湍流强化传热反馈控制机理

对流换热与湍流结构密切相关,运用大涡模拟方法,在湍流流场中进行强化传热反馈控制,分别采用3种反馈控制速度,研究反馈控制对传热的影响机理和效果,并建立目标函数,研究平均强化传热效果．结果表明：在湍流流场中输入适当反馈控制,强化传热效果明显;当劝5．0、10．0和15．0时,努塞尔数最天增幅分别为8．78％、11．17％和14．08％,平均增幅分别为4．80％、6．88％和9．09％;当劝15．0时,y＋=5处流场温度比未输入反馈控制的流场高10℃左右．     

沥青路面红外热风复合式加热效果数值计算分析

为了改善路面加热质量和效率,提出了一种红外热风复合式加热新方法.基于传热学和有限元理论,建立了沥青路面平面温度场有限元模型,对路面的加热过程进行数值模拟研究,对比分析了沥青路面红外加热法、热风加热法和红外热风复合式加热法的加热效果.研究结果表明:从沥青路面内部对其进行加热明显提高了路面的加热效率,在同等要求条件下,红外...     

沥青路面就地热再生加热温度场模拟分析

为了寻求沥青路面就地热再生合理的加热方式,依托卡罗泰康就地热再生机组,借助有限元软件ABAQUS对加热温度场进行了数值模拟.分析了加热方式、环境因素、加热机的操作参数及加热功率对沥青路面加热温度场的影响程度,提出了卡罗泰康就地热再生机组的理想加热方式.研究结果表明:相对于单程连续式的加热方式,间歇往复式的加热方式具有更好的加热效果;不同的环境温度和风速对加热温度场的影响均比较显著,太阳辐射对加热温度场的影响较小;加热机往返加热的往返距离、运行速度和往返次数共同影响着加热温度场,且存在最佳的组合;不同加热机的加热功率也存在最佳的组合.采用有限元数值模拟方法可以方便地分析就地热再生的合理加热方式.     

沥青路面热风循环加热机理与加热机作业参数研究

路面加热机是整个就地热再生机组的基础,加热机加热路面后的效果对路面再生质量有直接的影响。以热风循环式加热机工作装置为研究对象,运用多圆形喷嘴射流冲击模型对其作业过程进行分析。通过相关理论计算得出了喷嘴的排列方式、喷嘴孔直径、加热板离地高度、射流速度、热风温度等参数与沥青路面表面换热系数的关系。计算表明:三角形交错排列和矩形排列对路面换热系数的数值影响基本一致;再生作业中,当热风的冲击速度较大时,随着加热板离地高度的增加表面换热系数降低;当热风的冲击速度较小时,加热板离地高度对表面换热系数影响较小。     

微波加热煤储层的共轭传热模型

为研究微波和常规加热时煤储层内温度场的演化规律及储层瓦斯解吸量的变化规律,采用理论分析和数值模拟的试验方法,构建以岩石SEM图像为几何特征,瓦斯和煤基质块体为传热介质的共轭传热模型,对比常规加热和微波功率为1W、3W、5W和7W时温度场的演化过程.结果表明:微波加热时热量由煤储层内向外传递,传热速率是常规加热的1.5倍,且传热速率与微波功率呈对数增长关系;温度场的分布在微波电场传播方向上具有明显的阶段性和区域分布不均匀性,在距离微波端口处温度值最大,随距离增加温度值快速降低;在端口附近200μm的范围内温度的极差值是中部区域的14倍;瓦斯的吸附量随功率的增大基本呈线性递减关系.     

补白$微波加热煤储层的共轭传热模型

为研究微波和常规加热时煤储层内温度场的演化规律及储层瓦斯解吸量的变化规律,采用理论分析和数值模拟的试验方法,构建了以岩石SEM图像为几何特征,瓦斯和煤基质块体为传热介质的共轭传热模型,对比了常规加热和微波功率为1W 3W 5W 7W时温度场的演化过程.结果表明:微波加热时热量由煤储层内向外传递,传热速率是常规加热的1.5倍,且传热速率与微波功率呈对数增长关系;温度场的分布在微波电场传播方向上具有明显的阶段性和区域分布不均匀性,在距离微波端口处温度值最大,随距离增加温度值快速降低;在端口附近200 um的范围内温度的极差值是中部区域的14倍;瓦斯的吸附量随功率的增大基本呈线性递减关系.     

明渠湍流中的主要相干结构模式

利用自主开发的高帧频明渠湍流粒子图像测速(PIV)系统测量了3种Reynolds数下的恒定均匀流时间序列流场,运用本征正交分解能够给出数据集的最优模态的特性,分析了明渠湍流的主要相干结构模式及其能量关系。湍动能主要集中在少数几个低阶模态上,第1阶模态含有约30%以上的湍动能。Q2(Q4)事件是明渠湍流中除平均流动外含能最多、最主要的大尺度结构,湍动能主要通过Q2(Q4)事件向其他结构传递。它并不完全是发夹涡群诱导的结构,相反从能量的角度来看,发夹涡群的产生与维持与它有关键关系。Q2(Q4)事件可能存在大范围独立维持的大尺度机制。同时本征正交分解(POD)技术成功提取了发夹涡群结构,流向范围达到约3.4h,垂向尺度从交叠层一直到水面附近,整个结构与壁面呈约10°夹角。发夹涡群载有约23%的平均湍动能,并主要集中在处于对数区的中间部分。其他含能较少的大尺度结构有水面涡旋、单双涡结构、独立涡包等。     

风力机翼型非定常流场POD和EPOD分析

风力机翼型绕流对整机性能以及气动噪声水平具有重要的影响.采用大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法,求解风力机翼型的非定常流场及远场气动噪声.通过本征正交分解(POD)方法提取翼型在8°攻角下的涡量流场模态.模态结构表明,尾缘涡团和层流分离泡是翼型主要流动的非定常特征.通...     

再生式空气预热器的温度场及传热的计算与分析

通过对我国大型锅炉中常用的再生式空气预热器中传热元件的传热过程的分析，建立了它的传热数学模型，通过计算机求解，以《锅炉机组热力计算标准方法》￣［１］中回转式空气预热器的设计计算为例，进行了核算，平均数值符合很好。     

稳定分层湍流的大涡模拟

稳定分层湍流是大气和海洋流动中常见的自然现象, 是预测大气和海洋流动的重要物理机制. 我们用大涡模拟方法研究稳定分层流体湍流, 以期获得与实际大气和海洋中稳定分层湍流相符的性质. 我们在不同初始条件的流场和不同的流动特征参数（雷诺数Re和弗罗德数Fr）下用大涡模拟方法获得充分发展湍流场. 通过分析湍动能和湍流特征尺度随时间的演化考察稳定分层湍流演化过程; 并通过三维能谱、水平和垂直能谱来检验数值模拟是否和真实大气、海洋中实测结果一致. 研究结果表明, 大涡模拟可以用较少网格数获得和实测一致的稳定分层湍流性质. 不同的初始流场都能演化为湍流, 并且发现演化过程的后期总是内波能量占优势. 研究证实要获得和实测一致的稳定分层湍流的关键是特征参数必须满足一定条件： 特征雷诺数和弗罗德数不一定要和实际大气和海洋中的参数相等, 但是要求雷诺数足够大, 弗罗德数足够小（例如Re〉102, Fr〈0.1）; 特别重要的是组合参数ReFr2必须大于10.     

基于本征正交分解的DrivAer快背车非定常尾迹分析

在非定常数值模拟的基础上,采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)对DrivAer快背车非定常尾迹进行了研究。改进的延迟分离涡模拟(improved delayed detached-eddy simulation,IDDES)仿真结果与实验结果的对比表明该数值方法有效。对汽车尾迹回流区进行POD分析发现,前2阶模态能量占比分别为6.78%和5.61%,合计占总能量的12.39%,模态系数的频谱分析说明前2阶模态对应同一种低频的拟序流动结构,主频为0.216(30Hz);相位分析表明两者相位差为0.455π。对前2阶模态重构的涡量场进行相位平均,发现其对应的拟序流动结构由车体尾迹下剪切层周期性运动主导;前273阶POD模态(能量占比93%)可以很好地重构原流场,极大地降低了自由度。     

180°方形弯管中湍流流动的大涡模拟

把大涡模拟应用于复杂几何形状的流域是一个重要研究课题。对１８０°方形弯管中的湍流流动作大涡模拟,以网格节点为中心的交错网格作为离散网格,用有限体积方法和中心差分进行空间离散,用Ａｄａｍｓ－Ｂａｓｈｆｏｒｔｈ格式进行时间离散,用简单的Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ模型来作为次网格湍流模型。用多重网格方法求解压力方程以提高计算效率。数值模拟结果与实验结果取得了很好的一致。     

地表非均匀加热影响对流边界层湍流特征大涡模拟研究

本文运用大涡模拟方法研究了地表非均匀加热对边界层湍流特征的影响.共进行五个算例的数值模拟,其中一个算例为地表均匀加热,四个非均匀算例的地表加热方式均采用“马赛克”分布,非均匀尺度分别为1.2km、2.5km、5.0km和10.0 km,其平均地表热通量与地表均匀加热算例相同.模拟结果表明:地表非均匀加热激发出有组织湍流...     

基于共轭传热计算的换热器热应力分析

次级换热器属于机载环控系统的主要附件,负责冷却涡轮压气机后的高温高压空气。为了分析某次级换热器服役过程中产生的热应力,首先对其传热与流动进行数值模拟,建模时针对产品的结构特点划分为周期性单元以及侧板单元两类计算模型,并提出将周期性单元的周期边界结果传递到侧板单元中作为约束条件的数值模拟策略,通过侧板单元中的共轭传热计算得到了结构上的温度分布;然后对换热器整体进行分析,在侧板结构上加载所获取的温度场结果并设置其他约束条件得出热应力分布。对比实验数据发现,数值模拟结果误差均在10%以内,共轭传热数值模拟策略在航空换热器热应力分析中的有效性得到了验证。     

一种适用于复杂结构管翅式换热器传热性能分析的高效数值方法

特征正交分解POD(Proper orthogonal decomposition)低阶模型是一种对物理问题的高保真加速技术,被广泛应用于工程实际.本文针对带涡产生器的扁管管翅式换热器这一复杂结构中流动与传热特性问题,构建了适用于求解该类问题的POD低阶模型.采用SVD(Singular Value Decomposi...     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

不稳定近地面层湍流的大涡模拟

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小,边界层整体特征得到更好的反映。同时,模拟出的近地面层通量 廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好,表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。     

均匀剪切稳定分层流动中湍流特性的数值研究

采用大涡模拟的方法,研究了均匀剪切稳定分层流动.主要对不同梯度Richardson数下湍流动量和标量输运特性进行分析研究.结果表明:随着梯度Richardson数的增大,湍流动能减小,湍流势能增大；垂向热通量和雷诺应力减弱,流向热通量增强；并且在强分层情况下,存在动量和热量的逆梯度输运现象.     

机器学习在湍流燃烧及发动机中的应用与展望

随着燃烧科学的发展,数值仿真与实验测量产生了大量数据,这些数据隐含许多有效的物理信息。传统研究方法对此类信息主要利用基于物理规则的模型去处理,但随着数据量的增加,基于数据驱动的方法开始受到重视。机器学习(machine learning, ML)技术由于在数据分析和处理方面取得了巨大成功,为处理燃烧领域的大量数据提供了一种新的范式。该文简要介绍了ML在湍流燃烧中的应用,主要包括化学反应、燃烧建模、发动机性能预测与优化、燃烧不稳定性预测与控制等4个方面,讨论了机器学习在燃烧研究中面临的挑战,并对未来应用进行了展望。