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高超声速气流中头锥逆喷防热流热耦合分析

国防科技大学学报 2022年第1期44卷 99-107页

作者：尹亮刘洪鹏刘伟强湖南文理学院机械工程学院湖南常德415000 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

作为一种主动冷却方式,逆向喷流结构对高超声速飞行器的热防护具有显著效果。为了对头锥逆喷的防热特性进行准确预测,采用流热耦合方法,对6马赫下的头锥逆喷结构的流动和传热进行数值研究。通过数值计算和实验对比,验证了湍流模型和流... 详细信息

作为一种主动冷却方式,逆向喷流结构对高超声速飞行器的热防护具有显著效果。为了对头锥逆喷的防热特性进行准确预测,采用流热耦合方法,对6马赫下的头锥逆喷结构的流动和传热进行数值研究。通过数值计算和实验对比,验证了湍流模型和流热耦合算法的准确性,获得了不同逆喷总压比下的流动特性,并且对不同逆喷总压比对流动和传热的影响进行了分析。此外,讨论了攻角和固体材料对结构防热的效果影响。研究结果表明:逆喷总压比的提高使得气动加热降低,并且固体结构内的温度分布更加均匀;随着攻角的增大,经过60 s的热考核计算,结构内温差显著增大,导致逆喷冷空气进一步流向背风面,强化了背风面上的头部冷却效果;对于IN718和C-103两种不同材料,在头部冷气流回流区和再压缩激波影响显著的区域,气动加热的差异可以忽略,而采用C-103作为结构材料时结构内的温度分布更加均匀。

关键词：高超声速头锥逆向喷流流热耦合热防护

裂隙倾角对典型海底金属矿多裂隙围岩流热耦合的影响

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中国安全科学学报 2023年第10期33卷 71-78页

作者：张永亮曲敏陈世强牟宏伟邵兵范文涛青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266520 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 山东黄金矿业股份有限公司矿业管理分公司山东济南250000

为探究裂隙倾角对三山岛金矿多裂隙围岩流热耦合的影响,基于三山岛海底矿体测量数据建立多裂隙围岩流热耦合模型,应用COMSOL Multiphysics将三维裂隙降维简化,分析裂隙倾角在流热耦合过程中对渗流场中裂隙出口流量、渗流速度以及对温度... 详细信息

为探究裂隙倾角对三山岛金矿多裂隙围岩流热耦合的影响,基于三山岛海底矿体测量数据建立多裂隙围岩流热耦合模型,应用COMSOL Multiphysics将三维裂隙降维简化,分析裂隙倾角在流热耦合过程中对渗流场中裂隙出口流量、渗流速度以及对温度场中的传热时间、温度分布、裂隙出口温度的影响。结果表明:离散裂隙的倾角对渗流场和温度场有明显的控制作用。地热水的渗流速度随着与入口处距离的增加总体呈现先减小后平稳流动最后增大的趋势,随着时间的推移裂隙出口流量皆呈现出不断减小的趋势;裂隙围岩距离巷道越远温度越高,不同裂隙倾角附近围岩的等温线分布明显不规则。

关键词：裂隙倾角海底金属矿多裂隙围岩流热耦合数值模拟渗流场

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蜂窝内冷通道布局对叶片冷却效率的影响研究

热能动力工程 2022年第12期37卷 96-103页

作者：刘亚非陶皓杰迟重然上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室上海200240

为提高涡轮叶片耐温能力,将蜂窝冷却通道应用于涡轮叶片内部,通过流热耦合计算研究蜂窝冷却通道叶片的传热流动特性。对蜂窝冷却通道的参数化方法进行研究,将蜂窝通道拆分成两种基本结构单元,即可方便调整蜂窝通道的几何参数;使用增材... 详细信息

为提高涡轮叶片耐温能力,将蜂窝冷却通道应用于涡轮叶片内部,通过流热耦合计算研究蜂窝冷却通道叶片的传热流动特性。对蜂窝冷却通道的参数化方法进行研究,将蜂窝通道拆分成两种基本结构单元,即可方便调整蜂窝通道的几何参数;使用增材制造的叶片进行实验,通过对比数值计算与实验的冷却效率,验证了数值方法的准确性;在冷却二次流占比1%条件下,在原型蜂窝通道的基础上进行蜂窝通道空间布局和直径分布的调整,利用冷却效率、压降及相对阻力系数衡量不同通道的流动传热特性。研究表明:蜂窝通道由于增大换热面积以及增加分叉点强化换热,冷却效率提高到0.525,压降升高至229.1 kPa;通过调整蜂窝几何参数可以优化蜂窝通道的传热与阻力特性,通过增加蜂窝通道层数、增大次通道直径可以提高冷却效率,通过增加蜂窝通道入口数、增大主通道直径可以减小压降。

关键词：蜂窝通道流热耦合布局调整

基于U-net神经网络的油浸式变压器绕组流-热耦合快速计算

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中国电机工程学报 2023年

作者：刘云鹏高艺倩刘刚胡万君王文浩王博闻高成龙河北省输变电设备安全防御重点实验室(华北电力大学) 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院

本文针对采用传统数值方法进行大型油浸变压器绕组温升仿真时间较长的问题，提出了一种基于U-net神经网络训练的快速计算方法，可以迅速地预测变压器绕组温升及热点。首先，根据流热耦合原理筛选输入变量，并运用流热耦合方法计算不同... 详细信息

本文针对采用传统数值方法进行大型油浸变压器绕组温升仿真时间较长的问题，提出了一种基于U-net神经网络训练的快速计算方法，可以迅速地预测变压器绕组温升及热点。首先，根据流热耦合原理筛选输入变量，并运用流热耦合方法计算不同工况下的输出结果并将之制作成训练集和测试集；同时，详细讨论了三个对网络训练影响最显著的超参数；其次，将归一化后的训练集输入U-net神经网络进行训练，并设置超参数最佳组合；最后，将预测集输入训练好的模型进行预测计算及反归一化操作，预测绕组热点与Fluent仿真结果相差仅0.44K，单次仿真时间从200s缩短为0.07s。预测结果与实验温度平均误差最大为2.31K，最小为0.98K，预测方差为0.31左右。结果表明，该方法可用于快速地获得油浸式变压器绕组的温度及热点，可满足变压器温度热点数字孪生的实时性仿真要求。

关键词： U-net神经网络流热耦合绕组温升快速计算数字孪生

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紧凑式强预冷换热器叉排管束的大涡模拟

航空动力学报 2021年第4期36卷 701-712页

作者：陈一鸣李泽鹏张俊强邹正平北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

采用大涡模拟方法对紧凑式强预冷换热器叉排管束的对流换热问题进行了研究,并运用动力模态分解(DMD)方法对流场的拟序结构及换热统计特性进行了分析。结果表明:在计算工况内(Re≤6 000),前排管束的流动结构为有规律的剪切层运动和尾涡... 详细信息

采用大涡模拟方法对紧凑式强预冷换热器叉排管束的对流换热问题进行了研究,并运用动力模态分解(DMD)方法对流场的拟序结构及换热统计特性进行了分析。结果表明:在计算工况内(Re≤6 000),前排管束的流动结构为有规律的剪切层运动和尾涡脱落。后排管束的流动结构为无规律的小尺度旋涡结构,同时其流场表现出无序性;前排管表面瞬时努塞尔数具有较为固定的波动频率,而后排管壁由于受到前排圆管脱落旋涡的无规律撞击,其管壁瞬时Nu无固定波动频率;在Re=2 600的工况下,管束内的熵产主要来源于换热而非耗散,主要流动结构对耗散熵产和换热熵产的贡献在管壁边界层和自由剪切层位置,其对前排管的熵产有较大贡献,而对后排管熵产的贡献较小。

关键词：预冷换热器叉排管束流热耦合大涡模拟动力模态分解拟序结构

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复杂换热条件下离心压气机内部传热特性研究

工程热物理学报 2021年第7期42卷 1719-1725页

作者：赵琛杰王鹏霄祁明旭胡良军杨长茂北京理工大学机械与车辆学院北京100081 Ford Motor Company DearbornMI 48124USA

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心... 详细信息

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心压气机内温度分布进行了分析和验证,研究了不同工况条件下压气机冷、热端传热特征以及扩压器表面温度分布特性。结果表明,压气机内压缩空气为主要热源,与之接触的壳体具有较高温度,扩压器表面最高温度出现在入口处轮毂侧。流体内近壁面温度梯度较大。扩压盘表面传热系数沿径向显著降低,说明边界层的发展阻碍流固间传热,采取冷却措施将有效降低壳体温度,抑制结焦现象。

关键词：离心压气机扩压器流热耦合气溶胶压气机冷却

考虑流体相变效应的粗糙裂隙非线性渗流换热机理

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成都理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：刘先珊罗晓雷白冰魏宁刘少炜张普纲李满潘玉华山西省交通新技术发展有限公司重庆大学土木工程学院山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆)

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究对提升地下热储层的热提取率意义重大。当前热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果，但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及。为剖析流体相变作用下的非线性渗... 详细信息

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究对提升地下热储层的热提取率意义重大。当前热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果，但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及。为剖析流体相变作用下的非线性渗流换热机理，研究以三维粗糙裂隙为研究对象，基于Fluent软件建立单相与多相热-流耦合模型。对比是否考虑相变作用的不同入口流速、入口温度和壁面温度时的局部换热系数分布特征。结果表明未考虑相变作用时，壁面局部粗糙程度控制局部换热系数的分布特征；基于Forchheimer公式，得知流体传热过程使非线性渗流特性显著。考虑相变作用后，流体呈现类似剪切稀释流体的特征，而气体体积百分数则对系统换热过程起主导作用。因此考虑流体的相变效应可以更准确地揭示热开采过程中的渗流特征和热提取效率的演化机理。

关键词：粗糙裂隙渗流换热流热耦合非线性渗流相变

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流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究

煤炭学报 2013年第10期38卷 1781-1785页

作者：王宏伟荣航辽宁工程技术大学科学技术处辽宁阜新123000

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数... 详细信息

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数值模拟方法,随机模拟岩石的孔隙结构,建立了孔隙分别被空气和水充填时,岩石等效导热系数的统一经验方程;通过对裂隙流体与岩体对流换热系数的实验测试,给出了对流换热系数随与流速和温差的关系;综合分析了裂隙和流体对组合岩体导热性的作用,在低流速和小温差条件下,对流换热阻较小,裂隙宽度和流体导热性对岩体导热系数的影响较大;在高流速和大温差条件下,对流换热阻逐渐超过裂隙流体的热阻,组合岩体导热系数明显增大。

关键词：流热耦合组合岩体等效导热系数热传导对流换热

微小荧光测温探头热响应过程非稳态传热特性分析

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中国测试 2023年第2期49卷 153-158页

作者：陈伟白万栋牛家宏吴锋张雁四川大学空天科学与工程学院四川成都610065 中国航发四川燃气涡轮研究院四川绵阳621703

荧光测温是一种高灵敏度的光致光学测温方法,可用于测量温度动态变化。但荧光涂层低导热率的特点,可能会改变荧光涂覆物体(如测量探头)的非稳态传热特性,进而影响热响应过程的测量精度。针对微小荧光测温探头的热响应过程,该文采用理论... 详细信息

荧光测温是一种高灵敏度的光致光学测温方法,可用于测量温度动态变化。但荧光涂层低导热率的特点,可能会改变荧光涂覆物体(如测量探头)的非稳态传热特性,进而影响热响应过程的测量精度。针对微小荧光测温探头的热响应过程,该文采用理论分析和数值计算相结合的方法研究探头随主流流体温度变化的非稳态传热特性。研究结果表明,探头荧光涂层的热响应时间不仅受外表面对流换热条件的影响,同时受到探头基座导热热阻的影响。涂层温度达到稳定状态需要基座也基本达到稳定状态。当采用高导热材料时,探头内部基座的热响应速率随荧光涂层厚度的变化不明显。

关键词：荧光测温热响应非稳态传热探头结构流热耦合