线型3类波纹壁通道内流动换热现象，实现应用遗传算法调控优化计算流程，完成了通道结构的精确、快速优化。结果表明，弧型通道的流阻最低，正弦型通道的传热增强效果最好，而贝塞尔型通道兼具适度的传热增强和流动阻力提升。当雷诺数为5 000和10 000时，贝塞尔型通道综合性能显著优于其余两类通道，相对提升均超过20%,而雷诺数增加到20 000时，通道综合性能也仅略小于弧型通道。壁面结构的添加在近壁面处激发出高湍动能区域，增强了近壁面流体与主流的传热、传质过程，近壁面高温工质被周期性地输运向主流方向。以贝塞尔型通道为优化对象，以综合性能评价指标为目标函数，建立了结合遗传算法的壁面型线快速精确优化方法。优化后的贝塞尔型结构整体趋向右后方布置，抑制了背流侧次级涡的分裂，涡结构强度得到保证。这一现象改善了背流侧的温度分布，缓解了局部过热问题，并最终实现了综合性能评价指标高达38.7%的提升。     

浸入边界算法对二维方柱绕流数值模拟

目的研究浸入边界算法在传统CFD领域中的应用,改善内部流场处理方法及壁面处理措施.方法采用适用于刚性边界的浸入边界算法(Virtual Boundary Method),结合时间分步法和交错网格编写出流场计算程序,开展算法模型细节分析及不同雷诺数下二维方柱绕流的数值模拟.结果仅采用双线性插值而忽略内部流场拟化出的物体边界速度收敛至10-7.反馈系数形成的边界能够隔绝内外流场,并使内部流体处于衰减状态;不同雷诺数时方柱绕流流场结构同其他文献相同,不同工况所得气动力参数变化规律均能较好地吻合同类文献数据;壁面处理措施使气动力计算误差降低至10-3.结论 3种工况所得数据均能较好地吻合过往文献所得气动力系数变化规律,在均匀网格下采用壁面处理后的气动力系数虽然更接近于其他参考数据,但不能成为其能够修正壁面流动参数使其得到合理分布的充分依据.均匀网格所造成的近壁面流动特征捕捉缺失亦可能是造成数据差异的原因,且反映此问题的数据差异变化规律亦能在其他文献得到体现,进一步从数值精度方面验证了浸入边界算法程序的模拟能力.     

地板送风室内温度分布预测模型

为了研究地板送风方式下有冷却壁面的房间的室内温度特性,本文对常用的多区热质平衡模型作了些修改.修改后的多区热质平衡模型包括3个模块,即壁面流模块、热羽流模块和热移动模块.该模型综合了墙体热传导、壁面对流热交换以及内部控制体之间的对流热交换过程.并通过典型实验验证了该区域模型的可靠性.研究表明:(1)室内外温差越大,壁面下降流越显著且流量越大;(2)下降流影响房间内温度分布且破坏了地板送风房间的温度分层特性;(3)预测值与实验值有着良好的一致性,因此该模型可用来预测具有冷却壁面的地板送风房间温度分布.     

牵引逆变器散热系统的分析与设计

提出一种用于分析牵引逆变器散热系统的实用方法 .通过分析 2种强制风冷散热系统的散热器温度试验数据 ,确定散热器作为一个均质发热体在典型工况下的温升时间常数和冷却时间常数 ,给出计算散热器动态温度变化的实用公式 .通过比较额定工况的试验曲线与相应的计算曲线 ,验证了该设计方法的合理性     

偏心环空中内管壁受非牛顿流体作用力的数值计算

由于聚合物溶液特有的非Newton流变性,聚驱抽油机井产生了诸如泵效下降、抽油杆偏磨等问题.为研究非Newton流体对内管壁的作用力,分别选用变系数二阶流体和幂律流体模型,建立了流体在偏心环空中流动的基本方程,以及内管壁受非牛顿流体作用力的数学模型;通过有限差分法对流动的基本方程进行了数值求解;并以HPAM水溶液为例,计算了内管做轴向匀速运动时受非牛顿流体的作用力;分析了压力梯度、偏心度、内管速度等对内管壁受力的影响.结果表明,内管壁所受流体作用力在x方向的合力Tx主要受法向应力差的影响,而合力的方向则受压力梯度、偏心度、内管速度等的共同影响;z方向的合力Tz与Tx相比在工程上可以忽略.     

水化热引起的大体积混凝土墙温度分析

根据已提出的考虑混凝土化学反应速度的热传导方程新理论，分析了水化热引起的大体积混凝土墙的温度场，给出了该问题非线性热传导方程的解析迭代公式，研究中，绝热温升采用了基于Arrhenius理论的有效时间的函数，从而导致求解非线性热传导方程，从计算结果得出如下结论：（a)浇筑温度对大体积混凝土墙的最高温升有显著影响，浇筑温度越高，混凝土墙的内外最大温差越大；（b)由于混凝土的导热系数低，墙中心的温度高于其表面温度，这将导致混凝土墙横断面上不同位置在不同时刻具有不同的水化热化学反应速率；（c）水化热化学反应速率随温度升高而加快，从而使混凝土硬化速度加快，初凝和最终凝固时间缩短，因此，在炎热气候条件下宜采用低热水泥。     

水库水温分层的流场分析

水库水温分层是流体密度流现象的一种,其形成受库区内流场、太阳辐射和表层热交换的共同影响,而水温分层状态的出现又将影响水库来流在库区的流动过程和出库水流的温度.以流场与温度场耦合计算的立面二维水库水温模型为基础,对水温分层的主要影响因素进行了理论分析,结合数值模拟讨论了温度场与流场的相互作用,对分层状态与来流发展特别是与垂向流动的关系进行了剖析.认为一定的来流水温差和表层热通量是水库形成分层状态的必要条件;水库表层温跃层对紊动扩散的抑制使温跃层内纵向和垂向动量均低于层外水体,上游来流高温水遇此温跃层之后易被阻碍而形成密度流下潜;双温跃层主要由高温流动层通过紊动不完全侵蚀底部低温水层而形成;水库底部回流区方向受主流动层流线方向控制并随主流动层流线趋于水平而被压缩;泄流孔口高程处主流动层形成的流速切应变使附近温度梯度减小,等温线趋于稀疏,主流动层随流量增加而增厚.     

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。     

内管轴向运动对环空内宾汉流体流动规律的影响

为了分析内管的运动对宾汉流体在环空内流动规律的影响,将宾汉流体的本构方程和运动方程相结合,利用因次分析的方法,得到了宾汉流体在内管作轴向运动时环空内的速度分布。在此基础上分析和讨论了内管运动对宾汉流体在环空内流动时的柱塞尺寸、速度分布、平均速度、柱塞速度、摩擦系数和流量等的影响。结果表明,内管的运动对柱塞大小没有影响,但会影响到柱塞位置,同时内管的运动速度和方向将改变环空的平均速度、柱塞速度、摩擦系数及流量,并使内侧速梯区的速度分布曲线产生移位。     

内管轴向运动对环空内宾汉流体流动规律的影响

为了分析内管的运动对宾汉流体在环空内流动规律的影响，将宾汉流体的本构方程和运动方程相结合，利用因次分析的方法，得到了宾汉流体在内管作轴向运动时环空内的速度分布。在此基础上分析和讨论了内管运动对宾汉流体在环空内流动时的柱塞尺寸、速度分布、平均速度、柱塞速度、摩擦系数和流量等的影响。结果表明，内管的运动对柱塞大小没有影响，但会影响到柱塞位置，同时内管的运动速度和方向将改变环空的平均速度、柱塞速度、摩擦系数及流量，并使内侧速梯区的速度分布曲线产生移位。     

薄层液膜毛细对流换热问题初探

本文讨论了水平流道上薄层液膜的热毛细对流换热问题;在列维奇的热毛细对流模型基础上,考虑了液膜厚度方向的温度梯度;分析了线性流动模型和回流流动模型。采用有限差分法对薄膜内的流动特性和通过液膜热量传递的强弱进行了定量分析,预测了液膜流动与换热强弱之间的依赖关系,求得了无量纲数M(=Re·Pr)与毕渥数B_i和壁面温度梯度之间的变化关系。通过对无水乙醇进行的实验测定,测得了液膜表面流动速度与液膜温度梯度之间的关系。实验结果与数值预测基本一致,偏差值约20%。     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析.把偏心环空视作变外径的同心环空.根据同心环空中流场分布规律.导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式.并结合实验用非牛顿流体钻井液.绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线.解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因.并用实验结果验证了这一结论.初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程.     

热流密度比对环形窄缝通道内单相水换热特性的影响

对双面加热环形窄缝通道内单相水处于充分发展流动情况下的对流换热特性进行了数值计算．计算结果表明，环形通道内、外壁加热热流密度比的不同，对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响．当内、外壁加热热流密度比较小时，内壁的换热强于外壁，随着内、外壁加热热流密度比的增大，外壁的换热得到增强．但是，当内、外壁加热热流密度比增加到一定程度时，外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性．此外，环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降．     

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