基于气泡的缸盖水腔沸腾传热仿真研究

从气泡核化条件及沸腾起始点要求出发,提出相变判定条件,从而准确界定沸腾区域. 基于沸腾均相流计算模型框架,建立了沸腾传热数值计算模型,并利用Robinson实验数据对该计算模型的准确性进行了校核. 利用该数值模型对缸盖温度场进行了预测,与实机测温结果进行实验比对,证明新沸腾数值模型计算结果更接近实机测试温度,火力面测点最大误差不超过7%.      

竖直矩形细通道内的水沸腾换热特性

以宽度为1.0 mm和0.1 mm的竖直矩形细通道内的沸腾换热特性为研究对象,运用数值模拟的方法探索气泡生成、长大和脱离的过程,通过几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响。计算中考虑重力、表面张力和壁面黏性的作用。研究结果表明:通道宽度的不同对气泡生长方式和气泡形态产生很大影响,且核态沸腾换热系数随着细通道宽度的减小而增大;表面张力在细通道沸腾换热过程中所起的作用明显增大,证明细通道有强化换热的作用;由于数值计算中进行了理想化假设,导致数值模拟的沸腾传热系数比现有细通道沸腾传热实验传热系数普遍偏高。     

缸盖鼻梁区氧化铝纳米流体沸腾换热数值模拟

利用数值模拟软件CFX建立氧化铝纳米流体沸腾换热模拟简化模型,研究氧化铝纳米流体作为冷却液以改善缸盖鼻梁区换热效果问题;选取粒径为20、40、60 nm流体,每种流体设置质量分数为3%、5%、10%和20%等4组实验,外加纯基液进行对比,共13种纳米流体,研究其在简化模型中的冷却效果,分析火力面侧的气泡分布和热流密度,同时探讨传热强化的原因以及粒径和质量分数对传热的影响。模拟结果表明,氧化铝纳米流体均能够强化该区域的沸腾换热,纳米颗粒与基液的对流换热以及纳米颗粒与壁面的接触换热均使传热得到强化,且粒径和质量分数越大,强化传热效果越好。     

气缸盖冷却水腔内两相流动沸腾传热仿真研究

采用计算流体动力学软件CFX,考虑气缸盖内冷却水的热力学相变特性,应用汽液两相流过冷沸腾换热计算模型,对不同影响因素下由柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场离散、整场求解,得到了不同影响因素下气缸盖火力面温度场分布;通过与试验结果的对比分析,证明了仿真计算结果的有效性。研究结果表明:与单相流不考虑沸腾换热相比,考虑汽液两相流的过冷沸腾换热能够有效降低气缸盖火力面的最高温度,提高冷却水的进口速度,降低进口温度;适当减小冷却系统的压力,可以进一步有效降低气缸盖火力面温度,减小气缸盖火力面的热负荷。该结果可为进一步研究柴油机气缸盖的沸腾冷却及可控性提供参考。     

强化传热管内的自然对流沸腾换热

对普通缩放管、改型缩放管和光滑管进行了自然对流沸腾换热的实验研究,得到了这三种传热管的沸腾换热系数与热流密度的关系、实验结果表明,普通缩放管和改型缩放管的自然对流沸腾换热系数分别是光滑管的1．06倍和1．25倍,改型缩放管的自然对流沸腾换热系数比普通缩放管提高18％,并分析了改型缩放管比普通缩放管沸腾换热性能好的原因。该改型缩放管特别适用于自然对流沸腾换热的场合。     

气缸盖中两相流沸腾换热热机耦合仿真分析

基于汽液两相流沸腾换热的基本理论和计算方法,对某柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场求解,得到了气缸盖的温度场分布,并通过与气缸盖温度场试验结果对比分析,证明了计算模型的有效性.将温度场结果施加于气缸盖、螺栓、机体所组成的热机耦合系统中,对气缸盖进行了结构强度计算,得到了气缸盖火力面热机耦合应力分布.采用试验设计方法,将冷却水进口温度和速度作为输入参数,对火力面应力较大区域的最大等效应力进行了响应分析,结果表明:考虑汽液两相流的沸腾换热可以有效降低气缸盖火力面的最大热机耦合应力;火力面的最大应力出现在喷油器座孔周围;冷却水进口温度对火力面应力较大区域的最大等效应力的影响不可忽略.     

EHD强化沸腾换热的模型分析

在分析沸腾及EHD强化换热理论的基础上,结合R11工质在垂直管内受直流高电压作用下的沸腾换热试验数据,提出EHD强化沸腾换热的数学模型;模型计算与试验结果的相对误差小于±30%.     

大容器水沸腾换热实验台信号抗干扰技术研究

介绍了大容器水沸腾换热实验台的工作原理。分析了数据采集系统中热电偶毫伏级微信号在数十安培大电流下受到的干扰机理,提出了电源隔离、差分输入以及选用抗干扰器件等方法,对信号干扰进行了有效的抑制,确保了测试数据的准确性和可靠性。     

内肋-光滑组合式圆管内流动沸腾换热试验

为探究分段结构对管内流动沸腾过程的影响,采用试验方法分析了制冷剂R245fa在光滑管、内肋管以及采用前肋-后光滑组合管中的流动沸腾换热特性。以质量流速为100～350 kg/(m²·s)、热流密度为9.36～55.84 kW/m²、试验管进口过冷度约为2℃进行试验,并以光滑管的流动换热特性为基准,对比不同试验管的换热系数增强比例(enhancement factor, EF)和价值因子(merit factor, MF)。研究结果表明：内肋管和前肋-后光滑组合管的换热性能均优于全光滑管;在低质量流速时,内肋管的EF高于前肋-后光滑组合管,即内肋管换热效果更好;而随着质量流速的增加,前肋-后光滑组合管的EF逐渐高于内肋管,达到1.7左右;内肋管的MF在低质量流速时高于前肋-后光滑组合管,但在较高质量流速以及较高热流密度条件下,前肋-后光滑组合管的MF要高于内肋管,即前肋-后光滑组合管的综合性能更好。     

CY4102BZQ柴油机缸盖有限元分析

应用 Pro/Engineer 三维软件和 I-DEAS 有限元软件对 CY4102BZQ 柴油机缸盖进行实体建模及强度分析计算,得到预紧工况和爆发工况的应力分布图。将有限元计算结果与试验结果相比较,有较好的一致性,证明所建立的缸盖有限元模型正确,计算和试验结果表明气门导管孔周围的应力较大,进而提出原缸盖结构改进方案,并对改进方案模型,进行了强度计算。与原模型对比,整体应力分布有了较大的改善。     

柴油机机体缸盖CAM软件

柴油机机体、缸盖的加工在柴油机制造中不仅对提高柴油机的质量起到重要作用,而且在很大程度上决定着一个柴油机生产厂家的整机生产水平。传统的柴油机机体、缸盖生产线多是以组合机床为主体的刚性生产线,产品改型需要投入大量资金,且周期较长,难以适应竞争     

水电解槽内电场的仿真分析

为了得到水电解的微观解释,为水电解槽的结构参数提供理论指导,对水电解的电极理论及水电解热力学参数进行了研究,并运用ANSYS软件对其电场进行了模拟分析,得到水电解槽的电压分布和电流密度分布,并对其结果进行分析.分析结果表明:出气孔边缘接近电极片处的电压,随着离边缘距离的增大逐渐变小.电极片出气孔边缘处的电流密度最大,使得出气孔与电极片交界处产气量最大,有利于更多的气体顺利排出.     

竖直矩形微槽道内的饱和沸腾换热研究

对去离子水在三种不同结构尺寸的铝质矩形微槽道内的饱和沸腾换热特性进行了试验.结果表明,在试验条件下,其中去离子水的换热特性较常规尺度有所增强,且其强化换热性能随微槽尺寸的减小而增大.最后,由实验数据拟合出了热流密度与壁温过热度、热流密度与换热系数的关系式.     

微通道热沉内液氮的流动沸腾换热实验

通过实验研究了质量流量在62.6~598.6kg/(m2·s)下不锈钢材质的平行微通道热沉内液氮流动沸腾的传热特性,并将实验所测得局部换热系数与经验关联式计算所得结果进行比较.结果表明:在核态沸腾阶段,随着干度增大,热沉的局部换热系数增加并逐渐达到一个峰值;当干度继续增大时换热系数逐渐减小;热沉的局部换热特性受其流型和低温流体工质特殊性的影响,在干度较低的条件下,其实验结果与模型预测结果的变化趋势一致,但预测值大于实验值.     

缸盖鼻梁区沸腾冷却参数设计研究

针对沸腾冷却在强化发动机上的应用问题,以Deutz1015和S1110发动机缸盖为研究对象,进行了充分发展沸腾起点与临界热流密度点的标定实验;以气泡在水腔内消失为控制点,提出了气泡排除控制线StC=89×Pe-0.74,形成了沸腾冷却参数设计可行域.从参数设计角度提供了合理规划沸腾热流场的方法,即将沸腾控制在靠近气泡排除线区域,以解决沸腾高效与气泡控制难题.     

均匀电场对池沸腾换热的影响分析

对均匀高压电场作用下平板池沸腾换热的强化效果进行了试验研究,发现在较低过热度的范围内电场对换热有明显的强化效果.场强越高,相同过热度对应的换热系数越高.在相同的场强下,强化系数随着热流密度的增加而减少.结合试验结果对电场强化沸腾换热的机制进行了分析.在热流密度较小的范围内,对流换热占主导地位,电场强化对流换热使壁面过热度大大下降,导致相应过热度下汽泡的平衡半径提高,因此,抑制了核态沸腾.随着热流密度的提高,汽泡的产生和运动成为影响换热的主要因素,此时过热度的变化不是很大,在相同的过热度下,电场可以减小汽泡的临界半径,使汽泡增多.在汽泡准备区,电场会影响汽泡的核化;在汽泡成长区,电场会影响汽泡的长大、变形和脱离;在非沸腾区,电场会影响单相流体的自然对流换热.     

环形窄通道内流动沸腾换热及两相流型研究

实验研究了垂直向上窄缝环形管内流动沸腾换热特性和流型变化，窄缝宽度为1—2．5mm．实验结果表明，窄缝内沸腾传热有明显强化，并出现了区别于常规尺寸管内的两相流型和局部换热特性。     

天线阵面沸腾换热的数值分析及优化

为研究雷达天线阵面的冷却降温效果,建立了两相流蒸发冷却模型,并着重分析了沸腾换热在局部高热流密度条件下的换热能力,局部热流高达800kW/m2。采用VOF模型结合用户自定义控制方程,数值计算三维流道内的沸腾传热现象,从气液流动趋势上寻找阻碍换热的因素。结果表明:VOF模型能较好地用于分析气液两相流动中的层状流、泡状流以及气液流动趋势;通过减小弯道处过流面积提高局部流速的方法可以缓解气相在弯道处的汇聚,消除了0.9K的局部过热;对于单侧高热流蒸发的数值分析,蒸发控制方程的调节系数在500左右为宜。温度计算结果与实验结果趋势一致,总体偏差5K左右,数值分析可以用于研究冷板的沸腾换热。     

充满多孔质材料竖直套管内的自然对流沸腾换热

以饱和水和饱和Ｒ１１为工质,对竖直同心套管内填充玻璃珠多孔介质层时自然对流沸腾的换热特性进行了实验研究．结果表明,在竖直套管内填充固体颗粒可以强化沸腾换热,在低热负荷区的强化效果尤为明显．多孔层对Ｒ１１沸腾特性的影响要比对水的影响小得多．文中利用均相流模型对填充多孔质流路内的自然对流沸腾临界热通量进行了研究,得到了无量纲理论表达式,通过实验发现,实验点区域在最大值和最小值理论曲线范围内,其趋势和理论预示基本吻合．     

竖直环管内低压水过冷沸腾数值模拟

采用Unal机理模型修正高压工况下气泡脱离直径的Tolubinsky关系式,并以基于有限元的有限容积法的CFX5.7为基本框架,通过添加用户程序实现了低压环管内水过冷沸腾的数值模拟.针对Lee的实验工况分析了过冷沸腾网格无关性的依据,研究了非曳力包括升力、湍流耗散力、壁面润滑力对径向空泡份额分布的影响,验证了模型在宽广工况范围内的适用性.计算表明:当进口过冷度及质量流速较小时,会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,而进口过冷度或质量流速较大时则不会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,这一点是与实验结果相一致的;液相流速的预测值与实验值较为接近,而气相流速预测值在加热面附近与实验值偏差较大.