间接蒸发冷却的传热强化研究

本文对三种低肋扰流丝网强化结构进行了对比实验，实验揭示了各因素对传热效率的影响，并发现此结构具有良好的传热、传质、低流阻效果。     

基于ANSYS Workbench的聚合物熔体孔芯式冷却结构数值模拟及优化

提出了一种结构强度大、冷流体流道独立密封的孔芯式冷却结构,采用数值模拟计算分析孔芯直径和孔芯数量两个主要结构参数对熔体冷却均化性能的影响规律,并利用综合评价指标计算得到了一定工艺条件下的最优结构参数值。研究结果表明：与孔芯数量相比孔芯直径对结构冷却均化性能的影响更加显著;适当减小孔芯直径、增大孔芯数量有助于减小孔芯结构的压力损失,提高孔芯结构的冷却均化性能;在固定外形尺寸且10 kg/h产量的工艺条件下,最优化结构参数值为孔芯直径6 mm,孔芯数量12。     

振动作用下单螺杆挤出机内聚合物熔体的流动

提出了一种求解二维耦合流场的有限差分数值模拟新方法，避免了求解压力Poisson方程。对振动力场作用下聚合物熔体在单螺杆挤出机螺槽内的流场进行了数值计算，得到了不同时刻螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力分布。结果表明，振动将导致螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力周期性变化，当振动扰动系数较大时，螺槽展开方向甚至会出现瞬时压力反流．最后，通过剪切应力的分布曲线证明本研究所得结果的正确性。     

压延胶片与冷却鼓传热过程的数值模拟

压延成型胶片在冷却鼓上的冷却对胶片质量起着至关重要的作用。在胶片冷却过程中,需控制冷却鼓数量和冷却水流量实现合理有效的冷却,以保证胶片的质量。应用Fluent软件对胶片在冷却鼓上的稳态换热过程进行数值模拟。针对固体动边界传热模拟技术的限制,提出了热-流-固耦合换热下胶片冷却的模拟方法,并对6种不同胶片在10个冷却鼓上的冷却过程进行了模拟,得到了胶片的温度分布。与实测数据对比发现,模拟结果和实测结果吻合,验证了本文提出的传热模拟方法的合理性,解决了薄膜移动边界传热模拟问题。     

间接蒸发冷却的传热强化研究

本文对三种低肋扰流丝网强化结构进行了对比实验．实验揭示了各因素对传热效率的影响，并发现此结构具有良好的传热、传质、低流阻效果     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明:单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

蒸汽冷却厚壁通道传热性能的耦合传热研究

基于厚壁带肋通道蒸汽冷却实验数据,发展了含有内热源项的耦合传热计算方法,研究了雷诺数、热流密度和湍流度对厚壁矩形带肋通道内蒸汽流动及传热特性的影响,同时对比了耦合传热方法和只计算流体域方法之间的差异,并在此基础上对努塞尔数与雷诺数、热流密度和湍流度之间进行数值拟合,得到了厚壁带肋通道的传热关联式。研究结果表明:含有内热源项的耦合传热计算模型可以准确地模拟厚壁带肋通道内蒸汽的流动与传热特性,只计算流体域模型对传热系数的预测较耦合传热模型低10%;热流密度对厚壁带肋通道蒸汽摩擦和传热特性的影响较小,高热流密度使得壁面传热效果变差;雷诺数从10 000~90 000变化时,平均传热系数和综合传热因子分别提高了76%和63%,而湍流度从3%~15%变化时,平均传热系数提高了大约24%,综合传热因子提高了19.8%。该研究可为未来重型燃机叶片冷却结构设计提供参考。     

单螺杆振动诱导熔体输运模型与实验研究

采用自行修正的Tanner本构模型建立了单螺杆振动诱导塑化挤出机在熔体输运过程中的近似解析模型,根据黏性耗散功相等推导出了振动力场对熔体表观黏度的影响系数;并在单螺杆振动诱导塑化挤出机上就振动力场对聚合物熔体输运过程的影响进行了实验研究,分析了螺杆振动频率与振幅对挤出压力和挤出特性的影响规律.理论与实验结果均表明,单螺杆振动诱导熔体输运可实现低压挤出,但会导致螺杆特性变软.     

加强微米钠米传热与电子器件冷却的研究

2002年8月18～23日，世界40余个国家的近500名代表参加了在法国格林诺贝尔(Grenoble)召开的第12届国际传热大会(12th International Heat Transfer Conference)，代表们分别来自中国(含台湾省)、美国、法国、英国、德国、俄国、日本、韩国、波兰、瑞士、澳大利亚、加拿大、意大利、印度、以色     

同向双螺杆挤出结晶型粒料非啮合区熔融过程模型

利用可视化技术对同向双螺杆挤出熔过程做了观察,就较大加料量加工结晶型粒料的情况建立了非啮合区熔融模型,并进行了实验验证。给出了计算结果与实验数据,对模型建立中的一些问题进行了讨论。     

复合冷却涡轮导叶的气热耦合数值模拟

采用气热耦合方法对高压涡轮一级导叶带全气膜冷却、冲击冷却和尾缘劈缝冷却的复合冷却结构进行了数值模拟。分析了带复合冷却结构叶片的三维温度场,主要研究了主流燃气雷诺数、冷气与燃气的流量比和燃气与冷气的温比对叶片温度和冷却效果的影响。结果表明:随着流量比增大,叶片前缘壁面平均温度先增后减,压力面和吸力面温度均减小。叶片壁面各处平均温度随温比增大而降低,受雷诺数影响很小。叶片综合冷却效果随流量比增大而增大,受温比和雷诺数影响很小。     

螺纹钢筋穿水冷却时的对流换热系数模型

针对我国近年来引进的棒材连轧生产线普遍采用的环状喷嘴冷却器，经实测得到了螺纹钢筋在穿水冷却过程中的对流换热系数计算模型，并据此对钢筋轧后穿水过程中的温度场变化进行了计算机模拟与预报。经在唐钢棒材厂的试验表明，温度的计算结果与实测符合得较好，从而为钢筋组织性能的控制及高强钢筋的开发提供了强制对流换热系数的实用而可靠的计算方法。     

Film cooling with using the decomposition of an NH3 cooling stream as a chemical heat sink

The inlet temperatures of gas turbines are generally increasing over time,so conventional cooling methods are likely to approach their useful limits.It is therefore essential to investigate novel cooling methods.Based on the theory of heat transfer enhancement,a novel film cooling method for gas turbine blades using a chemical heat sink is proposed.In this method,the endothermic reaction of an NH 3 cooling stream heated by the main gas stream takes place,reducing the convective heat transfer between the mainstream and the blades.Therefore,film cooling effectiveness is improved.To test the feasibility of the proposed method,numerical simulations were conducted,using the classical flat plate with a 30 degree angled cylindrical hole(diameter,D).Film cooling effectiveness at different blowing ratios(M = 0.5,1.0,and 1.5) were computed and compared with the results of conventional cooling methods.The simulation results show that the proposed method can enhance film cooling effectiveness not only in the stream-wise direction,but also in the span-wise direction.The span-averaged film effectiveness is improved in the presence of a chemical heat sink,with the value of X/D(the ratio of downstream distance from the center of the film hole to the diameter of the film hole) increasing downstream of the film hole.The novel film cooling approach showed the best performance at M = 0.5.     

钢管张力减径过程传热模型

为了提高钢管张力减径过程的轧制质量、降低能耗以及控制终轧温度的准确性,从而为钢管出炉温度提供科学设定依据,通过对传热机理分析,建立了钢管张力减径过程传热模型,给出了除鳞、轧制及空冷阶段钢管边界热流的计算式.基于塑性材料的变分原理,建立了轧制变形区的变形热计算模型.结果表明:变形热对钢管温度分布影响不可忽略;该模型能真实反映钢管在张力减径过程中的温度变化,与实测结果吻合较好,可用于钢管再加热和张力减径过程中的参数分析及工艺优化.     

半结晶性聚合物熔体冷却过程双尺度模拟

聚合物的结晶受温度及温度历史影响较大,同时发生结晶又会对聚合物材料温度场产生影响. 为了准确模拟冷却过程中温度场和结晶情况,将半结晶性聚合物熔体冷却过程及其结晶过程耦合起来分析,把宏观温度场结果作为介观模拟的输入,再把介观模拟的球晶生长情况作为宏观温度场模拟的输入,可同时得到宏观与介观二个尺度的模拟结果. 由于该耦合建立在一定的物理基础上,模拟得到的结果较为合理.     

喷雾冷却中射流出口高度和高温钢板表面温度对换热系数的影响

利用有限元耦合场数值模拟计算方法进行了高温钢板纯水喷雾冷却的模拟,研究了射流出口高度和钢板表面温度对换热系数的影响.模拟结果表明:在其他参数不变的情况下,随喷射距离(在200～500 mm范围内)的减小,换热系数总体呈增加趋势;随钢板表面温度(在1050～1 200 K范围内)的增加,换热系数总体呈减小趋势.     

烧结多孔壁面发汗冷却换热的实验研究

为开发有效的热防护技术,分别采用均匀青铜颗粒和不均匀青铜颗粒烧结而成的多孔板作为实验段,对平板发汗冷却进行了实验研究。实验结果表明:发汗冷却能有效地减少壁面和高温流体之间的换热;颗粒直径越小,相同条件下的冷却效果越好,但是需要的压降越大;在相同的压降下,不均匀颗粒多孔板中,直径大的一侧压阻小,相当于增大了注入率,因此壁温下降幅度更大。合适颗粒直径的选择与孔隙率、压降和强度的要求有关。     

高温气体流过圆管时壁面发散冷却的数值模拟

对超高温燃烧室发散冷却全场进行有效的数值模拟对燃烧室材料结构设计具有重要的意义。该文通过FLUENT 6.1,采用RNG k-ε湍流模型,建立了高温气体流过圆管时多孔介质壁面发散冷却的全场耦合数值计算模型。该模型计算结果与低温氦气、低温空气发散冷却实验结果基本吻合。该文研究了常温氢气对超高温燃烧室内燃气的发散冷却,结果表明,忽略对流传质边界层的影响会导致计算预测的壁面温度偏高,忽略孔隙率局部分布的不均匀性会导致冷却壁面端部出现高温计算结果,这不符合常理。在注入率为1%左右时,冷却壁面温度在400~900 K的范围内,壁面局部热流密度降至200 kW/m2左右,可以满足航天器燃烧室保护壁面的需要。