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。     

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。     

环形燃烧室冷热态发散冷却性能的对比实验

针对燃烧室发散冷却性能的研究,设计了3头部扇段模型燃烧室进行冷热态对比实验.通过对模型环形燃烧室内外环面上的温度进行测量,讨论冷热态时综合冷却效率分布差异,并考察了冷却空气量与主流空气量之比对综合冷却效率的影响规律.结果表明:发散冷却在冷热态时的综合冷却性能差异显著,主要是由于燃烧反应的发生改变了燃烧室内流场和温度场,进而引起壁面热负荷变化;无论冷态还是热态,在旋流主流的作用下,内环面上的发散气膜相比于外环面更易吹离壁面.随着无量纲流量比的增加,面积平均综合冷却效率均随之增加,但增加幅度逐渐降低.     

平板冲击发散冷却流动与换热特性的数值模拟

采用ANSYS-CFX商用软件对模化平板冲击发散冷却结构中的流动与换热特性进行了数值模拟,对比了有、无固体域时冲击发散冷却的冷却效率,分析了不同吹风比时气体的流动结构、涡强度、综合冷却效率和流动效率的变化,分析了固体导热系数对冷却效率的影响。结果表明:冲击发散冷却同时具有冲击冷却和气膜冷却的优点,可以有效保护壁面;当吹风比增大时,冲击冷却的效果增强,肾型涡强度增大,气膜冷却效果减弱,但冲击冷却的影响优于气膜冷却,所以其综合冷却效率仍然提高了;气膜冷却部分有最大的局部压力损失系数,当吹风比增大时,总压力损失系数增大,流动效率下降;当固体导热系数增大时,冲击冷却的影响增大,综合冷却效率提高。该结果可为进一步冷却燃气轮机内工作部件提供参考。     

探头及其冷却行为对淬火介质冷却特性评定的影响

根据不同形状与尺寸，材及结构的探讨头得的冷却曲线，分析了探讨的浸淬冷却行为，冷却效果及其对介质冷却特性评定的影响，对用探头及其 冷却曲线评定淬火介质特性的适用性及方法进行了探讨。     

喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究

 针对喷雾冷却的高热流散热方式,设计和构建封闭循环实验装置。通过热电偶计算得到发热面的热流密度。通过激光多普勒测速仪(PDA)测量喷嘴的液雾分布、粒径和尺寸。基于气泡动力学与传热学,建立喷雾冷传热特性的理论模型。数值模拟的计算结果显示出喷雾高度对喷雾冷却曲线的影响：随着喷雾高度的增大,喷雾冷却的换热能力升高,与实验结果的变化趋势相同。同样采用数值的方法,给出不同喷雾张角、不同喷雾压力和不同喷雾高度下的换热系数,对喷雾冷却的传热特性进行分析。研究表明,两相区内的喷雾冷却换热能力得到了显著的增强,喷雾冷却存在最佳喷雾高度。     

冷却方式对特厚钢板淬火温度均匀性的影响

对特厚钢板采用水槽浸入淬火和超快冷连续淬火两种方式,对比分析持续冷却和间歇冷却对特厚钢板心部、近表面冷速以及厚向温度均匀性的影响规律,阐述特厚钢板淬火特有的心部导热和表面换热特征,建立优化的淬火工艺规程.结果表明,相比于持续连续式淬火,间歇连续式淬火能够在保持特厚钢板心部冷速不降低的前提下,显著减缓钢板表面冷速,提高了厚向温度均匀性.当水冷/空冷时间比为14左右时,优化效果最为明显.     

探头及其冷却行为对淬火介质冷却特性评定的影响

根据不同形状与尺寸、材质及结构的探头测得的冷却曲线，分析了探头的浸淬冷却行为、冷却效果及其对介质冷却特性评定的影响，对用探头及其冷却曲线法评定淬火介质冷却特性的适用性及分析方法进行了探讨．     

结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性的影响

通过建立结晶器二维非稳态传热模型,在考虑气隙及角部圆弧对铸坯凝固过程影响的基础上,研究结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性影响的规律.结果表明,在结晶器内初始凝固区域,铸坯近角部的坯壳厚度小于角部和表面中心处的坯壳厚度;结晶器冷却强度降低,坯壳厚度变薄,但周向均匀性得到改善.     

发汗冷却湍流换热过程的数值模拟

为了验证湍流二方程模型在数值模拟发汗冷却过程的适用性,在PHEONICS3.3软件平台上采用两层k-ε湍流模型对无发汗冷却和有发汗冷却时的矩形槽道内湍流流动和换热进行了数值模拟。计算结果表明:发汗冷却使得边界层显著增厚,壁面摩擦阻力因数大为减小;随着冷却气体流量的增加,壁面温度和局部对流换热系数都大大下降。在注入率为1%左右时,发汗冷却段的壁面温度相对值降到了20%左右,局部对流换热系数相对值降到了50%以下。所得到的计算结果与已有关系式符合得很好:注入率在2%以内时误差小于10%。     

Infrared experiment on the wall temperature distribution for a particle packed channel with constant heat flux

With constant heat flux, wall temperature distribution for a particle filled channel was measured using infrared thermal vision technology. It was found that nonuniform relative high-temperature regions were randomly distributed on the heating wall, possibly due to the lower flow velocity, or even due to the blocked flow near the points where particles contact with the heating wall directly. Not only porosity but also the size and shape of the pores are changed in the wall region of particle-packed structures, because of the limitation of the wall, and the changes affect largely the fluid flow and heat transfer. The transition of the flow pattern in pores can be inferred according to the variation of Nu with Re, where the area weighted wall temperature is adopted to calculate the Nu.     

多孔壁入流及其对槽道内主流流动与换热的影响

对带有多孔壁入流的水平槽道内主流气体的流动与换热问题进行了数值模拟。数值计算中将主流区和多孔壁面区进行耦合求解,对多孔壁面内流动和换热、多孔区域的非均匀温度分布、注入率对表面温度的影响等进行了研究。计算结果表明:在多孔壁面内部,冷却气体与多孔壁面内固体颗粒之间存在一定温差,说明在对多孔壁面内部的流动与换热进行体积平均式的宏观数学描述时采用局部非热平衡模型的必要性;在靠近主流气体的多孔壁面孔隙内产生与主流相反方向的速度分量。此外,不同注入率下多孔壁面上表面固体温度的计算值与实验结果基本吻合。     

水发汗冷却控制系统解的单调性

证明了水发汗控制系统解的单调性,并且得到解的一些其他数学性质.     

小方坯结晶器水温水速对传热过程影响

通过建立结晶器内钢液和水的二维对流-传热耦合模型过程,研究了小方坯结晶器冷却水入口温度和流速对铜管温度和结晶器内平均热流的影响.该模型使用Fluent进行求解,模拟了钢液和冷却水的流动和传热,凝固坯壳的生长,以及热量以辐射和导热两种通过保护渣和气隙.通过将坯壳厚度和铜管温度与其他研究的结果进行对比来验证模型准确性.研究结果表明,结晶器冷却水的温度显著影响铜管的冷面温度,水温超过313K会导致铜管冷面最高温度超过水的沸点.水流速升高0.49 m·s-1能够消除水温升高4K带来的不利影响.     

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。     

多孔表面槽道对沸腾传热影响的实验研究

报道了开槽密度和深度对R11工质在烧结多孔表面池沸腾换热影响的实验研究,观察发现,多孔表面开槽,蒸汽从槽道逸出,液体从多孔区吸入到受热面,沸腾换热增强,沸腾可分为液体灌注,槽道起泡和底部蒸干3个区,对特定的多孔层,合理开槽可获得较好的换热效果。     

防治矿井热害的人工制冷方案分析

分析了造成矿井热害的主要热源,通过对井下各种热源散热量的分析得出各自对矿井升温的影响,并以此衡量矿井热害的严重程度;应用热力学、传热学的理论和方法分析了理想制冷机制冷参数等各项经济指标;结合实际制冷装置循环的特点对其经济性进行定性分析,通过各种制冷装置的对比,提出应优先采用空气压缩制冷循环,为矿井热害治理方案选择提供依据.