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.     

细小竖管内非沸腾气液两相环状流换热特性分析

提出了一种使用竖直细小传热管内高速空气-过冷水环状两相流用于质子交换膜型燃料电池高效冷却的方法．理论模拟结果表明。在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热、液膜蒸发和湿蒸汽吸热。各种因素影响这3部分热量的耦合匹配，使得管内两相流的传热传质特性十分复杂．在管内的前段部分，液膜升温吸收大部分壁面热量。而在大部分区域内，对流蒸发耦合换热是支配性的传热方式。即使在十分高的热流密度条件下，壁温也能够稳定地保持在质子交换膜型燃料电池运行温度以下．探讨了各种流动条件、加热管几何尺寸、壁面热负荷等系统参数对两相流传热传质特性的影响．     

一种新型电机用冷却装置

目前对于高功率密度电机主要采用机壳水冷装置进行冷却,对电机内部降温效果较差.提出一种新型的电机冷却方法,即在机壳内部设置热空气通道与冷却水通道,两者直接发生热交换,将电机内部热量带出,避免电机内部产生局部过热.     

壁面参数对甲烷微尺度催化燃烧的影响

采用计算流体力学方法对微通道中甲烷/空气预混气体在铂催化剂作用下的表面反应及散热特性进行了数值研究。3维模型采用详细的表面基元反应机理,并考虑了壁面与流体区域的耦合传热、壁面内的导热及壁面与外界环境间的对流、辐射换热等传热过程。计算结果显示：导热系数会极大地影响壁面温度的均匀性,外壁面的对流换热系数及发射率则是决定微燃烧器热量损失的关键因素。增大壁厚虽然可以减小单位面积散热,但是会增加总的热量损失。热量损失的大小会改变微通道中燃料的反应速度和停留时间,从而对甲烷的转化率造成影响。研究表明：在构建微燃烧器时宜采用具有较大导热系数的材料,同时采用多种方法来降低壁面热量损失。     

玻壳模具冷却腔内流动传热的数值模拟

给出了玻壳模具冷却腔的流动换热模型及模具冷却腔内表面传热系数的计算方法,采用雷诺时均方程法和可实现是k-ε湍流模型对凸模冷却腔中冷却水的流动和传热进行数值模拟,近壁区域的处理采用壁面函数法．以此为基础,可以计算出冷却水的速度场、换热系数场等的分布,为玻壳模具温度场的数值分析提供了必需的边界条件．     

高超声速飞行器布雷顿循环PCHE中CO2换热特性数值研究

基于高超声速飞行器布雷顿循环中印刷电路板换热器(PCHE)的应用,对PCHE通道中的超临界换热进行了数值研究.阐述了热侧运行参数和冷侧运行参数对换热的影响机制.考察了热侧流体温度、流线和湍动能的分布情况.评价了热侧■流、壁面■流和通道综合换热系数,建立了热侧换热关联式.计算结果表明：热侧压力提高、热侧进口温度下降、冷侧进口温度减小,均导致热侧换热增强.局部高湍动能是强化换热的原因.提高热侧参数可使通道的■耗散性更小.     

凹坑-树状分叉微细通道换热特性的数值研究

通过求解三维雷诺时均N-S方程和SSG雷诺应力模型,数值研究了透平叶片内部树状分叉微细通道中的流动和换热特性,着重分析了壁面凹坑结构对通道强化换热特性的影响。研究表明:在本文研究结构下,通道分叉引起的纵向涡二次流和凹坑引起的分离涡二次流是通道换热得到强化的主要原因。蒸汽和空气在通道中的二次流涡旋流动特性相似,但热物性的差异使得蒸汽的平均努塞尔数比空气的高约48%～67%。在不同的凹坑流向间距下,蒸汽冷却的摩擦系数比均随着雷诺数的增加先减小后增大,努塞尔数比和强化换热因子则均随着雷诺数的增加而减小。当凹坑流向间距为3时,通道中蒸汽冷却的强化换热性能最佳。     

多段转弯连接回转通道的换热和压力分布研究

为了掌握涡轮叶片内的多段通道连接关系对回转通道壁面换热和沿程压力分布的影响,采用数值模拟方法研究了带肋单通道、回转通道模型的流动特性,通过瞬态液晶实验测量了回转通道壁面换热分布,揭示了多段通道连接关系对回转通道壁面换热的影响机理。实验结果表明:转弯连接使各段通道的速度分布不均;回转通道沿程压力系数逐渐减小;转弯连接使回转通道各段通道的换热分布不对称,沿流向的努赛尔数Nu逐渐减小;沿程展向平均Nu呈多波峰状分布,肋的扰流作用沿流向逐渐减弱,且两肋之间的高换热区沿流向逐渐向肋下游的背风面偏移;肋间区域的平均Nu沿流向逐渐减小;回转通道各段平均Nu随雷诺数的增加而增大,且增加幅度逐渐减小。     

狭缝宽度对分离式柱肋冷却通道内传热与流动影响的数值计算

在雷诺数为8 200~52 500内分别针对宽度为1.0,1.5,2.0,2.5mm的分离式柱肋冷却通道和同类型的柱肋冷却通道进行了传热特性和流动性能的三维稳态数值计算研究.数值计算采用结合加强壁面处理的realizable k-ε模型.将计算结果进行网格独立性验证和实验验证以保证数值计算的准确性.在所研究的Re数范围内着重分析了分离式柱肋中间狭缝宽度对冷却通道内流场和局部换热特性的影响.数值计算结果表明:分离式柱肋狭缝宽度对冷却效果有很大的影响,在研究的Re数范围内,分离式柱肋存在一个最优宽度,使得冷却效果最佳.     

发汗冷却湍流换热过程的数值模拟

为了验证湍流二方程模型在数值模拟发汗冷却过程的适用性,在PHEONICS3.3软件平台上采用两层k-ε湍流模型对无发汗冷却和有发汗冷却时的矩形槽道内湍流流动和换热进行了数值模拟。计算结果表明:发汗冷却使得边界层显著增厚,壁面摩擦阻力因数大为减小;随着冷却气体流量的增加,壁面温度和局部对流换热系数都大大下降。在注入率为1%左右时,发汗冷却段的壁面温度相对值降到了20%左右,局部对流换热系数相对值降到了50%以下。所得到的计算结果与已有关系式符合得很好:注入率在2%以内时误差小于10%。     

阳极电催化剂在直接甲醇燃料电池中的应用

直接甲醇燃料电池以燃料甲醇来源丰富,价格低廉,储存、携带方便而成为近年的研究热点.评述了电极催化剂在直接甲醇燃料电池的研究概况,详细介绍了各种催化剂对甲醇氧化的作用.     

直接甲醇燃料电池的阳极进料系统及控制策略

直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells,DMFC)的甲醇燃料的利用关系到系统的能量密度,是其微型化亟待解决的问题。为了提高甲醇利用率和提高系统的能量密度,必须采用必要的进料系统和控制策略。该文从主动和被动两类系统总结了面向直接甲醇燃料电池的关键系统组件和相关的控制策略,从系统工程的角度加以分析,总结了DMFC用甲醇传感器和系统控制的设计开发思想,并指出电池型化学传感器将是DMFC用甲醇传感器的主要开发方向,系统需采用脉冲式进料和混合动力方式以适应不同模式的负载。自呼吸电堆需采用基于化学势为推动力的被动式进料方式。采用空载自升温模式有助于缩短启动时间。     

用于直接甲醇燃料电池系统甲醇浓度控制的软测量

为了提高直接甲醇燃料电池燃料的效率,并使该系统微型化,提出了一种用于控制该系统中循环甲醇浓度的软测量算法。该算法利用甲醇浓度对电化学响应的特性,将电堆的电流、电压以及温度作为对浓度的响应参数,将每片电池作为传感原件,准确测量电池的电流、电压和温度。结果表明,采用该算法从实验结果推测值的甲醇浓度误差小于0.40%。该算法可用于微型燃料电池的开发。     

代替甲醇作为直接燃料电池燃料的有机物研究进展

发展直接甲醇燃料电池,要面对不少困难,所以有必要寻找其他有机物代替甲醇作为直接醇类燃料电池的燃料．综述了可代替甲醇作为直接醇类燃料电池燃料的有机物,主要有乙醇和多羟基醇．其中乙醇是人们最感兴趣的有机物,是可再生、环保型能源．乙二醇是多羟基醇类中最简单的醇,具有较高的化学能／电能转换率．     

直接甲醇燃料电池的数学建模与神经网络辨识建模

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)非线性系统建模问题,提出了两种不同的建模方法(1)采用电化学、流体动力学、热力学等理论,建立了DMFC电池性能数学模型;(2)利用改进型BP神经网络建立DMFC电池性能辨识模型.结合DMFC实验数据进行仿真测试,结果表明这两种建模方法均合理、有效,建立的模型精度较高,从而为设计DMFC在线控制器奠定了基础.     

基于ANFIS的DMFC温度建模和改进模糊控制

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)的实时控制要求,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对DMFC系统的工作温度进行建模与控制.基于实验数据建立DMFC电堆温度模型,避免了DMFC电堆的内部复杂性分析.以训练好的网络模型作为DMFC控制系统的参考模型,采用一种改进的模糊遗传算法(FGA)在线对神经模糊控制器的参数和模糊规则进行自适应调整.将所提出的算法与非线性PID和传统模糊算法进行实验比较,结果表明所设计的神经模糊控制器具有较好的性能.     

燃料电池的模糊神经网络辨识建模与电压控制

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)输出电压易受电池负载变化影响的问题,提出了利用模糊神经网络辨识技术建立DMFC的电特性模型.基于该辨识模型,设计了一个自适应模糊神经电压控制器,其参数采用改进的BP算法进行在线修正.仿真结果表明,对DMFC采用辨识建模的方法是有效的,建立的模型精度较高,所设计的自适应模糊神经电压控制器性能优越.     

阴极低铂载量催化剂直接甲醇燃料电池的交流阻抗谱

为了降低直接甲醇燃料电池(DM FC)的成本,研究了阴极低铂载量催化剂的DM FC的交流阻抗谱(E IS)。利用等效电路,考察温度、空气体积流量对DM FC单电池的反应动力学、传质以及欧姆阻抗等电极过程的影响。实验表明:膜阻抗、常相位角元件的电容、电荷转移电阻、以及甲醇氧化弛豫过程相关的低频电感和电阻随着工作温度的升高而呈规律性的变化;空气流量则对电荷转移电阻和低频电感的影响较为显著。     

直接甲醇燃料电池中碳载Pt—TiO2阳极复合催化剂的研究

首次报道了通过化学还原和溶胶－凝胶法了直接甲醇燃料电池（DMFC）中Pt-TiO2/C阳极复合催化剂对甲醇氧化呈出了很好的电催化活性和稳定性,研究了催化剂的组份和制备条件对催化剂性能的影响,这种催化剂有望能在DMFC实际使用。     

阳极流场结构对直接甲醇燃料电池性能影响研究

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其能量密度高、环境友好、结构简单和储存携带方便等优点在便携式产品领域得到广泛关注。流场结构设计是否合理是影响燃料电池输出性能的关键因素之一。本文采用非均衡流场的设计思路,对比了非均衡蛇形流场和均衡蛇形流场的DMFC输出性能。实验结果表明,非均衡蛇形流场结构能够提高DMFC的输出性能,当DMFC水平放置时,非均衡蛇形流场的DMFC峰值功率比均衡蛇形流场的DMFC提高33%左右;均衡蛇形流场的DMFC竖直方式放置时,其输出性能比水平放置时有明显提高,而非均衡蛇形流场的DMFC竖直方式放置时,其输出性能与水平放置时相差不多。