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摇摆条件下棒束通道内超临界水流动传热特性

南京航空航天大学学报 2022年第4期54卷 623-634页

作者：李鑫谢公南西北工业大学航海学院西安710072

针对核动力舰艇航行时可能发生的摇摆运动情况,本文采用数值模拟方法探究海洋摇摆运动条件下超临界水冷堆(Supercritical-water-cooled reactor,SCWR)堆芯冷却通道内超临界水湍流流动与传热特性,揭示海洋摇摆运动对通道内瞬时及时均换... 详细信息

针对核动力舰艇航行时可能发生的摇摆运动情况,本文采用数值模拟方法探究海洋摇摆运动条件下超临界水冷堆(Supercritical-water-cooled reactor,SCWR)堆芯冷却通道内超临界水湍流流动与传热特性,揭示海洋摇摆运动对通道内瞬时及时均换热性能的影响。研究表明:在摇摆条件下通道内超临界水横流强度大幅增强,流体质量流量、压降损失、瞬时换热系数、燃料棒外壁面最高温度等均出现周期性波动现象,在流体温度接近拟临界温度时摇摆运动对通道内对流传热过程的影响最显著。并且,上述参数波动幅度与摇摆幅度和摇摆周期之比正相关。随通道摇摆幅度增大或摇摆周期减小,瞬时换热系数与瞬时压降波动幅度增大。总体而言,与竖直静止情形相比,在摇摆条件下通道内时均压降损失与时均换热系数均有一定程度增大,但增长幅度有限。

关键词：核动力舰船超临界水冷堆堆芯冷却摇摆运动湍流流动传热

竖直矩形通道内超临界正癸烷振荡特性的大涡模拟

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南京航空航天大学学报 2022年第2期54卷 281-289页

作者：李勇孙丰谢公南曹桢傅佳宏西北工业大学航海学院西安710072 太原理工大学电气与动力工程学院太原030024 隆德大学能源科学系隆德SE‑22100 浙大城市学院机械电子工程学系杭州310015

基于超临界碳氢燃料的主动再生冷却被认为是超燃冲压发动机最具前景的热管理方法之一。本研究利用大涡模拟数值方法探究矩形通道内超临界碳氢燃料初始流动传热的瞬态变化规律的,证实了超临界振荡效应的存在,即温度和速度分布波动性较强... 详细信息

基于超临界碳氢燃料的主动再生冷却被认为是超燃冲压发动机最具前景的热管理方法之一。本研究利用大涡模拟数值方法探究矩形通道内超临界碳氢燃料初始流动传热的瞬态变化规律的,证实了超临界振荡效应的存在,即温度和速度分布波动性较强。通过监测10^(-4) s时间尺度下的速度变化规律,发现振荡有着近似三角函数式的频率和振幅。冷却通道被加热初期时,近加热壁面处热流体在浮升力作用下流向低温区域;随着流体温度逐渐接近其拟临界值,其物性参数发生剧烈变化,摩擦因数和流体动能呈现振荡性,在远离加热壁面的位置诱导出了强化涡;随着时间推移,强化涡开始向加热壁面移动,伴随着低温流体冲击热壁面,使其热输运得到强化。

关键词：主动再生冷却振荡效应强化涡大涡模拟

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遗传算法在板翅式换热器尺寸优化中的应用

中国电机工程学报 2006年第7期26卷 53-57页

作者：谢公南王秋旺西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西省西安市710049

提出了应用遗传算法对板翅式换热器的尺寸优化方法。该方法根据不同设计要求,把换热器的重量或效率分别作为遗传算法的目标函数,冷热两侧的翅片间距、高度作为待寻找最佳值的优化变量。设计方法的实施包括遗传算法程序和性能校核程序两... 详细信息

提出了应用遗传算法对板翅式换热器的尺寸优化方法。该方法根据不同设计要求,把换热器的重量或效率分别作为遗传算法的目标函数,冷热两侧的翅片间距、高度作为待寻找最佳值的优化变量。设计方法的实施包括遗传算法程序和性能校核程序两大模块,其中遗传算法程序采用二进制编码、锦标赛选择、均匀交叉和单点变异,以及采用基于小生境下的共享技术和择优策略;性能校核程序中根据个体解码后的结构尺寸进行性能评价。应用结果表明,与原始数据比较,换热器的重量(效率)都有不同程度地减小(增加),但在工程实际中不宜采用效率最高为目标函数。该文的设计方法具有通用性,可作为优化设计不同换热器的结构尺寸。

关键词：热能动力工程紧凑换热器遗传算法优化设计性能计算

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高温下平直翅片管传热与阻力特性的数值研究

工程热物理学报 2010年第9期31卷 1571-1574页

作者：马挺曾敏谢公南王秋旺西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

本文通过数值模拟方法对平直翅片管燃气侧在高温和常温两种不同环境中传热与阻力特性进行了对比研究。数值模拟结果表明,燃气进口温度对Nu数影响较大,温差对阻力系数f影响较大,辐射对Nu数影响较大,对阻力系数f影响很小。高温换热器用平... 详细信息

本文通过数值模拟方法对平直翅片管燃气侧在高温和常温两种不同环境中传热与阻力特性进行了对比研究。数值模拟结果表明,燃气进口温度对Nu数影响较大,温差对阻力系数f影响较大,辐射对Nu数影响较大,对阻力系数f影响很小。高温换热器用平直翅片管的传热与阻力特性不同于常温条件下的平直翅片管,在热力设计中平直翅片管常温下的传热与阻力规律不能直接推广到高温环境。

关键词：平直翅片管高温变物性辐射

脉动气流对竖直平板降膜蒸发影响的数值模拟研究

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应用数学和力学 2020年第5期41卷 491-498页

作者：钟音凌长明谢公南广东海洋大学深圳研究院广东深圳518108 广东海洋大学机械与动力工程学院广东湛江524088 西北工业大学航海学院西安710072

建立了竖直平板降膜蒸发的二维物理与数学模型,采用数值模拟方法研究了脉动气流对降膜蒸发过程的影响,分析了在不同气流平均速度、振幅和频率下Sherwood数Sh的变化规律.结果表明:在脉动相对振幅为5/6时,竖直平板降膜蒸发传质效果提高了6... 详细信息

建立了竖直平板降膜蒸发的二维物理与数学模型,采用数值模拟方法研究了脉动气流对降膜蒸发过程的影响,分析了在不同气流平均速度、振幅和频率下Sherwood数Sh的变化规律.结果表明:在脉动相对振幅为5/6时,竖直平板降膜蒸发传质效果提高了6.6%;Womersley数Wo大于26时,传质效果提高了8.3%.相对匀速气流,脉动气流可有效增强降膜蒸发的对流传质效果.

关键词：竖直平板降膜蒸发脉动气流数值模拟

环形通道内层流入口段换热及流体变物性的影响

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化工学报 2005年第8期56卷 1403-1408页

作者：谢公南王秋旺陶文铨西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

采用SIMPLER算法对环形通道内二维定常轴对称入口段流动与换热进行了数值计算,研究了两种边界条件下的层流流动与换热规律,给出了不同Prandtl数以及半径比率下沿程Nusselt数的变化曲线,同时还给出了流体物性随温度变化对流动与换热的影... 详细信息

采用SIMPLER算法对环形通道内二维定常轴对称入口段流动与换热进行了数值计算,研究了两种边界条件下的层流流动与换热规律,给出了不同Prandtl数以及半径比率下沿程Nusselt数的变化曲线,同时还给出了流体物性随温度变化对流动与换热的影响,最后还拟合出了不同半径比率下平均Nusselt数的关联式.计算结果还表明,环形通道能强化传热,强化程度随半径比率减小而增大,且入口段的换热强化与其较高的径向速度有关.

关键词：层流换热入口段环形通道变物性

混合层无粘稳定性分析的Legendre级数解

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应用数学和力学 2013年第8期34卷 782-794页

作者：郭欣王娴许丁谢公南中煤科工集团西安研究院西安710054 西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 西北工业大学工程仿真与宇航计算实验室西安710072

基于泛函分析中的不动点理论,采用不动点方法首次获得混合层无粘线性稳定性方程的显式Legendre级数解,该级数解在整个无界流动区域内一致有效.现有基于传统摄动法得到的无界流动区域一致有效解仅适用于长波扰动和中性扰动两种特殊情况,... 详细信息

基于泛函分析中的不动点理论,采用不动点方法首次获得混合层无粘线性稳定性方程的显式Legendre级数解,该级数解在整个无界流动区域内一致有效.现有基于传统摄动法得到的无界流动区域一致有效解仅适用于长波扰动和中性扰动两种特殊情况,而使用不动点方法可以得到所有不稳定扰动波数的特征解.另外,在不动点方法框架下,扰动相速度和扰动增长率可根据方程的可解性条件来唯一确定.为了验证该方法的有效性,将该方法和现有文献中的数值计算结果相比较,结果表明该方法具有精度高、收敛快等优点.

关键词：不动点方法可解性条件 Legendre级数解 Rayleigh稳定性方程混合层

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管内强化传热性能的熵产分析与性能评价

化工学报 2006年第2期57卷 241-245页

作者：谢公南王秋旺罗来勤西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

通过热力学第一、第二定律,对管内对流换热综合性能进行熵产分析和评价.建立了一种基于流动与传热过程熵增原理的统一分析方法,在等壁温边界条件下进行熵产分析.并以文献中内翅片管的强化传热作为应用,分别对相同流量、泵功、压降在等... 详细信息

通过热力学第一、第二定律,对管内对流换热综合性能进行熵产分析和评价.建立了一种基于流动与传热过程熵增原理的统一分析方法,在等壁温边界条件下进行熵产分析.并以文献中内翅片管的强化传热作为应用,分别对相同流量、泵功、压降在等热负荷限制下进行强化传热性能评价.结果表明对于给定的管道,量纲1熵产数只与流动Reynolds数和进口与壁面的温度差有关.利用该分析方法不仅可通过参数分析获得几种强化方式的能量综合利用效果,还可确定合理的流动工况参数、结构参数和合理的强化形式.

关键词：热力学定律强化传热熵增原理内翅片管

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油冷涡轮动叶方案中旋转冷却效应分析

推进技术 2017年第2期38卷 399-407页

作者：秦江孙红闯白新阳谢公南韩杰才哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 西北工业大学机电学院陕西西安710072 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

空气涡轮技术可用于超燃冲压发动机,解决燃料和电力供给问题,其面临的主要障碍是冷源受限条件下涡轮动叶的冷却措施。提出了一种用燃料作为冷却剂的油冷方案,对涡轮动叶进行冷却。针对该方案,建立了三维模型并通过数值模拟方法评估该方... 详细信息

空气涡轮技术可用于超燃冲压发动机,解决燃料和电力供给问题,其面临的主要障碍是冷源受限条件下涡轮动叶的冷却措施。提出了一种用燃料作为冷却剂的油冷方案,对涡轮动叶进行冷却。针对该方案,建立了三维模型并通过数值模拟方法评估该方案的可行性,并研究了旋转条件下的流动换热问题。结果表明:油冷方案可以在基本不影响涡轮性能的基础上有效降低动叶温度;单个叶片用1g/s流量的燃料就能使叶片的温度大幅降低;高速转动下,冷却通道中压力最高可达114.5MPa;旋转效应增强了冷却通道中流动的湍流度,提高了冷却剂与叶片之间的对流换热系数。

关键词：涡轮动叶燃料冷却旋转冷却数值模拟