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喷动床内气固两相流动纵向涡流效应数值模拟

高校化学工程学报 2017年第4期31卷 776-783页

作者：张洁洁吴峰马晓迅杨剑西北大学化工学院陕西西安710069 陕西省洁净煤转化工程技术中心陕西西安710069 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为了深入了解纵向涡流对喷动床内气固两相流动特性的影响规律,采用计算流体力学方法对喷动床内气固两相流动的纵向涡流效应进行三维数值模拟。采用RUC曳力系数模型描述气、固相间作用力,通过欧拉-欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对气固... 详细信息

为了深入了解纵向涡流对喷动床内气固两相流动特性的影响规律,采用计算流体力学方法对喷动床内气固两相流动的纵向涡流效应进行三维数值模拟。采用RUC曳力系数模型描述气、固相间作用力,通过欧拉-欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对气固两相流动进行模型处理。分别对无扰流件、加入一对小球扰流件及加入一对纵向涡流发生器喷动床结构进行了模拟分析及对比。研究表明:加入球体扰流件及纵向涡流发生器之后,喷泉区的喷动高度明显下降,并在球形扰流件及纵向涡流发生器附近产生了二次漩涡。纵向涡流的存在显著地增加了喷动床内环隙区颗粒相的径向速度,增加了喷射区及喷泉区内颗粒体积分数及其密集度,有效增强了喷动床内气体、颗粒沿径向与轴向的湍动能及拟温度值,进而强化了环隙区与喷射区内颗粒、流体两相的横向混合效果及颗粒间的动量交换过程。

关键词：喷动床纵向涡流多相传递强化数值模拟

直喷式柴油机涡流室燃烧系统的模拟与试验研究

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内燃机工程 2008年第4期29卷 19-22页

作者：魏胜利杜宝国冯立岩冷先银隆武强大连理工大学内燃机研究所大连116023

为改善直喷式柴油机缸内的喷雾分布特性及混合气形成质量,从加强燃烧室内的气流运动角度出发,提出了直喷式涡流室燃烧系统,应用AVL FIRE软件对缸内混合气形成过程进行了数值模拟研究,并在单缸四气门135柴油机上进行了初步性能试验。结... 详细信息

为改善直喷式柴油机缸内的喷雾分布特性及混合气形成质量,从加强燃烧室内的气流运动角度出发,提出了直喷式涡流室燃烧系统,应用AVL FIRE软件对缸内混合气形成过程进行了数值模拟研究,并在单缸四气门135柴油机上进行了初步性能试验。结果表明:直喷式涡流室燃烧系统能够有效提高缸内混合气均匀性,从而改善燃烧;使用4×0.36×150°油嘴在供油提前角为7°CA时要低于10°CA时的NOx和碳烟排放。

关键词：内燃机柴油机涡流室燃烧系统燃烧室碰撞喷雾纵向涡流

基于场协同原理的横排锯齿翅片湍流传热强化机理

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航空动力学报 2015年第10期30卷 2376-2383页

作者：李娟凌祥彭浩南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

通过数值模拟方法分析了横排(TD)锯齿翅片在板翅换热器通道内传热与流动特性.研究了湍流条件下横排锯齿翅片的温度场,速度场以及两场协同性,探索其强化传热机理.在此基础上获得了翅片高度,翅片间距和翅片宽度对传热与流动的影响规律,并... 详细信息

通过数值模拟方法分析了横排(TD)锯齿翅片在板翅换热器通道内传热与流动特性.研究了湍流条件下横排锯齿翅片的温度场,速度场以及两场协同性,探索其强化传热机理.在此基础上获得了翅片高度,翅片间距和翅片宽度对传热与流动的影响规律,并给出了横排锯齿翅片的综合传热性能因子.结果表明:横排锯齿翅片通道内流体扰动强烈,形成了周期性纵向涡流;改善了通道内速度与温度梯度场之间的协同作用,强化传热效果,提高了综合传热性能因子.

关键词：横排锯齿翅片场协同传热强化湍流纵向涡流

带纵向涡发生器喷动床内颗粒流动特性PIV实验

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化工学报 2018年第5期69卷 1923-1930页

作者：尚灵祎吴峰马晓迅西北大学化工学院陕西西安710069 陕西省洁净煤转化工程技术中心陕西西安710069

针对喷动床内环隙区颗粒缺少横/径向运动的特点,通过实验将纵向涡流发生器及纵向涡流效应引入喷动床。采用粒子图像测速技术研究了在内径为152 mm的喷动床内纵向涡流及颗粒设计参数对喷动床内喷射区及环隙区颗粒相径向速度的影响,研究... 详细信息

针对喷动床内环隙区颗粒缺少横/径向运动的特点,通过实验将纵向涡流发生器及纵向涡流效应引入喷动床。采用粒子图像测速技术研究了在内径为152 mm的喷动床内纵向涡流及颗粒设计参数对喷动床内喷射区及环隙区颗粒相径向速度的影响,研究结果表明,纵向涡发生器在扰流元件上方横截面内颗粒相运动出现大量二次涡流,相比较于无纵向涡流扰流件情况,喷动床内的颗粒径向速度得到了显著增加,表明纵向涡发生器能够增强颗粒相在喷射区及环隙区的径向运动能力。在喷动床稳定喷动范围内,颗粒直径及颗粒密度越小,纵向涡流对颗粒相径向运动的强化效果越佳。

关键词：粒子图像测速技术纵向涡流颗粒速度颗粒直径颗粒密度

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内置扭带的方形截面细通道流动与传热研究

内置扭带的方形截面细通道流动与传热研究

作者：艾鑫广西大学

学位级别：硕士

基于高度集成化的电子芯片工作时温度过高易产生工作稳定性下降甚至过热而损坏的问题。为获得更加高效稳定的冷却技术,越来越多的学者开始从事微细通道强化传热技术研究。然而,在实际应用过程中主动强化传热技术需要消耗一定的能源,在... 详细信息

基于高度集成化的电子芯片工作时温度过高易产生工作稳定性下降甚至过热而损坏的问题。为获得更加高效稳定的冷却技术,越来越多的学者开始从事微细通道强化传热技术研究。然而,在实际应用过程中主动强化传热技术需要消耗一定的能源,在某些特定的场合无法使用且不好控制,所以生产中更多的是采用被动强化传热技术。内插件强化传热技术在被动强化传热技术当中应用相当普遍,而扭带因其制造容易、成本较低、抗垢能力强等因素成为了内插件强化传热技术研究的重点。鉴于此,本文研究了扭带内插件强化传热技术。研究主要分为两个部分:（1）实验研究了以去离子水为工质,在雷诺数为418.65～883.81下不同扭率（Y=3、4、5）和扭曲长度（L=50 mm、100 mm、150 mm）的扭带对方形截面细通道内摩擦阻力系数、壁面温度、努塞尔数、熵产和综合传热性能因子的影响。结果表明:扭带的加入使得通道壁面温度降低明显,努塞尔数提高29%～149%,摩擦阻力系数提高了68%～372%。细通道的壁面温度随扭率的减小或扭曲长度的增大而减小,努塞尔数和摩擦阻力系数随扭率的减小或扭曲长度的增大而增大。综合性能分析表明,加入扭带的细通道内的综合性能因子均大于1,扭率最小且长度最长的L=150 mm,Y=3型扭带具有最高的综合性能因子其值为1.49。（2）采用数值模拟的研究方法继续研究了不同排布方式及分段段数的扭带对方形截面细通道内局部压降、局部努塞尔数、速度场、温度场和场协同的影响。结果表明:对于扭带加入的通道,速度场与温度场被重新分布,在扭带的附近产生了二次流,极大的增强了流体的混合。在扭带附近流体速度矢量与压力梯度的场协同角α明显增大,扭带与流体接触面附近产生了场协同角α交替增大减小的分布情况。加入扭带的通道内速度矢量与温度梯度的场协同角β有明显的下降,最小达到19.5°,场协同角β较小的区域主要分布在扭带的后部。总的来说,分段扭带对传热性能的增强效果虽然比不上全长扭带但相差不多,而对于扭带所造成的阻力损失来说,分段扭带远低于全长扭带,因而其具有更好的性能。

关键词：扭带细通道传热增强摩擦阻力系数纵向涡流

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Y型内肋换热管的强化换热特性研究

Y型内肋换热管的强化换热特性研究

作者：贾梦川西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着社会的飞速发展,能源短缺、环境污染等问题日益凸显,如何提高能源利用率、达到节能减排的目的已成为人们关注的焦点。强化换热技术是解决能源短缺与环境污染等一系列问题的重要途径,纵向涡流强化换热技术是无源强化换热技术的一种... 详细信息

随着社会的飞速发展,能源短缺、环境污染等问题日益凸显,如何提高能源利用率、达到节能减排的目的已成为人们关注的焦点。强化换热技术是解决能源短缺与环境污染等一系列问题的重要途径,纵向涡流强化换热技术是无源强化换热技术的一种。基于纵向涡流强化换热技术,本文提出一种新型内肋换热管结构,主要对换热管内流体流动与换热特性进行了分析与研究。本文利用ANSYS CFD15.0软件对Y型内肋换热管内流体流动与换热特性进行了数值仿真模拟,分析了不同Y型内肋结构参数对换热管换热特性的影响;而后,研究了脉动流非稳态下的Y型内肋换热管内的流动与换热特性;最后基于遗传算法对Y型内肋换热管的结构参数进行了优化设计。本文主要的成果如下:首先,使用Fluent 15.0软件对Y型内肋换热管进行了数值仿真求解,分析了换热管内流体流动特性,研究了不同结构参数对换热管内流体流动与换热的影响。结果表明,Y型内肋使得管内产生多个纵向涡流,管内流体扰动剧烈,近壁面区域和核心区域流体混合更加充分,近壁面区域粘性底层被破坏,换热能力得到强化;在Re(28)35007500时,综合评价因子PEC(28)1.4.85。当Y型内肋夹角α和间距P一定时,PEC随着内肋长度L的增大而增大,且在L=8mm处取得最大值;当内肋长度L和间距P一定时,随着夹角α的增大,PEC先增大后减小,且在α=90°时,PEC取得最大值;当内肋夹角α和长度L一定时,间距越大,PEC值越小。最后基于最大火积耗散理论分析了不同夹角和内肋长度对火积耗散的影响。其次,研究了入口速度为正弦周期性变化的脉动流时,对Y型内肋换热管内流体流动与换热特性的影响,分析了脉动振幅A、频率f和雷诺数Re对换热效果的影响规律。结果表明,随着脉动流振幅A的增大,努塞尔数Nu也明显增大,换热效果显著增强;当Re=10500,振幅A=0.5时,脉动频率f=1Hz为临界频率,当f1Hz时,随着频率的增大,Nu也逐渐增大且增加明显,换热效果提高显著;当振幅A=0.5,频率f=5Hz时,随着雷诺数Re的增大,Nu也不断增大,换热增强。进一步分析了振幅和频率对两个周期内的场协同角度的影响和不同振幅下一个周期内的火积耗散随时间变化的规律。最后,根据稳态下数值仿真结果,对Y型内肋换热管内Nu和f进行线性回归,得到综合评价因子的PEC关联式,而后建立换热管的优化设计数学模型,分别使用遗传算法和MATLAB的fimicon函数进行优化求解,得到Y型内肋结构的最优参数。

关键词：强化换热数值模拟纵向涡流脉动流优化设计

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肋条粗糙度对超临界二氧化碳对流换热的影响

肋条粗糙度对超临界二氧化碳对流换热的影响

作者：袁楠昆明理工大学

学位级别：硕士

随着现代工业的迅速发展,对能源的需求逐渐增加。面对化石燃料最终将枯竭的危机,迫切需要开发新的能源并开发高效的能源系统。相比于传统的基于水蒸汽的朗肯循环,超临界压力二氧化碳(SCO)布雷顿循环系统更具便利性、经济性和系统简单性... 详细信息

随着现代工业的迅速发展,对能源的需求逐渐增加。面对化石燃料最终将枯竭的危机,迫切需要开发新的能源并开发高效的能源系统。相比于传统的基于水蒸汽的朗肯循环,超临界压力二氧化碳(SCO)布雷顿循环系统更具便利性、经济性和系统简单性。然而,超临界压力二氧化碳(SCO)布雷顿循环系统加热器的设计与优化正面临一些挑战,其中需要迫切了解的是,在超临界压力下流体对流换热过程中拟临界点附近对流换热系数局部的变化较为敏感,会出现局部换热系数极具恶化的情况,这种现象会导致超临界流体在换热过程中的不稳定。超临界传热恶化与传热强化的机理研究是必要的。本文采用ANASYS FLUENT数值模拟肋条粗糙度对超临界二氧化碳对流换热的影响情况,模型使用修改后的剪应力传输模型和可变湍流普朗特数模型。主要内容如下:(1)通过对超临界二氧化碳在光滑管道的垂直上升流动过程进行数值模拟,研究分析了不同浮升力条件下超临界二氧化碳的换热特性与流动特性。数值模拟与实验相比可以更加直观的观察管内的超临界二氧化碳的流动状态,对超临界传热的机理有进一步认识。(2)对具有离散双斜肋(DDIR)的管道中超临界压力二氧化碳的传热进行了数值研究。在7.58 MPa,200-800 kg/(m·s)的质量通量和56.7 k W/m的热通量下进行数值模拟。结果表明,DDIR严重抑制了光滑管中存在的强浮力作用,并且未发生严重的劣化。对几何参数的敏感性分析表明,肋骨间距对传热恶化最敏感。倾斜角度的影响远小于肋骨的高度和间距。当Bo*为4.5×10左右,PEC为3-4,DDIR管的整体热性能最佳。在浮力非常强或可忽略不计的区域中,PEC的值在1-2之间,要低得多。DDIR的主要作用是消除浮力对热传递的负面影响,而它们不能有效地增加浮力对热传递的正面影响。最后,发现Bo*适用于性能评估和超临界传热增强技术的优化。(3)系统的研究不同肋条粗糙度下超临界二氧化碳在单管道中的对流换热特性,模拟了超临界二氧化碳在内壁面具有连续肋条的内螺纹管中的传热。对比了同肋条粗糙度下超临界二氧化碳在单管道中的流动换热特性,分析了不同肋条粗糙度在不同工作条件下的适用性。结果表明在混合对流条件下,DDIR的PEC值为4,IRT的PEC值为2.7,离散肋诱导的纵向涡流比连续肋诱导的旋流对超临界传热强化的效果更明显。在自然对流与强制对流条件下两种肋条强化效果都不明显。

关键词：超临界二氧化碳数值模拟浮升力强化传热纵向涡流