检索结果-南通市图书馆

作者：常悦兰州交通大学

学位级别：硕士

传统的数值模拟计算方法计算量大,计算时间长,对计算机的配置要求高,很难满足现代工业发展需求。特征正交分解(POD)低阶模型是一种高效数值方法,可以大大缩短计算时间。本文采用适体坐标与最佳正交分解(POD)相结合的方法对选取的扁管管... 详细信息

传统的数值模拟计算方法计算量大,计算时间长,对计算机的配置要求高,很难满足现代工业发展需求。特征正交分解(POD)低阶模型是一种高效数值方法,可以大大缩短计算时间。本文采用适体坐标与最佳正交分解(POD)相结合的方法对选取的扁管管翅式换热器进行降维计算,在保证计算精度的前提下提高计算速度,以达到提高复杂结构换热器数值设计效率的目的,满足更多领域的工程实际需求。本文以扁管管翅式换热器为例,构建了POD低阶模型,并将其计算结果与FVM计算结果进行了对比。具体研究内容如下:(1)在采用FVM方法对扁管管翅式换热器传热单元的模拟计算中,改变的参数为:翅片间距、横向管间距和空气侧雷诺数。并且分别对等壁温边界条件和等热流边界条件下的单参数变量、双参数变量和三参数变量三种工况进行计算,根据模拟计算结果分析温度场和速度场的分布特征。(2)由FVM的计算结果得到POD插值法所需的各个样本,样本包含的模拟工况分别有等壁温边界条件下的单参数变量、双参数变量和三参数变量以及等热流边界条件下的单参数变量、双参数变量和三参数变量,共6组样本。对于样本参数工况采用snapshot(快照)方法进行最佳正交分解计算以得到相应的基函数;对于非样本单参数变量工况,采用线性插值法、牛顿插值法和拉格朗日插值法求解谱系数,将基函数和相应的谱系数线性叠加得到重构场;对于非样本双参数变量和三参数变量工况,均采用线性插值法计算谱系数,并得到重构场。(3)将POD方法计算得到的温度场和速度场分别与相同条件下的FVM计算结果进行对比,并分析POD插值方法的精度和速度。计算结果表明,采用POD插值法计算多变量问题时,随着变量个数的增加,与FVM的相对偏差越大,其中各参数变量工况下重构速度场在等壁温条件三变量下的误差为1.91%;重构温度场在等壁温条件三变量下的误差为0.563%。等热流边界条件的计算精度均高于等壁温边界条件的计算精度。单参数变化时,采用POD方法在保证计算精度的前提下,将传统FVM数值计算速度提高了3093.4倍。故POD线性插值法对温度场和速度场的计算,不仅精度高而且速度快。除此之外,POD插值法在等热流边界条件下和等壁温条件下的计算精度差别不大。本文工作是将POD技术应用于复杂流动与传热问题的尝试,在求解换热器这类复杂结构中的温度场和速度场等参数方面,具有更为突出的加速特性。得到的结果为扁管管翅式换热器的优化设计提供了理论参考,研究工作具有重要的工程指导意义。

关键词：扁管管翅式换热器适体坐标等热流 POD低阶模型速度场重构

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基于POD方法的扁管管翅式换热器换热数值模拟

基于POD方法的扁管管翅式换热器换热数值模拟

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作者：胡文婷兰州交通大学

学位级别：硕士

特征正交分解(POD)是一种有效分析高维数据的方法,该方法利用奇异值分解(SVD)方法得到一组满足最小二乘意义下能量最优的基函数,利用少量谱系数与这组基函数进行线性叠加可以重构出高维物理问题。本文建立了POD低阶模型,并用于对扁管管... 详细信息

特征正交分解(POD)是一种有效分析高维数据的方法,该方法利用奇异值分解(SVD)方法得到一组满足最小二乘意义下能量最优的基函数,利用少量谱系数与这组基函数进行线性叠加可以重构出高维物理问题。本文建立了POD低阶模型,并用于对扁管管翅式换热器流动与传热过程的数值分析,比较了分别采用POD低阶模型中的插值和投影两种方法对换热器换热的求解结果。所做主要工作如下:(1)采用有限容积法对扁管管翅式换热器换热单元进行了数值分析,计算中改变的参数主要有:翅片间空气雷诺数及换热器的结构参数。气流速度以工程实际中管翅式换热器气侧空气能达到的实际流速为准;换热器结构参数主要改变翅片间距和横向管间距两个参数。将SIMPLE算法所得稳态模型结果作为POD低阶模型样本以及同POD方法模拟结果比对的参考值。(2)采用Newton插值、拉格朗日插值、样条插值等插值方法进行了单变量及多变量的谱系数耦合计算,对比各类插值方法所得结果,选择较优的POD插值模型进行温度场的重构。(3)POD投影方法选择能量方程进行降维投影,推导出适用于三维适体坐标下的POD投影方程,构建POD投影低阶模型,代入基函数求解得到投影方程的谱系数。将谱系数与基函数相乘叠加,重构出待求条件下的温度场。计算结果表明,POD插值法和投影法对于多变量的稳态问题均是适用的,且POD方法在计算耗时上远远少于传统FVM计算方法。对比两类模型模拟结果,POD投影的低阶模型推导过程复杂,但是模型健壮性更好,对于几何边界复杂多变的物理问题计算精度也有明显优势。由于不同插值方法均存在一定的局限性,在利用POD插值方法进行物理场重构时,不同插值方法下的模拟精度差别较大,总体插值结果相比于原物理场误差较大,故健壮性较差,但是总体来说POD插值方法计算简单,计算原理清晰易懂,同时计算运行耗时均低于POD投影计算。通过改变管翅式换热器空气侧雷诺数、翅片间距以及横向管间距三个参数,获得了多结构换热器在多工况下运行的传热性能。本文计算方法大大提高了数值模拟效率,拓宽了POD在工程研究领域的应用范围,建立的贴体坐标三维POD模型,也为后续研究提供了模型基础。所得结论为扁管管翅式换热器运行优化和结构参数设计提供了理论参考。因此,拟开展复杂几何区域换热问题在贴体坐标下的高效POD低阶模型研究,建立的贴体坐标三维POD模型,为后续研究提供模型基础。

关键词：扁管管翅式换热器特征正交分解贴体坐标 POD低阶模型温度场重构

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曲面涡产生器对扁管管翅式换热器传热性能的影响

曲面涡产生器对扁管管翅式换热器传热性能的影响

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作者：毛勇兰州交通大学

学位级别：硕士

随着我国铁路不断向着高速重载发展,对机车用扁管管翅式换热器的性能要求也越来越严格。在实际应用中为了提高换热器的换热效率但不增加换热器的体积和重量,常常在换热性较差的一侧放置涡产生器来达到此目的。涡产生器产生的纵向涡能够... 详细信息

随着我国铁路不断向着高速重载发展,对机车用扁管管翅式换热器的性能要求也越来越严格。在实际应用中为了提高换热器的换热效率但不增加换热器的体积和重量,常常在换热性较差的一侧放置涡产生器来达到此目的。涡产生器产生的纵向涡能够促进通道内的冷热流体的掺混,削弱或破坏边界层的发展,使得通道内的换热增强。目前,国内外大量对涡产生器的研究表明曲面翼型涡产生器相较于平面翼型涡产生器具有更好的传热性能。许多文献集中在涡产生器对矩形通道、圆管和椭圆管管翅换热器换热性能的研究上,尚未有文献研究曲面涡产生器对扁管管翅式换热器的流动和传热影响。论文对扁管管翅式换热器中常用的平面涡产生器进行了改进,在涡产生器面积不变的前提下,将通道内每排单个平面涡产生器改进为每排一对曲面涡产生器。对比了涡产生器改进前后对换热器换热性能影响的差异,并进一步分析了涡产生器的攻角、涡产生器高度与底边长度之比和位置对换热器换热性能的影响。主要结论如下:纵向涡的强度随着涡产生器的攻角增大而增大,相同涡产生器面积下,曲面涡产生器产生的纵向涡的强度更大。曲面涡产生器能有效降低翅片表面的温度,显著提升换热器的换热性能。与平面涡产生器相比,曲面涡产生器的平均Nu最大增大了26.02%,阻力系数f最大增加了45.04%,强化换热评价因子最大增加了13.39%。曲面涡产生器高度与底边长度之比H/l越小,纵向涡的强度越大,两个主涡之间的共同向上的流体结构对翅片表面的冲刷更加剧烈,强化换热效果更加明显。涡产生器位置为0-23.15mm,攻角β=35°时,与涡产生器高度与底边长度之比H/l=0.766相比,当涡产生器高度与底边长度之比H/l=0.391时,换热器的平均Nu增加了2.74%～8.03%,阻力系数f增加了0.52%～8.0%,强化换热评价因子JF增大了2.1%～9.3%。将每排扁管对应的第一组曲面涡产生器放置在扁管前端对强化换热更有利,相比于其它涡产生器间距,涡产生器间距为23.15mm时能提高换热器整体的换热性能。当涡产生器位置为0-23.15mm时,相比于涡产生器位置为23.15-11.575mm,平均Nu最加了4.6%～8.2%,阻力系数增加了6.9%～8.2%;在Re=900,β=35°。曲面涡产生器位置为0-23.15mm时,强化换热评价因子JF最大为1.31。当Re1800时,分别采用涡产生器位置为11.575-23.15mm、0-23.15mm和0-11.575mm能获得较好的换热性能。

关键词：曲面涡产生器纵向涡扁管管翅式换热器强化换热

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一种适用于复杂结构管翅式换热器传热性能分析的高效数值方法

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应用基础与工程科学学报 2021年第3期29卷 761-773页

作者：王烨何腾赵兴杰鲁红钰王瑞君王良璧夏昕彤兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 铁道车辆热工教育部重点实验室甘肃兰州730070

特征正交分解POD(Proper orthogonal decomposition)低阶模型是一种对物理问题的高保真加速技术,被广泛应用于工程实际.本文针对带涡产生器的扁管管翅式换热器这一复杂结构中流动与传热特性问题,构建了适用于求解该类问题的POD低阶模型... 详细信息

特征正交分解POD(Proper orthogonal decomposition)低阶模型是一种对物理问题的高保真加速技术,被广泛应用于工程实际.本文针对带涡产生器的扁管管翅式换热器这一复杂结构中流动与传热特性问题,构建了适用于求解该类问题的POD低阶模型.采用SVD(Singular Value Decomposition)方法从样本中提取基函数,将基函数与谱系数结合,探究空气侧雷诺数、翅片间距、横向管间距这3种参数变化下传热单元的温度场和速度场.研究结果表明:POD方法对于复杂结构的多变量稳态问题是适用的,重构温度场的平均相对误差最大值为0.0047%,重构速度场的平均相对误差最大值为0.036%.而且,POD方法不仅计算精度高,在计算速度上也平均高达SIMPLE算法的556倍.本文POD方法在扁管管翅式换热器传热特性方面的研究尝试,拓展了该方法的工程应用范围,对于提高复杂结构换热器数值设计效率有一定的理论参考价值.

关键词：扁管管翅式换热器涡产生器强化传热特征正交分解流场温度场数值模拟

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不同边界条件下管翅式换热器流动与传热性能的POD分析

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化工学报 2020年第11期71卷 5150-5158页

作者：王烨孙振东王瑞君鲁红钰常悦兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 铁道车辆热工教育部重点实验室甘肃兰州730070

传统的数值模拟计算时间长,很难满足现代工业发展需求。采用适体坐标与本征正交分解(POD)相结合的方法在等壁温和等热流两种边界条件下对扁管管翅式换热器进行降维计算,并将计算结果与有限容积法(FVM)计算结果进行了对比。结果表明:POD... 详细信息

传统的数值模拟计算时间长,很难满足现代工业发展需求。采用适体坐标与本征正交分解(POD)相结合的方法在等壁温和等热流两种边界条件下对扁管管翅式换热器进行降维计算,并将计算结果与有限容积法(FVM)计算结果进行了对比。结果表明:POD方法在等壁温和等热流边界条件下均能获得物理过程的准确信息,并将传统FVM数值计算速度提高了3093倍。采用POD方法重构温度场时,在等壁温和等热流条件下相对偏差平均值的最大值分别为0.557%和0.308%。重构速度场时,在等壁温和等热流条件下相对偏差平均值的最大值分别为1.26%和1.9%,这一结论可为换热器的数值设计中合理设置边界条件提供理论依据。

关键词： POD低阶模型扁管管翅式换热器等热流等壁温速度场重构数值设计

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