高瑞利数下封闭腔内自然对流的数值模拟

为了推广应用高瑞利数下的自然对流换热技术,有必要对自然对流流动与换热特性进行深入研究。采用不引入人工扰动的直接数值模拟方法,对发生在高宽比为4的封闭腔内的自然对流流动与换热进行了研究,分析了平均温度、平均主流速度、涡量和局部努塞尔数的分布特性。研究结果表明:从静止等温流体初始条件出发,不引入任何人工扰动自然对流可以顺利发展到湍流,节约了计算资源;即便瑞利数等于1010,自然对流的平均温度、平均主流速度、涡量和局部努赛尔数分布都具有边界层型流动和换热的特征;在普朗特数为0.71~500的范围,当封闭腔内自然对流换热出现湍流换热特征时,局部瑞利数处于107~108量级。     

旋转带肋回转通道流动换热数值模拟

为进一步了解涡轮动叶旋转内冷通道的流动换热规律,选取动叶内通道的相似放大模型进行实验和数值模拟研究。通道进口雷诺数为17 000,3个出口的流量分配比为1∶2∶1,旋转半径与水力直径比为46.4,旋转数分别为0和0.09。静止实验测量了沿程静压系数和努赛尔数(Nu)分布,三维数值模拟了旋转通道内部涡结构对流动换热的影响。结果表明:旋转造成通道涡偏移,改变了速度场分布,使哥氏力指向的壁面附近流速增加;旋转离心力使径向出流沿程静压系数逐渐增加,径向入流沿程静压系数迅速降低;肋扰流涡使沿程展向平均Nu呈多波峰状分布;转弯回流涡使得转弯下游通道的Nu不对称分布;旋转促使内通道的流体偏向哥氏力指向的壁面,增加了径向出流压力面和径向入流吸力面的Nu。     

长菱形微针肋热沉的流动与换热特性

加工硅基长菱形微针肋热沉,并对其流动与换热性能进行试验研究和数值模拟。结果表明:在试验雷诺数Re范围内,长菱形针肋的换热系数随Re的增大而增大。雷诺数相同时,热流密度对换热系数的影响较小。热阻随泵功的增加不断降低;在泵功较小时,热阻降低的速度较快;当泵功增大到一定值时,热阻的变化趋于平缓。在一定的泵功下不同热流密度之间的总热阻没有太大的区别。努塞尔数Nu随Re增大而增大。与同样尺寸圆形、菱形针肋相比,长菱形针肋具有较好的换热性能,可以避免针肋尾部涡脱落造成的阻力损耗,同时长菱形针肋尾部延伸拓展了换热面积并扩大了固体导热区,从而提高换热效果。     

液氮通过受热U型管传热特性的数值模拟

对单相液氮通过受热竖直U型管的传热特性进行了三维数值模拟.采用结构化网格，并对近壁面处网格加密,对网格无关性和模型有效性进行了验证.将入口速度、出口压力和均匀壁面热流密度作为边界条件及利用标准的k-ε紊流模型和CFX 4.4求解器求解.模拟结果发现：在U型弯头上游直管中，流体温度形成中心低四周高的分布形式；在U型弯头内，流体被二次流重构，温度较低的流体流向管外侧，温度高的流体则流向管内侧；在U型弯头下游直管中，中心低四周高的温度分布逐渐得到恢复.通过分析，曲率比对下游努赛尔数影响明显，其影响区域可用下游努赛尔数达到极小值来衡量；存在一曲率比，使下、上游努赛尔数百分比达到极小值.最后，将模拟得到的平均努赛尔数与不同的经验关联式作了比较.     

热源位置对室内自然对流换热影响的数值分析

利用热和流体流动控制方程,以室内局部加热(集中热源)的自然对流换热现象为研究对象,分析讨论了不同瑞利数Ra(Ra=103～106)、不同热源位置时的室内流体流线、等温线分布特征以及平均努赛尔数Nu的变化.分析结果表明:针对某一固定热源位置情况,随着Ra的增大,室内的热传输形式由热传导逐渐变为对流换热,等温线和流线形状随着Ra的增大发生变化,流线逐渐变得"紊乱";Nu与Ra呈幂数关系,拟合后其线性相关性可达93%.     

三通道同心套管导热与对流耦合换热的数值模拟

采用整体求解法对常物性的冷、热流体在三通道同心套管中层流逆流流动时的导热与对流耦合传热问题，进行了数值模拟．结果表明，3个通道除各自的入口段局部努塞尔数Nu沿通道变化外，其后均为充分发展段，局部Nu保持不变，且通道内侧的换热比外侧好．固体与流体的导热系数之比λsf对耦合换热产生影响，耦合情况下的Nu比均匀热流边界条件下的Nu要小，随λsf的减小，固壁内的导热对Nu的影响加大．     

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.     

封闭方腔自然对流的涡结构和传热特性

为研究封闭方腔自然对流的涡结构和传热特性,对普朗特数,Pr=0.71,方腔高长比A=H/L=1,瑞利数Ra=1.58×109的二维封闭方腔自然对流进行了直接数值模拟. 给出了水平边界层发展阶段和垂直边界层转捩阶段的流场结构以及Nu数分布. 结果表明,压力梯度对方腔的水平速度变化起着决定性的作用;高Ra数下的自然对流在逆压梯度作用下水平方向形成一系列的涡,这些涡使得水平边界层流动形成分层结构;壁面Nu数与速度梯度?v/?y有着密不可分的关系.      

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。     

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。     

涂装油缸清洗机喷淋清洗筒结构的设计

以涂装油缸为实验对象,根据涂装油缸清洗机喷淋清洗筒自身的结构特点,分析油缸在进行涂装之前受污染的主要原因。从清洗机设备的工作原理入手,找出原有设备在清洗油缸工件时因喷淋清洗筒结构设计的不合理,导致对油缸工件表面清洗不彻底、喷淋清洗后无法及时进行干燥等问题。通过改进设计清洗机喷淋清洗筒内外部分的结构、合理优化喷淋清洗筒的相关参数来解决上述存在的问题,使涂装油缸的清洗质量和效率得到显著提高。     

数值模拟放置附属圆柱的主圆柱绕流

利用格子Boltzmann方法, 对主圆柱尾流区域内放置附属圆柱的绕流进行数值模拟. 结果表明: 放置单个附属圆柱时, 主圆柱所受阻力减小, 阻力
系数发生周期性改变; 放置两个附属圆柱的减阻效果更好.     

旋转气缸压缩机缸体的静动态特性

利用流体动力润滑理论,建立了旋转气缸压缩机缸体的静、动态特性计算模型,以1台XG-0.36／7型旋转气缸空气压缩机为例,求解了机器缸体的轴心轨迹等动态特性以及缸体的摩擦功耗等静态特性,并对计算结果与有关实验进行了对比。     

圆柱与扭转柱杆件受电弓气动与噪声研究

受电弓气动与噪声性能对高速列车非常重要,为此开展了圆柱和扭转柱杆件受电弓气动与噪声仿真分析。与圆柱杆件相比,扭转柱杆件受电弓虽然平均阻力稍有增大,但其平均和脉动升力大幅度降低,从气动力角度来看对改善受电弓运行稳定性和受流质量有积极作用。通过对受电弓尾迹流场开展聚类分析发现,圆柱杆件和扭转柱杆件受电弓尾迹流场均存在三条闭环转换路径。与圆柱杆件相比,扭转柱杆件的第二条转换路径稍短,但第三条转换路径稍长。当下臂杆由圆柱变为扭转柱时,在高度方向将由单一的旋涡向多个正负交替旋涡转变。扭转柱杆件受电弓消除圆柱杆件受电弓的峰值噪声,总声压级减少了1.5 dB,改善了受电弓气动噪声性能。     

发动机缸体和缸盖裂纹的检验与修理

简述了发动机缸体和缸盖裂位的检验与修理的具体方法。     

双马达驱动弹性圆柱负载的动力学分析

为了考察双马达驱动系统输出力矩同步性对弹性负载变形与应力分布的影响，研究了简化的双力矩驱动弹性圆柱负载模型.基于连续弹性体的振动理论，建立双力矩驱动弹性圆柱负载的一维扭转振动方程，给出了弹性圆柱负载变形与剪应力的解析解.对解析解的分析表明，当输入力矩完全同步时，变形与剪应力中的奇数阶模态响应将被抑制；数值计算结果表明，当输入不相同的阶跃转矩时，负载的最大剪应力水平将显著增加.     

有限水深环境中圆柱与圆柱基座之间激振力的研究

考虑两个同轴的竖直圆柱体,其中一个是实心基座,作为沉箱的近似,另一个是空心圆柱体.这两个圆柱体表现出的衍射现象可以看做是一种波浪能装置.将这些产生的能量转化以后可以得到广泛的实际应用.在各项参数都确定的区域,本文用变量分离的方法得到解析表达式.沿着虚拟边界,通过使用适当的匹配条件,推导和解出了一个含有未知参数的线性系统.由各种可能的解析表达式可得到各个圆柱体的激振力.针对不同的半径和间隙,得到一个激振力的序列.激振力随着半径和间隙的变化而改变.本文用图表的形式描述了这个结果,并进行了对比,最终发现,激振力只有在低频的时候才更加明显.     

缸套与机体配合公差对缸套失圆的影响

采用有限元模拟和试验相结合的方法,研究了在螺栓预紧力作用下,缸套定位环带和机体配合对柴油机缸套失圆变形的影响。建立了包含柴油机机体、缸盖、气缸垫、气缸套和螺栓等的组合体有限元模型,用实测的缸套变形量验证了有限元建模和计算的准确性。在此基础上,计算了不同配合公差下缸套失圆量变化情况,研究了缸套与机体定位环带配合公差对气缸套失圆的影响规律,并通过傅里叶变换的方法对缸套失圆变形进行了阶次分析。研究结果表明:缸套定位环带与机体配合公差对缸套的失圆影响显著,可以通过控制配合公差的方法改善装配后缸套的失圆变形。     

压缩式垃圾车专用推板油缸涨缸的机理分析及解决方法

本文分析了推板油缸涨缸的原因,并提出了简单可行、成本低廉的解决措施,使推板油缸的可靠性和耐久性得到了保证.     

静止方柱和圆柱绕流的二维数值分析

运用流体计算软件CFX模拟了静止方柱和圆柱在不同雷诺数条件下（层流区、亚临界区、超临界区）的绕流问题.采用层流和SST湍流模型,基于二维纳维斯-斯托克斯方程（N-S方程）,计算得到了相应的绕流参数：斯托罗哈数St和阻力系数Cd.将绕流参数与现有文献的绕流结果进行比较,验证了该数值模拟方法的正确性.分析了雷诺数Re对绕流参数的影响,获得了方柱和圆柱的St、Cd随Re的变化规律.通过对比方柱和圆柱的绕流参数,发现较大雷诺数时方柱的斯托罗哈数远低于圆柱的斯托罗哈数,但同时其阻力系数却高于圆柱的阻力系数,而在圆柱绕流中明显存在的阻力危机现象在方柱绕流中并不明显.