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面向吸热型碳氢燃料结焦抑制的冷却通道研究进展

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推进技术 2024年

作者：方文军叶虞滢戴怿童糜基张一冉邵崇坤郭永胜浙江大学化学系

吸热型碳氢燃料在解决飞行器热管理问题中展现出巨大的应用潜力，但其在高温裂解过程中不可避免地会产生结焦，需要通过改变燃料组成、使用添加剂或处理冷却通道等结焦抑制技术来减少结焦。本文着重综述不同结构、材料组成和表面处理的... 详细信息

吸热型碳氢燃料在解决飞行器热管理问题中展现出巨大的应用潜力，但其在高温裂解过程中不可避免地会产生结焦，需要通过改变燃料组成、使用添加剂或处理冷却通道等结焦抑制技术来减少结焦。本文着重综述不同结构、材料组成和表面处理的冷却通道对抑制碳氢燃料结焦的作用，主要体现在：优化冷却通道结构，改善燃料流动状态，可以提高传热效率，减少结焦；调控基底材料组成，降低催化生焦活性，有利于结焦抑制；通过机械抛光、涂层和预氧化等表面处理方法，覆盖金属表面催化活性位点，降低焦炭前驱体与催化位点接触概率，达到抑制催化结焦的目的。同时，给出了优化结构设计、开发新型材料以及联用多种表面改性技术等方向的建议，期望为吸热型碳氢燃料的工程应用提供一定参考。

关键词：碳氢燃料结焦抑制冷却通道表面处理综述

基于响应面法的X型桁架阵列通道冷却性能优化

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航空动力学报 2024年第1期39卷 19-27页

作者：席雷高建民徐亮赵振李云龙西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

基于数值结果构建了有关X型桁架通道壁面平均努塞尔数、摩擦因数和综合热力系数的2阶响应面模型,分析了桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角等对X型桁架通道冷却性能的影响规律,并优化得到了最佳参数。结果表明:增大桁架杆直径比和桁... 详细信息

基于数值结果构建了有关X型桁架通道壁面平均努塞尔数、摩擦因数和综合热力系数的2阶响应面模型,分析了桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角等对X型桁架通道冷却性能的影响规律,并优化得到了最佳参数。结果表明:增大桁架杆直径比和桁架杆夹角均可以快速地提高平均努塞尔数,但也相应地增大了摩擦因数;增大桁架杆倾角先提高后又降低了平均努塞尔数和摩擦因数;增大桁架杆直径比、桁架杆夹角和桁架杆倾角均会使综合热力系数先增大后减小。当桁架杆直径比为0.0750、桁架杆夹角为60°和桁架杆倾角为33.79°时通道的传热性能最优;当桁架杆直径比为0.067、桁架杆夹角为37.88°和桁架杆倾角为31.36°时通道的综合热力性能最优。

关键词：桁架阵列冷却通道流动与传热响应面法优化设计

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重载电磁轴承的牵引力和温升特性

轴承 2024年第7期 138-144页

作者：王路遥张福海孟晋张微赵长城核电运行研究(上海)有限公司上海200125 江苏核电有限公司江苏连云港222044

针对大型立式泵轴向电磁轴承在短期运行出现的绕组温升过高问题,采用磁-热耦合数值计算方法分析了气隙、电流和冷却通道对电磁轴承牵引力和散热性能的影响,结果表明:电磁轴承牵引力的最佳电流区间为12~20 A,在此区间牵引力与电流呈正相... 详细信息

针对大型立式泵轴向电磁轴承在短期运行出现的绕组温升过高问题,采用磁-热耦合数值计算方法分析了气隙、电流和冷却通道对电磁轴承牵引力和散热性能的影响,结果表明:电磁轴承牵引力的最佳电流区间为12~20 A,在此区间牵引力与电流呈正相关,牵引力与气隙呈负相关;冷却通道会降低电磁轴承的牵引力,降幅随冷却通道流量的增加而增大;铁芯上开设冷却通道能有效改善绕组的散热条件,冷却通道流量越大,绕组温度越低。

关键词：滑动轴承磁力轴承冷却通道牵引力散热数值分析

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PV/T集热器冷却技术的研究进展

河南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 204-214页

作者：杨曼莹关欣姚发达文楚琳上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

太阳能光伏光热一体化组件由光伏与光热两个部分组成,其中光伏面板能够提供各领域所需电能.由于光伏温度的升高会影响光伏组件的电效率及电池寿命,所以在光伏系统中加入光热部分,将多余的热量转移并加以利用,进而提高太阳能的综合利用效... 详细信息

太阳能光伏光热一体化组件由光伏与光热两个部分组成,其中光伏面板能够提供各领域所需电能.由于光伏温度的升高会影响光伏组件的电效率及电池寿命,所以在光伏系统中加入光热部分,将多余的热量转移并加以利用,进而提高太阳能的综合利用效率.以液体和空气作为传热介质的太阳能光伏光热(PV/T)系统是通过对流的方式将光伏进行冷却,为了提高工作流体的均温性及系统在高电池温度峰值下的稳定性,可在水基PV/T中增加纳米颗粒.为了提高纳米流体的稳定性及热导率,可以使用混合纳米流体或者在单一纳米流体中加入相变材料(PCM).通过PCM进行冷却的PV/T系统是通过传导的方式将光伏进行冷却,可通过调整PCM的厚度实现控制温度的下降速率,或者在PCM内填充纳米颗粒增大组件的导热系数,以提高PV/T系统的热/电效率.通过总结目前相关的研究可知,PV/T集热器冷却技术还需深入研究的方面包括:混合纳米流体颗粒的浓度和工作温度对其热导率的影响、两相流传热理论及粒子间相互作用对纳米流体稳定性的影响、外界影响因素的波动对PV/T系统影响的动态理论研究、PCM自身特性对充放热速率和循环使用的影响、考虑经济性的热管数量对PV/T系统性能的影响以及适用于太阳能PV/T热泵系统的动态预测.

关键词： PV/T收集器热/电效率纳米流体相变材料冷却通道

多物理场耦合下不同因素对大功率液冷充电电缆温度影响的仿真研究

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广东电力 2024年第6期37卷 111-119页

作者：贾璐萌李宏杰李旭涛邓若宇杜剑锋王安红太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024

为解决新能源电动汽车快速补能带来的热效应显著上升和充电电缆线径不可能相应增大的互相矛盾问题,基于电磁温度流体多物理场耦合的有限元仿真模型,提出对充电电缆增加主动降温的空间冷却通道,对比分析在不改变缆芯横截面积和环境温度... 详细信息

为解决新能源电动汽车快速补能带来的热效应显著上升和充电电缆线径不可能相应增大的互相矛盾问题,基于电磁温度流体多物理场耦合的有限元仿真模型,提出对充电电缆增加主动降温的空间冷却通道,对比分析在不改变缆芯横截面积和环境温度的前提下冷却介质种类、冷却通道结构、冷却液流速对超快速充电场景下充电电缆缆芯温度及载流量的影响。仿真结果表明:冷却通道管径对充电电缆导体温度与载流量影响最大;液冷较强制风冷的冷却效果更为显著;理想的冷却介质流速为0.1~0.15 m/s。当缆芯截面积为70 mm^(2)、冷却液流速为0.1 m/s、冷却介质为乙二醇水溶液、冷却通道与缆芯横截面积之比为1.25时,充电电缆载流量达到600 A,温度为49.7℃。相关研究为超快速充电场景下大功率冷却型充电电缆的结构优化与设计提供了参考依据。

关键词：超快速充电充电电缆载流量冷却通道多物理场耦合

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X型桁架阵列冷却通道传热特性的数值研究

汽轮机技术 2022年第5期64卷 341-346页

作者：席雷高建民徐亮赵振阮麒成西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

采用耦合传热数值方法开展了X型桁架阵列冷却通道传热特性的数值研究,分析了雷诺数Re(10000~60000)、桁架杆直径比d/D(0.0375~0.075)、桁架杆夹角α(30°~60°)和桁架杆倾角β(15°~45°)对X型桁架通道的固体壁面温度、温度梯度以及通... 详细信息

采用耦合传热数值方法开展了X型桁架阵列冷却通道传热特性的数值研究,分析了雷诺数Re(10000~60000)、桁架杆直径比d/D(0.0375~0.075)、桁架杆夹角α(30°~60°)和桁架杆倾角β(15°~45°)对X型桁架通道的固体壁面温度、温度梯度以及通道壁面和桁架杆表面热流量的影响规律。结果表明:桁架杆前端形成的马蹄涡较小,后端形成的马蹄涡较大。高传热区域出现在通道入口区域壁面、桁架杆与壁面的交接位置以及桁架表面。在研究参数范围内,增大Re、d/D、α和β分别使X型桁架冷却通道外壁面平均温度降低了9.78%、2.71%、0.66%和0.34%。最大温度梯度出现在通道壁面和桁架杆端部的交汇处。增大Re和d/D可以改善X型桁架冷却通道的传热均匀性,而增大α和β都会恶化X型桁架冷却通道的传热均匀性。通道壁面热流量占X型桁架冷却通道总热流量的69.38%~80.15%,大约为桁架表面热流量的2.27~3.81倍。

关键词：涡轮叶片桁架阵列冷却通道传热特性数值研究

基于Darcy流动的冷却通道散热结构多投影拓扑优化方法研究

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基于Darcy流动的冷却通道散热结构多投影拓扑优化方法研究

作者：常涵重庆邮电大学

学位级别：硕士

本文主要是对冷却通道的设计方法进行研究。在一些发热量大的元件中,散热是设计时的一个重点。设计优秀的冷却通道,可以提高元件工作时的散热效率,增强元件的工作效率和工作寿命等。冷却通道的进行设计方法有尺寸优化和拓扑优化两种。... 详细信息

本文主要是对冷却通道的设计方法进行研究。在一些发热量大的元件中,散热是设计时的一个重点。设计优秀的冷却通道,可以提高元件工作时的散热效率,增强元件的工作效率和工作寿命等。冷却通道的进行设计方法有尺寸优化和拓扑优化两种。尺寸优化需要提前设计好冷却通道的轮廓,然后只对轮廓的大小进行优化。而拓扑优化只需要设定好设计域,就可以在设计域内寻找冷却通道结构的最优解。所以本文对冷却通道的拓扑优化方法进行研究。本文先介绍了如何将待优化的模型转换为参数模型。主要采用密度法给划分网格后的模型的每一个单元都赋予一个密度值,以0表示液体,1表示固体。为了保证进行拓扑优化时可以更好的得到冷却通道分布结构的最优解,引入过滤算法和投影算法对密度值进行过滤和投影。此方法使处理过后的密度值能集中在0和1上,避免有单元格的密度值在0～1之间。为了更好的实现这一目标,对投影方法进行了改良。采用两个算法相同但分界阈值不同的投影公式,将分界阈值更大的投影方法得到的密度值提供给体积约束函数,分界阈值更小的投影方法得到的密度值提供给优化目标函数。然后确定边界条件为体积约束,优化目标为温度和压降的权重和。其中压降是替代边界条件中的压降约束,在文中也验证了等效压降公式能替代压降约束,并得到了压降函数的结果与真实的压降之间的转换关系式。这样就构建好了冷却通道的拓扑优化算法。在构建好冷却通道的拓扑优化算法后,选择不同的待优化的模型,用来验证改良后的投影方法是否可以有效提高冷却通道拓扑优化算法的寻优能力和计算效率。经过验证发现改良后的投影方法可以有效的提高冷却通道拓扑优化算法的计算效率,但有可能得到局部最优解而无法得到全局最优解。所以后续提出了一种松弛-收紧的优化策略。松弛-收紧优化策略就是对待优化的模型进行两次拓扑优化。第一次进行拓扑优化时,两个投影方程的分界阈值都相同。此时会得到一个具有冷却通道的大体分布形式,但还是存在很多灰度单元的优化结果。然后将与优化目标函数相关联的投影方程中的分界阈值减小,在第一次拓扑优化结果的基础上再进行一次拓扑优化。经过验证,松弛-收紧优化策略可以提高冷却通道拓扑优化算法的计算效率和寻优能力。在验证了改良的投影方法与松弛-收紧优化策略可以有效的提高冷却通道拓扑优化算法的计算效率和寻优效率后,对优化算法中的一部分参数对优化结果的影响进行了研究和讨论。包括优化目标函数中的温度与压降的权重、过滤方法中的过滤半径、投影方法中的投影强度、在松弛-收紧优化策略中第二次优化时的分界阈值以及冷却液的初始流速。最后对本文的研究内容进行了总结,并提出了一些未来可能的研究方向,希望在未来冷却通道的拓扑优化算法可以得到更好的发展。

关键词：冷却通道拓扑优化 Darcy流动优化策略

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交叉扭转椭圆冷却通道流动和换热研究

工程热物理学报 2019年第11期40卷 2526-2531页

作者：肖坤汪翔宇丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室

本文基于场协同理论,提出了一种可用于燃气透平叶片内部冷却的交叉扭转椭圆形截面内部冷却通道,其基本原理在于通过椭圆形截面通道的交叉扭转,能够实现纵向二次涡的产生,从而强化透平叶片的内部冷却。结合Fluent软件,对该通道内的流动... 详细信息

本文基于场协同理论,提出了一种可用于燃气透平叶片内部冷却的交叉扭转椭圆形截面内部冷却通道,其基本原理在于通过椭圆形截面通道的交叉扭转,能够实现纵向二次涡的产生,从而强化透平叶片的内部冷却。结合Fluent软件,对该通道内的流动阻力和换热特性进行了计算,并在此基础上分析了交叉扭转角度和长短轴长度比对通道内部流动和换热特性的影响。结果表明:交叉扭转椭圆截面通道使内部冷却显著强化,而流阻增加较少,计算工况下同功耗下的强化换热指标可达1.5;通道的最佳扭转角度范围宽广,实际应用中交叉扭转角度可以在45°~90°之间灵活选取;通道截面的最佳长短轴长度比为1.3~1.5。

关键词：交叉扭转椭圆冷却通道燃气透平叶片

热泳力作用下柴油机微粒在冷却通道中沉降规律研究

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内燃机学报 2007年第3期25卷 247-251页

作者：付娟宁智姜大海李军卢晓北京交通大学机电工程学院北京100044

对热泳力作用下柴油机微粒在冷却通道中的沉降规律进行了研究。推导建立了热泳沉降率数学模型,在此基础上分析了在热泳力作用下,微粒大小、排气流速、排气与壁面温差以及通道尺度等因素对柴油机微粒在冷却通道中热泳沉降率的影响规律。... 详细信息

对热泳力作用下柴油机微粒在冷却通道中的沉降规律进行了研究。推导建立了热泳沉降率数学模型,在此基础上分析了在热泳力作用下,微粒大小、排气流速、排气与壁面温差以及通道尺度等因素对柴油机微粒在冷却通道中热泳沉降率的影响规律。研究结果表明,热泳力对柴油机微粒具有一定的脱除作用,通过合理设计和控制冷却通道的结构和运行参数,可以有效地提高柴油机微粒在冷却通道中的沉降率。热泳沉降技术为柴油机微粒的净化以及柴油机微粒分布的改善提供一条有效的途经。

关键词：热泳柴油机微粒冷却通道沉降率