中冷器布置对内燃机冷却系统性能影响的试验研究

为了解决增压内燃机中冷器和散热器布置匹配问题,研究中冷器和散热器不同布置形式的散热特点及对内燃机冷却系统性能的影响.利用风洞试验和内燃机冷却性能台架试验,结合中冷器中不同的流动介质,针对不同的布置形式进行研究.试验结果表明:布置形式不同,对各自散热效率、热分布、模块整体风阻等的影响较大;风冷式传导介质,串联式风阻较并联式大,并联式散热效率优于串联式,但串联式热分布更均匀;水冷式传导介质,两种形式各方面差异较小.在实际设计中,根据内燃机中冷器不同的冷却介质、整体空间等选择最优的布置形式.     

船用增压四冲程柴油机中冷器传热恶化对性能影响分析

描述了大发6PSHdM-26H柴油机中冷器的功用及运行影响因素,并根据其工作机理和结构特点,建立相应的物理模型和数学模型,确立数值计算方法,给出中冷器传热恶化对柴油机运行性能影响的计算结果及分析.指出中冷器传热恶化对柴油机有效耗油率的影响是双重的,污阻气流阻力增大和冷却能力变小,均使柴油机有效耗油率升高.     

大功率半导体发光二极管液冷板散热性能分析

液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明：设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。     

电动汽车锂电池模块化热管理系统的设计及实验研究

针对电动汽车锂电池在高温情况下极易引发电池的性能退化,甚至导致热失控的问题,提出了一种电动汽车锂电池模块化热管理系统设计方案。所设计的系统采用20节圆柱形电池交错排列方式,电池之间布置6块内含冷却液流道的冷却单体,利用冷却单体中流动的冷却液迅速带走电池在工作时产生的热量,保证锂电池工作在25～40℃的适宜范围内。采用所设计系统针对冷却液流速、管道连接方式对电池模组冷却性能的影响进行仿真与优化,并根据优化结果,搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明:增大冷却液流量可有效提高冷却效率,但流量的选取应权衡冷却效果与消耗功率的利弊;电池并联的最高温度和温差比串联分别下降了7.55℃和6.74℃,说明并联对提高整个模块化电池热管理系统的散热性能具有较好的效果,在电池包数量较大时,宜采用并联方式;并联缩短了温度大范围波动的时间,减小了过大的温度波动对电池造成的影响。     

车用驱动电机冷却系统仿真研究

针对车用驱动电机在提高功率密度过程中的冷却问题,以某型号水冷永磁同步电机为研究对象,建立三维流固耦合传热数值仿真模型,采用有限体积法对电机温度场和水道流场进行求解,并用试验数据对计算结果进行验证。在此基础上,计算不同冷却介质入口温度和流量、介质类型、冷却流道截面形状和圈数下电机内部的流动传热情况,以电机温度场、流道压降等参数作为评价指标对不同条件下的冷却性能进行评价分析。研究结果表明:随着冷却介质入口温度的降低或入口流量的增大,电机各部件的温度显著下降,但增大流量会使泵功指数增加;分别以冷却油、乙二醇水溶液、水作为冷却介质时,相同流量下的散热功率依次增大,而压降则依次降低;机壳上的螺旋形流道圈数越多,散热功率和压降均越大;保持流道截面积不变,改变截面形状对电机温度影响较小,但对压降有较大影响,其影响与换热面积相关。     

工程车辆双风扇冷却模块散热性能数值仿真

为了解并联式双风扇冷却模块散热性能特征,研究了冷却风扇转速与散热器性能之间的关系特征.以国内某型双钢轮振动压路机为研究对象,用计算流体力学(CFD)与虚拟风洞相结合的方式,对原始方案进行分析,将分析结果与试验结果相对照,验证仿真方式的正确性和有效性.在尽量保持散热功率相近的前提下,采用"大迎风面、低厚度散热器、并联式双风扇"散热方案,对方案进行数值仿真.结果表明:原始方案中,仿真与试验最大误差为4.07%,最小误差为2.83%,在可接受范围内;风扇A和B分别对冷却液和液压油散热器性能影响较为明显;双风扇方案中,中冷器性能与风扇转速呈现非线性特征,当转速相同时,中冷器性能有所提升,当均为1 900 r/min时,热流体出口温度与原方案较为接近;双风扇转速组合特征可依据工况变化进行调整.     

球窝/球凸结构下的U型通道蒸汽冷却性能

采用标准k-ω湍流模型研究了球窝/球凸结构下U型通道内蒸汽的传热与阻力特性,计算、分析了雷诺数为1×104~5×104、来流温比为0.79~0.93、出口压力为0.5~3MPa时通道内的流动与传热性能,获得了拟合的传热关联式,对比了蒸汽与空气冷却特性的差异。研究结果表明:雷诺数增加在提升总体传热效果的同时能够有效降低流动阻力系数;来流温比增大对强化传热的作用并不明显,但可以有效降低流动阻力损失;提高出口压力可以有效增强传热效果,但大大增加了流动阻力;出口压力为1.5~2MPa、来流温比为0.84~0.88时蒸汽冷却参数能够获得较为理想的综合换热效果;与空气相比,蒸汽的热物性更容易受到温度和压力的影响,导致传热增强系数的变化较大,此时雷诺数的变化对传热增强系数的贡献并不显著;拟合的传热关联式可以准确预测通道内蒸汽冷却换热系数。     

新能源汽车锂电池热管理系统热性能分析与优化控制研究

为了提高新能源汽车锂电池的使用寿命和性能,本研究通过仿真、试验对新能源汽车锂电池的热管理系统进行了分析。首先建立了锂电池组和冷却结构的计算模型,然后设计了锂电池热管理系统,在此基础上,对锂电池热管理系统冷却结构进行了优化,最后,分析了计算模型的仿真结果和热管理系统冷却结构散热性能仿真结果。影响锂电池热管理系统散热的因素包括冷却液流量、冷却液入口温度和放电倍率。结果表明,本研究所建立的计算模型是可行的,当确定了最优结构、冷却液流量值、冷却液入口温度和放电倍率时,在最优参数下,锂电池热管理系统具有良好的冷却效果,研究结果可为新能源汽车的热管理和散热技术提供坚实的理论基础。     

18650锂离子电池组液冷散热仿真研究

针对动力电池组散热效果不佳的问题,以18650锂电池为研究对象,设计了一种直线形液冷管道的散热结构,利用COMSOL软件对所设计的散热结构进行温度场模拟,分析了冷却液雷诺数、冷却液初始温度、通道数量、冷却液流向对电池组散热性能的影响。可知,冷却液的初始温度与放电结束时电池组温度呈正相关;散热效果不会随着冷却液雷诺数的持续增加而提升,雷诺数增大至350时,最高温度稳定在302.3 K;通道数量和冷却液流向对散热性能有一定影响,Re=50时,三通道的电池组最高温度比一通道下降0.69 K,而温差下降了2.09 K。因此合理的优化冷却流道数量和冷却液流向会使散热更均匀。     

汽车乘员舱内温度场的数值仿真及试验研究

建立了自然暴晒下汽车乘员舱内的温度场-流场模型,考虑车身传热、车内空气流动和人体散热的影响,对乘员舱内传热过程进行模拟计算.通过暴晒升温试验和制冷降温试验分析制冷模式关闭和开启2种工况下乘员舱温度动态变化规律.仿真结果表明,在制冷工况下前排的冷却效果比后排好,但垂直方向上局部温度差异较大,人体表面存在较大温差.试验结果与仿真结果较吻合,并发现前、后排的热不均匀性在冷却风作用下有不同程度的改善,在制冷初始阶段(10min内)乘员舱的温度变化较为剧烈,对人体热舒适性影响大.研究成果对优化空调设计和提高汽车的乘员热舒适性有重要意义.     

管带式散热器流动阻力与传热性能分析

以管带式汽车散热器的换热与流动阻力的理论分析为基础,编制了管带式汽车散热器的传热与流动阻力计算程序,运用所编程序分析了散热器主要结构参数对散热器流动阻力与散热性能的影响。结果表明：散热带波距是影响散热器性能的主要参数,散热量随散热带波距的减小而增加。在保证散热的条件下,应适当选取较大的翅片波高,为实施汽车散热器散热性能改善措施提供了有效的理论依据。     

吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理研究

太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式,吸热器是太阳能热发电系统中用于聚光太阳辐射能与热能转换的核心部件。根据聚光器类型、传热介质、运行压力和温度的不同,吸热器主要有真空管式和腔体式两种类型。该课题针对极端条件(时空分布随机变化的高温、高热流密度),以提高吸热器吸热效率为目的,研究吸热器内辐射-导热-对流耦合的传热机理,构建设计各类吸热器需要遵循的理论架构,设计新型高效稳定的吸热器。该课题的研究对太阳能热发电的规模化进程具有非常重要的意义。实现了基于蒙特卡罗光线追踪法的自编数值模拟程序,获得了槽式、塔式和碟式吸热器吸热面上的聚焦太阳能流分布,实现了蒙特卡罗光线追踪法和用于求解流动传热问题的有限容积法的耦合,研究了太阳辐射由镜场到吸热器的一体化传播过程。研究了槽式太阳能吸热器内的流动换热特性,建立了槽式DSG集热器的稳态传热计算模型和动态模型,开发了两类管内强化传热技术;基于DSMC方法建立真空管空气夹层内稀薄气体传热模型;耦合管内对流传热、管壁导热、真空夹层稀薄气体传热及辐射传热、管外对流传热及辐射传热,可望建立真空管吸热器的跨尺度传热模型的数值预测方法。建立了腔式水工质吸热器和腔式熔融盐吸热器吸热性能的数学模型,获取了吸热器内部热流密度和吸热管道温度的分布规律以及吸热器的热损失。结合腔式吸热器热性能的数学模型,提出了由吸热器所需净能量推算吸热器开口所需太阳光能量的计算模型,发展了腔式吸热器启动过程性能模拟的数学模型,获得了吸热器启动过程开口所需能量数据曲线,吸热器启动过程的效率曲线和热损失曲线。研究了高温高压下空气吸热器内复杂耦合换热机理,分析了安装倾角、入口工质温度与质量流量等重要参数对有压腔式吸热器换热性能的影响;运用十四面体模型模拟多孔材料的内部结构,研究了多孔吸热结构内的对流传热特性。设计了搭建了太阳能空气吸热器实验平台,采用氙灯阵列模拟太阳辐射,多孔吸热材料表面可接受的辐射功率范围可达10 k W,热流密度可达2×106 W/m2;设计搭建了槽式DSG太阳能热发电实验研究系统,设计压力10 MPa、温度400°C,利用该实验系统除了对槽式DSG热发电系统进行试验研究外,还能对槽式热发电的集热器、聚光器的性能进行测试。     

平板热管用于笔记本电脑散热的研究

提出了一种笔记本电脑散热用新型平板热管,其具有散热效率高、力学强度高、重量轻、成本低、工艺简单等优点．在自然对流冷却条件下,对平板热管和相同尺寸的实心铝板的传热性能进行了实验研究．分析了平板热管的启动特性、均温特性以及加热功率、倾角对其传热性能的影响．实验结果表明,与实心铝板相比平板热管的传热性能更优．当加热功率为17w时,平板热管散热器的总热阻为1．72℃／w,冷凝面的最高温度达到49．7℃,而热源温度为55．3℃,可以满足目前上网笔记本电脑冷却的要求．     

风冷汽油机热载荷分析及喇叭型导流罩的影响研究

为了深入分析热载荷对风冷发动机运行稳定性的影响，通过CONVERGE仿真软件对某四冲程风冷式汽油发动机缸内燃烧过程进行数值模拟计算，获得了完整的缸内燃气侧热边界条件。基于FLUENT仿真软件，建立发动机热流固耦合稳态传热仿真模型，获得了燃气侧不均匀热载荷与机体外复杂空气流动共同作用下的发动机热载荷分布，并通过台架实验验证了稳态传热仿真的准确性。设计喇叭型结构导流罩，分析了导流罩收缩比对导流罩性能的影响，改善发动机的冷却效果。结果表明：发动机稳态传热仿真与台架测试最大误差为3.12%,仿真模型具有较高的准确性；发动机机体最高温度为655 K,出现在排气道端口处位置；随着导流罩收缩比的减小，发动机冷却散热性能增强，收缩比λ为1.94时，冷却强化效果最好，机体最高温度降低8.8 K。研究对风冷汽油机的冷却系统设计及优化具有一定的指导意义。     

基于STAR-CCM+的冷却水套三维仿真分析

冷却水套是发动机冷却系统的主要散热部件之一,水套结构的合理设计对发动机工作性能有着重要的影响。冷却水套主要由缸头水套、缸垫、缸体水套组成,其中,缸头水套的鼻梁区为高温区域,产生的热量需要高效的冷却才能保证其散热性能。为评估水套结构设计合理性及系统分析水套内冷却液的流动特性,采用CFD分析软件STAR-CCM+对某发动机冷却水套进行了数值模拟研究,提出了一种基于流动路径的冷却水套结构改进方法,通过对冷却液流动路径及速度分布均匀性的数值模拟相关研究,可以有效对现冷却水套冷却液流动不足进行优化改善,明显提升鼻梁区、排气侧区域的冷却,整体改善冷却水套的散热性能。基于流动路径的冷却水套CFD仿真及结构改进方法可为发动机冷却水套的设计及优化提供理论指导。     

基于数值模拟的芯片冷却散热器结构优化

针对计算机芯片冷却的典型散热器进行了三维数值模拟,对比分析了4类散热器的芯片冷却性能及翅片厚度的影响,得到了性能较佳的散热器模型和翅片厚度值.结果表明:散热器对称中心区域换热效果较差,两侧区域换热效果较好,结构设计时可重点考虑对称中心区域的强化传热.相对于A型和B型散热器,采用C型和D型散热器时,对流换热系数有显著提高,C型散热器的基板加热面温度明显降低,芯片冷却效果较佳.翅片厚度为2 mm时,A型、B型和C型散热器冷却效果较佳,D型散热器翅片厚度最佳值为2.5 mm.该研究对20种不同结构尺寸的散热器进行定量对比分析,阐述了流动传热特性,为芯片冷却散热器的结构优化设计提供了理论依据和工程指导.     

集流槽宽度对流水冷式油冷器翅片流动换热性能的影响

采用基于Navier-Stokes方程组对水冷式油冷器翅片中冷内却剂的流动情况进行了模拟。研究了翅片两端集流槽宽度对翅片流动换热性能的影响。结果表明,随着集流槽宽度的增加,翅片内部流动均匀性逐渐提高,流动死区的面积逐渐减小,冷却剂的对流换热逐渐增强,翅片内部高温区中冷却液的温度逐渐降低,冷却液温差逐渐减小。在翅片性能方面,随着集流槽宽度的增加,冷却剂在出、入口间的压降逐渐降低,平均对流换热系数变化不大,传热因子j与摩擦系数f之比逐渐增加,翅片综合性能逐渐提高。     

烧结镁砂煅烧竖炉内气固传热特性数值分析

以年产5×10⁴ t烧结镁砂竖炉为研究对象,基于多孔介质理论,建立竖炉内三维稳态气固流动传热模型,并模拟研究竖炉热工参数对床层内气固传热过程的影响.研究结果表明:冷却风流量每增加10%,出口烟气温度降低50℃,出口球团温度降低80℃;冷却段长度每增加5%,出口球团温度降低25℃.以竖炉出口烟气温度和球团温度为优化目标函数,得到竖炉最适宜结构和操作参数,即煅烧风流量为2 606.67 m³/h,冷却风流量为2 203.34 m³/h,预热煅烧段长度为6.64 m,冷却段长度为11.70 m.在此竖炉运行工况下,出口球团温度为288.75℃,出口烟气温度为414.32℃.     

一种平板热管散热器传热特性的实验研究

对一种以微槽道作为吸液芯的平板式热管散热器的传热特性进行了实验研究。分析了加热功率、冷却强度、工作倾角等因素对该平板热管散热器传热性能的影响规律。实验结果表明热管内部热阻所占热管散热器总热阻的比重很小。热管冷凝端的高效散热是热管散热器正常稳定工作的关键。该平板热管散热器的散热能力强;并具有良好的均温特性,在散热冷却领域具有良好的应用潜力。     

三角形变截面流道单相传热与阻力特性的实验研究

设计并搭建了单流道单相传热与流动实验装置,对变截面流道进行了强制对流传热与阻力特性实验研究.通过实验方法比较了不同孔错开间距对变截面流道传热与阻力性能的影响,得到了变截面流道传热因子j、阻力因子f与Re数的关系.实验结果表明:在冷态条件下,不同进口温度对阻力因子的影响很小,这一结论在恒热流密度下同样体现出来;在恒热流密度下,前后排孔镨开间距最大的变截面流道(TC1)阻力较大,但其传热性能最优;传热因子j与阻力因子f随着Re数的增大而减小,随着孔错开间距的增大而增大.