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果蔬多孔介质干燥热质传递及应力应变研究

果蔬多孔介质干燥热质传递及应力应变研究

作者：谭礼斌陕西科技大学

学位级别：硕士

果蔬多孔介质干燥收缩变形是影响其干燥品质与效率的重要因素之一,与其干燥过程中热质传递及应力应变机制密切相关。近年来,随着人们生活水平的提高,关于果蔬多孔介质干燥品质的研究越来越受到重视,采用数值模拟的方法研究果蔬多孔介质... 详细信息

果蔬多孔介质干燥收缩变形是影响其干燥品质与效率的重要因素之一,与其干燥过程中热质传递及应力应变机制密切相关。近年来,随着人们生活水平的提高,关于果蔬多孔介质干燥品质的研究越来越受到重视,采用数值模拟的方法研究果蔬多孔介质干燥热质传递及应力应变机理已成为国内外学者研究的热点。然而,目前传统的连续性方法在模拟过程中忽略了果蔬多孔介质内部复杂的孔隙结构对多孔介质干燥过程的影响,模拟结果与其实际干燥过程相差较大,不能合理的解释果蔬多孔介质实际干燥过程中产生的非规则收缩变形现象。因此,针对上述问题,本文选取苹果作为果蔬多孔介质的典型代表进行热风干燥试验与孔道网络热质传递及应力应变模型模拟研究,深入了解果蔬多孔介质的干燥机理。本文主要的研究内容如下:(1)构建果蔬多孔介质干燥的孔道网络物理模型。采用孔道网络干燥理论对实际多孔介质进行网格提取构建孔道网络物理模型。通过实验测量的方法测定了实际苹果多孔介质的孔隙率、孔隙直径、配位数等参数,并与孔道网络物理模型的模型参数一一对应,使孔道网络干燥理论能够很好地应用于果蔬多孔介质干燥热质传递及应力应变的研究与分析。(2)果蔬多孔介质干燥热量传递、质量传递及应力、应变数学模型的建立。通过分析果蔬多孔介质干燥过程中热量传递机理、质量传输机理和干燥物料产生的干燥应力及应变的机理,构建出孔隙尺度上的果蔬多孔介质干燥传热传质及应力应变的数学模型。(3)果蔬多孔介质干燥数学模型的数值模拟求解。采用数值法对构建的传热传质数学模型和应力应变数学模型进行求解。采用MATLAB与Visual C++联合编程开发出用于干燥数学模型求解的孔道网络模拟求解程序。该模拟程序主要包括物理模型构建、数学模型求解和数据处理分析三个主模块,可对果蔬多孔介质干燥过程进行实时显示、数据记录与存储和数据分析。(4)果蔬多孔介质热风干燥试验研究及连续性假设的数值模拟。采用苹果进行热风干燥试验研究,测量苹果切片在干燥过程中的温度、湿分及收缩变形数据,获得相应的干燥特性曲线和收缩变形曲线。采用连续性方法对苹果进行模拟分析,获得苹果切片的湿分场、温度场及相应的应力分布情况。(5)果蔬多孔介质孔道网络模拟结果与连续性模拟结果及热风试验结果的对比分析。通过模拟数据与试验数据的对比,结果表明孔道网络模拟方法能够更好地反映果蔬多孔介质实际干燥过程。孔道网络模拟结果显示毛细应力是造成果蔬多孔介质产生收缩变形的主要原因。不同结构参数的孔道网络模拟实验表明孔隙率越大,干燥时间越长,平均温度越低,毛细应力随孔隙率的增大而减小,湿应力和热应力增大;配位数越大,干燥时间越长,平均温度越高,毛细应力随配位数的增大而增大,湿应力和热应力减小;均一直径分布下干燥快,平均温度高,毛细应力、湿应力和热应力大,而实验物料分布和正态分布下干燥慢,平均温度低,毛细应力、湿应力和热应力均比均一直径分布的小。本文的研究结果能够为后续果蔬多孔介质干燥过程的深入研究奠定理论基础,同时可以给制定合理的干燥工艺和干燥品质的研究提供理论参考。

关键词：果蔬多孔介质干燥热质传递应力应变孔道网络模拟

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发动机冷却系统数值模拟分析及优化研究

石河子大学学报（自然科学版） 2023年第2期41卷 147-153页

作者：谭礼斌袁越锦陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021

为了给发动机冷却系统性能评估及优化提供理论指导,本文以某四缸发动机为研究对象,采用CFD方法对其冷却系统进行数值模拟分析及优化,结果表明:油水交换器及散热器流阻的CFD仿真值与实验值误差小于10%,说明搭建的冷却系统性能仿真模型是... 详细信息

为了给发动机冷却系统性能评估及优化提供理论指导,本文以某四缸发动机为研究对象,采用CFD方法对其冷却系统进行数值模拟分析及优化,结果表明:油水交换器及散热器流阻的CFD仿真值与实验值误差小于10%,说明搭建的冷却系统性能仿真模型是可靠的;缸体水套排气侧上部区域冷却液流速较低,缸头水套上鼻梁区冷却液流速低于1.5 m/s且分布不均匀。为提升冷却系统散热性能和水套内部流动均匀性,对水泵性能、管路直径及水套结构进行了优化,优化后冷却系统在发动机转速10000 r/min时流量提升至90 L/min,水套流动均匀性提升,缸体水套排气侧区及缸头水套鼻梁区冷却液流速均满足1.5 m/s的冷却液流速设计要求。

关键词：四缸发动机冷却系统水套流速要求均匀冷却系统流量

电机及控制器冷却流道散热性能分析及结构优化

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第2期37卷 104-112页

作者：唐琳赖晨光谭礼斌重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 陕西科技大学机电工程学院西安710021

为降低电机绕组及控制器IGBT温升,提升电机及控制器冷却流道散热性能的同时确保电机及控制器的冷却流道具有较低流动阻力,以某微型电动车驱动系统的冷却流道结构、电机及控制器为研究对象,采用CFD方法搭建了电机及控制器的流固耦合分析... 详细信息

为降低电机绕组及控制器IGBT温升,提升电机及控制器冷却流道散热性能的同时确保电机及控制器的冷却流道具有较低流动阻力,以某微型电动车驱动系统的冷却流道结构、电机及控制器为研究对象,采用CFD方法搭建了电机及控制器的流固耦合分析模型,分析了该冷却流道原始结构下内部速度场及流阻特性、电机绕组温度场、IGBT温度场。采用协同优化方法对电机及控制器冷却流道结构参数进行智能寻优,寻求低流阻、高效散热的冷却流道结构。结果表明:冷却流道原结构存在局部涡旋和流动死区,冷却流道流阻为31.87 kPa,电机绕组最高温度为120.04℃。在满足工艺和流阻改善的条件下,选取绕组温升改善最明显的结构作为最终优化结果。优化后冷却流道内部流动存在的局部涡旋、流动死区都得以减少,流动更顺畅,流速更均匀,流动阻力显著下降,流阻较原始模型降低约12.5 kPa,降幅39.4%。优化后电机绕组端部最高温度较原始模型降低3.28℃,降幅2.7%。研究结果可为电机及控制器冷却结构的设计及改良提供理论参考。

关键词：电机控制器流阻温度优化分析冷却结构

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苹果切片干燥收缩变形的孔道网络模拟及试验

农业工程学报 2021年第15期37卷 289-298页

作者：徐英英文怀兴谭礼斌袁越锦王栋袁月定陕西科技大学机电工程学院西安710021 湖南财政经济学院数学与统计学院长沙410205

为揭示果蔬干燥收缩变形的传热传质与应力应变的机理,确定果蔬微孔结构特性及内部毛细力等因素对其干燥过程的影响,该研究运用孔道网络方法、热质传递原理和细观力学理论等交叉学科知识,构建了孔隙尺度下果蔬切片干燥收缩变形的孔道网... 详细信息

为揭示果蔬干燥收缩变形的传热传质与应力应变的机理,确定果蔬微孔结构特性及内部毛细力等因素对其干燥过程的影响,该研究运用孔道网络方法、热质传递原理和细观力学理论等交叉学科知识,构建了孔隙尺度下果蔬切片干燥收缩变形的孔道网络模型,采用VC++开发孔道网络求解程序,模拟分析了果蔬切片的湿分场、温度场以及应力应变场等情况,并以苹果切片作为果蔬典型代表进行了热风干燥试验及模型验证。结果表明:湿含量、温度和收缩变形率的模拟值与试验值的相对误差小于10%,模型可有效模拟果蔬干燥热质传递与应力应变的收缩变形真实过程,再现了干燥过程中的“非规则收缩变形”现象;孔道网络模拟的湿分场、温度场及应力应变场均呈现为不规则非对称变化规律,产生了明显的干斑、湿斑、非规则干燥前沿等;毛细应力和湿应力对果蔬干燥收缩变形影响较大,其中毛细应力是引起非规则收缩变形的主导因素;孔隙结构参数对果蔬干燥过程影响显著;孔隙率越大,干燥时间越长,毛细应力越小;配位数越大,毛细应力越大,干燥时间越长;孔隙直径分布呈现均一直径分布规律的物料产生的毛细应力大,其次为孔隙直径分布呈现正态分布规律的物料和试验物料分布。研究结果为果蔬干燥品质及工艺优化分析提供了一定的理论基础。

关键词：干燥模型毛细力孔道网络传热传质应力应变

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颗粒堆积多孔介质干燥多尺度多层结构传热传质模型及模拟

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工程热物理学报 2015年第12期36卷 2726-2729页

作者：袁越锦谭礼斌徐英英赵哲白博峰陕西科技大学机电工程学院西安710021 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

针对骨架颗粒的多层物理结构问题,运用孔道网络方法、热质传递原理和多尺度理论等知识,建立了颗粒堆积多孔介质干燥的多尺度多层结构传热传质模型。以稻谷堆为典型代表进行热风干燥试验验证,模拟分析了颗粒内部不同组织物理特性等因素... 详细信息

针对骨架颗粒的多层物理结构问题,运用孔道网络方法、热质传递原理和多尺度理论等知识,建立了颗粒堆积多孔介质干燥的多尺度多层结构传热传质模型。以稻谷堆为典型代表进行热风干燥试验验证,模拟分析了颗粒内部不同组织物理特性等因素对干燥过程的影响。结果表明:建立的模型可有效模拟稻谷堆干燥过程;稻谷颗粒内存在较大的水分梯度。胚扩散系数对干燥过程的影响十分显著,其次是壳扩散系数,衣扩散系数影响最小;较小的胚扩散系数可将湿分有效地"囚禁"在胚内。

关键词：颗粒堆积多孔介质干燥多层结构模型多尺度扩散系数

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某摩托车流场数值模拟及结构优化

重庆理工大学学报（自然科学） 2021年第11期35卷 27-34页

作者：赖晨光唐琳谭礼斌黄灿重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 隆鑫通用动力股份有限公司技术中心重庆400039

为避免某摩托车在驾驶过程中出现因散热不好而导致发动机温度过高所带来的高热负荷、高排放、低功率等问题,以某越野摩托车整车为研究对象,基于计算流体力学方法(computational fluid dynamic,CFD),对该摩托车整车外流场进行分析。结果... 详细信息

为避免某摩托车在驾驶过程中出现因散热不好而导致发动机温度过高所带来的高热负荷、高排放、低功率等问题,以某越野摩托车整车为研究对象,基于计算流体力学方法(computational fluid dynamic,CFD),对该摩托车整车外流场进行分析。结果表明:该摩托车进风格栅的结构设计不合理,不利于发动机冷却散热。通过改变进风格栅导叶结构来增大通风面积,并提出了相应的结构优化方案。仿真结果表明:经过对进风格栅的结构优化后,油冷器的冷却风量提升了118%,同样改善了格栅与油冷器之间因气流滞留所引起的局部涡流现象,降低了局部内流阻力;经实验验证,最优方案满足各种工况下发动机机油温度小于135℃、缸温小于250℃的要求。该研究结果可为摩托车整车零部件设计及开发提供仿真数据支撑及理论指导。

关键词：越野摩托车进风格栅计算流体力学流场分析结构优化

基于CFD的发动机冷却水泵流场数值模拟及性能优化

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石河子大学学报（自然科学版） 2021年第2期39卷 155-161页

作者：谭礼斌袁越锦王萍黄灿陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021 隆鑫通用动力股份有限公司技术中心重庆400039

为了给发动机冷却水泵的设计开发及优化提供理论依据,本文以某发动机冷却水泵为研究对象,基于计算流体动力学的方法,采用STAR-CCM+流体仿真软件对原始水泵模型的内部流场进行数值分析,模拟获得的水泵性能流量-扬程及流量-效率曲线与实... 详细信息

为了给发动机冷却水泵的设计开发及优化提供理论依据,本文以某发动机冷却水泵为研究对象,基于计算流体动力学的方法,采用STAR-CCM+流体仿真软件对原始水泵模型的内部流场进行数值分析,模拟获得的水泵性能流量-扬程及流量-效率曲线与实验测试结果的变化趋势一致,结果表明搭建的水泵性能仿真模型对评估水泵性能是可靠的。为了提高冷却水泵的工作性能,以水泵流量及效率最大化为优化目标进行优化设计,采用CATIA对其进行三维参数化建模,实现叶轮形状的参数控制及为性能优化提供参数变量。对流量8 L/min的计算工况点(计算扬程2.3 m)搭建了联合CATIA与STAR-CCM+集成的“数模-仿真”优化分析模型,利用STAR-CCM+内置参数化模型自动更新和模型迭代计算功能实现水泵性能优化,获得了叶轮结构优化方案,水泵效率提升10.157%,流量提升94%,表明该计算工况下水泵性能明显提升。

关键词：冷却水泵流场分析数值模拟性能优化

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简析小学数学课堂教学效率的提升

发动机冷却水套的计算流体力学分析及结构改进

文理导航·教育研究与实践 2016年第10期 185-186页

作者：谭礼斌江西省赣州市南康区坪市乡长坳小学

小学数学教学是特别重要的,小学数学教学是对学生进行数学的启蒙,让学生开始接触数学、了解数学,数学和学生的生活是关联非常紧密的,学生们学习数学能够帮助他们更好地生活.很多的小学数学老师都对小学数学教学进行了研究,他们希望能够... 详细信息

小学数学教学是特别重要的,小学数学教学是对学生进行数学的启蒙,让学生开始接触数学、了解数学,数学和学生的生活是关联非常紧密的,学生们学习数学能够帮助他们更好地生活.很多的小学数学老师都对小学数学教学进行了研究,他们希望能够提高小学数学教学质量,帮助学生学习数学知识,提高学生的数学成绩.笔者也从事小写数学教学多年,对如何提高小学数学教学效率也有自己的探究.

关键词：小学数学课堂教学效率兴趣教学设计

来源：评论

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2022年第4期37卷 66-74页

作者：王萍谭礼斌袁越锦黄灿隆鑫通用动力股份有限公司技术中心重庆400039 陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021

为评估某发动机冷却水套结构设计的合理性,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析方法,采用STAR-CCM+软件对一款双缸发动机冷却水套进行流场数值模拟分析.通过对该冷却水套的速度场及缸孔流量分配进行分析,发现该双... 详细信息

为评估某发动机冷却水套结构设计的合理性,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析方法,采用STAR-CCM+软件对一款双缸发动机冷却水套进行流场数值模拟分析.通过对该冷却水套的速度场及缸孔流量分配进行分析,发现该双缸发动机冷却水套的结构设计存在不足,会造成左缸冷却效果好而右缸冷却效果差的两缸冷却不均匀现象,右缸大部分区域的换热系数低于5000 W/(m2·K),因此,需要提升冷却水套的冷却性能.基于流动路径及流量分配合理性的综合评估方法提出了冷却水套缸孔布局的改进方案,并对冷却水套改进结构进行了CFD模拟.结果表明:改进后,排气侧、鼻梁区等高温区域的冷却效果得到保证的同时,左缸和右缸的冷却均匀性得到明显的改善,冷却水套壁面平均换热系数的提升非常明显,基于流动路径及流量分配合理性来设计缸孔布局的方法是有效可行的.研究结果可为冷却水套的改进设计提供方法指导和仿真数据支撑.

关键词：冷却水套计算流体力学流场特性缸孔结构改进