半圓截面螺旋通道內(nèi)三維層流流動的實驗研究

采用實驗方法測試了三維內(nèi)肋螺旋管內(nèi)的流動傳熱性能。實驗用的螺旋管曲率δ=0.0663,測試段長1.15m,試驗工質(zhì)為水。對螺旋光管和兩種不同結(jié)構(gòu)尺寸的三維內(nèi)肋管進行了測試,測量的雷諾數(shù)范圍約為re=1000～8500。結(jié)果表明,三維內(nèi)肋對螺旋管內(nèi)的對流換熱仍然有較大的強化效果,同時流阻也有一定程度的增加。與未加肋的螺旋光管相比,在測試的流動范圍內(nèi),兩種三維內(nèi)肋管的平均換熱強化比達1.71和2.03,熱力性能系數(shù)為1.2～1.66。

運用k-ε紊流模型對空調(diào)硬座車內(nèi)三維流場和溫度場進行了數(shù)值模擬。將人體散熱和太陽輻射作為能量方程的附加源項,采用有限容積法和交錯網(wǎng)格將計算區(qū)域進行離散,用simple算法計算了空調(diào)硬座車內(nèi)空氣流動與傳熱問題。研究結(jié)果為空調(diào)車內(nèi)氣流組織的優(yōu)化設(shè)計和舒適性評價提供了依據(jù)。

采用k-ε紊流模型模擬轎車空調(diào)系統(tǒng)暖風機內(nèi)三維不可壓縮穩(wěn)態(tài)紊流內(nèi)流場空氣流動及傳熱過程,為暖風機性能分析、暖風機內(nèi)渦流分析以及暖風機操縱機構(gòu)受力分析提供了依據(jù)。

空調(diào)客車內(nèi)風道三維湍流流動特性數(shù)值研究——采用湍流模型，運用區(qū)域擴張的整體求解方法，模擬了擁有復雜結(jié)構(gòu)風道內(nèi)的空氣三維流暢及其送風口送風特性，并對風道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。

空調(diào)客車風道內(nèi)湍流場的研究是空調(diào)客車風道設(shè)計的依據(jù),同時探討風道送風特性也是車室內(nèi)氣流組織研究的基礎(chǔ)。采用k-ε湍流模型,運用區(qū)域擴充的整體求解方法,模擬了擁有復雜結(jié)構(gòu)風道內(nèi)的空氣三維流場及其送風口送風特性,并對風道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化

為了研究植物水分通道導管內(nèi)流等雷諾數(shù)小于1的微通道內(nèi)流流場特性,采用micro-piv試驗測量技術(shù)和fluent軟件,通過設(shè)置合適的多孔介質(zhì)區(qū)域厚度與動量源項,建立多孔介質(zhì)模型模擬壁面粗糙元影響的數(shù)值模擬方法,在雷諾數(shù)分別為0.15,0.25和0.35時,對斷面尺寸為400μm×400μm的方截面直微通道內(nèi)流流場進行研究,并將試驗與數(shù)值模擬結(jié)果與直接對控制方程解析求解所得的解析解進行比較.結(jié)果表明:微尺度通道往往具有壁面相對粗糙度高的特性,該特性對通道內(nèi)流場分布造成的影響,在雷諾數(shù)很低的情況下,仍然不可忽視.解析解是針對常規(guī)尺度通道推出的,未考慮微通道較高的相對粗糙度對流場的影響,雖然其流場速度廓線的變化趨勢與試驗值相近,但其值在距離流道中心小于0.04mm的主流區(qū)小于試驗值,而在距離流道中心大于0.04mm的近壁區(qū)大于試驗值.采用多孔介質(zhì)模擬壁面粗糙元則可以有效地實現(xiàn)對方截面直微通道低雷諾數(shù)內(nèi)流的模擬,試驗值所得數(shù)據(jù)點與模擬值所成曲線重合.

空調(diào)鐵路客車室內(nèi)空氣湍流場、溫度場的研究是空調(diào)客車室內(nèi)氣流組織設(shè)計及車室內(nèi)舒適環(huán)境評價與研究的基礎(chǔ),本文采用k—ε湍流模型,固體區(qū)域應(yīng)用區(qū)域擴充方法,對空調(diào)客車室內(nèi)三維空氣流場與溫度場分布進行了數(shù)值模擬研究,為空調(diào)客車室內(nèi)舒適環(huán)境的優(yōu)化研究提供了依據(jù)。

用直接數(shù)值方法對高效液態(tài)鋰鉛包層內(nèi)的金屬流體三維mhd效應(yīng)進行分析。用投影法對包含洛侖茲力源項的不可壓navier-stokes方程求解,用相容守恒格式計算電磁力。研究了不同材料的流動通道插件(fci)對金屬磁流體流速、mhd壓降和電流流線分布的影響。主要分析了以下三種情況:無fci插件的通道內(nèi)的流動狀況;加入絕緣材料(碳化硅)的fci插件的通道內(nèi)的流動狀況;加入導電材料制成的fci插件的通道內(nèi)的流動狀況。驗證了包層內(nèi)部通過加入絕緣的fci可以有效地降低金屬磁流體的mhd壓降。對于絕緣fci壓力平衡槽位于側(cè)層的情況,由于壓力平衡槽內(nèi)部電流密度較大,在壓力平衡槽位置,有很大的逆流出現(xiàn)。

空調(diào)車室內(nèi)空氣的速度場、溫度場研究是空調(diào)車室內(nèi)氣流組織設(shè)計及車室內(nèi)舒適環(huán)境評價與研究的基礎(chǔ)．空調(diào)客車運行環(huán)境惡劣，太陽輻射作用及復雜的車室內(nèi)部結(jié)構(gòu)等直接影響客車室內(nèi)的溫度場與空氣速度場分布．采用κ－ε紊流模型及貼體坐標，應(yīng)用整體求解法計算了空調(diào)車室內(nèi)氣固耦合傳熱問題，采用ｍｏｎｔｅｃａｒｌｏ法分析計算了太陽透射輻射在車室內(nèi)各固體表面引起的附加熱流變化，并以此作為能量方程的附加源項，對空調(diào)客車室內(nèi)三維空氣流場與溫度場分布進行了數(shù)值模擬研究，為空調(diào)客車室內(nèi)舒適環(huán)境的優(yōu)化研究提供了依據(jù)

為了防止和消除雙向流道泵裝置進水流道內(nèi)的漩渦和渦帶,確保水泵機組的安全運行,在雙向進水流道底部泵進口下方加設(shè)曲線導流墩。通過cfd軟件對設(shè)導流墩的雙向流道泵裝置內(nèi)部流動進行數(shù)值模擬,獲得泵裝置內(nèi)部的三維流動速度場,并預測了泵裝置的性能。結(jié)合模型泵裝置試驗的內(nèi)外特性,著重研究了雙向進水流道的出口流速分布及其對泵裝置性能的影響。計算結(jié)果表明加設(shè)導流墩的雙向進水流道出口斷面流速分布較為均勻,流速均勻度達到93%,滿足水泵運行的需要;裝置性能良好,最優(yōu)工況點的裝置效率為68.89%。模型試驗觀測顯示導流墩的設(shè)置有效地防止水泵進口下方渦帶的產(chǎn)生,在各種試驗工況下進水流道內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)渦帶,水泵運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無振動,可保證機組安全可靠運行。比較進水流道出口流速分布的計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果,二者在總體結(jié)構(gòu)上相近,數(shù)值模擬對泵裝置性能預測結(jié)果在最優(yōu)工況點與試驗結(jié)果基本吻合。

采用三維紊流模型,應(yīng)用有限容積法計算了室內(nèi)空調(diào)的氣固耦合傳熱問題,并對室內(nèi)空調(diào)的氣流組織形式,主要是對流速場,溫度場進行了數(shù)值模擬計算,為空調(diào)室內(nèi)的氣流組織形式的優(yōu)化設(shè)計及舒適性提供了研究依據(jù)。

采用三維紊流模型,應(yīng)用有限單元法計算了空調(diào)列車(硬座車)室內(nèi)氣固耦合傳熱問題,對空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織,主要是速度場和溫度場進行了數(shù)值模擬.研究了送風方式和送風速度對空調(diào)列車室內(nèi)流場的影響,以及送風溫度對空調(diào)列車室內(nèi)溫度場的影響,為空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織優(yōu)化設(shè)計及舒適性研究提供了依據(jù)

利用phoenics數(shù)值模擬軟件與piv實驗技術(shù)結(jié)合方法,分析不同質(zhì)量濃度、流量、工作介質(zhì)的螺旋分離器螺旋流流場分布、壓力場分布和渦量分布.結(jié)果表明:在螺旋分離器螺旋流中,其切向速度遠大于軸向速度、徑向速度,但徑向速度很小,一般可以忽略;隨著流量、聚合物質(zhì)量濃度的增加,壓力下降速度也增大;在螺旋分離器內(nèi)部壓力呈階梯狀下降,且壓力變化并不均勻,靠近螺旋入口端的壓力變化小于靠近螺旋出口端的;渦旋并沒有在整個螺旋葉片間的旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)產(chǎn)生,只是產(chǎn)生在貼近葉片上壁和下壁處,即在近壁處更易產(chǎn)生渦旋.該結(jié)果可為螺旋分離器內(nèi)部螺旋流流場的研究提供借鑒.

實際工程項目的特殊幾何布局要求應(yīng)答器處于特殊金屬腔體結(jié)構(gòu)中,這嚴重阻礙了應(yīng)答器與閱讀器之間的正常電磁傳播。為解決該特殊幾何布局下,收發(fā)兩端電磁耦合難問題,一款新型的短距離無線通信發(fā)射天線———半圓螺旋天線被用于取代傳統(tǒng)的直螺旋線圈,有效地實現(xiàn)了閱讀器與應(yīng)答器之間能量和數(shù)據(jù)的一體化同步傳輸;該天線工作于13.56mhz、有效作用距離可達100mm.利用ansoft公司有限元法求解工具-高頻結(jié)構(gòu)仿真器(hfss),給出了半圓螺旋天線優(yōu)化設(shè)計流程及主要工作特性,為同類問題提供了實際可參考的工程解決方案。

通過實驗與三維數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對內(nèi)置螺旋線圈平行平板通道的流動及傳熱特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)相對于無擾流填充物的平板通道,螺旋線圈的應(yīng)用能夠顯著地強化傳熱,相同re數(shù)下nu數(shù)增幅為29%~141%,相應(yīng)地阻力系數(shù)增幅為26%~175%。數(shù)值模擬的結(jié)果顯示,流體受螺旋線圈的誘導可產(chǎn)生多縱向渦流動,增強了速度在垂直于壁面方向的分量,同時導致溫度場發(fā)生明顯改變,使得速度場與溫度梯度場的協(xié)同性能得到提升,從而強化了傳熱。在700<re<7500的范圍內(nèi),通過對流動換熱綜合性能參數(shù)的比較發(fā)現(xiàn),在re數(shù)較小時,強化傳熱后換熱效果的提升要大于流動阻力的增加,而在re數(shù)較高時則相反。

通過建立數(shù)學模型,對大寬高比矩形通道單相低頻脈動層流流動特性進行了分析。研究結(jié)果表明:低頻率流量脈動未引起流體的速度分布變化,壓降與流量間存在相位差,相位差僅與通道窄邊尺寸、流體粘性及脈動周期相關(guān)。脈動周期及流體粘性越大,相位差越小;窄邊尺寸越大,相位差越大。通過建立模型對上述現(xiàn)象進行了分析。

對s/d0=2.0,s/d0=2.5和s/d0=3.0的同軸環(huán)形通道螺旋管換熱器分別進行了流動特性及阻力特性的實驗研究,并和圓形管道的理論值進行比較。得出流體流速、壓力、流量及同軸環(huán)形通道的幾何參數(shù)等對同軸環(huán)形通道流動特性的影響。結(jié)果表明:在環(huán)隙寬度s和螺旋管外徑d0相同的條件下,隨著雷諾數(shù)re的增加,環(huán)形通道的進口阻力系數(shù)ξin、出口阻力系數(shù)ξout和總阻力系數(shù)ξz逐漸減小并逐漸趨于一定值;外圈環(huán)形通道的ξin、ξout、ξz均比中圈和內(nèi)圈環(huán)形通道的大,但中圈和內(nèi)圈環(huán)形通道的ξin、ξout、ξz相等;相同雷諾數(shù)條件下,s越小,流體在環(huán)形通道流動時,流體的進出口壓力降δp就越大。

以空氣和水為工質(zhì),對螺旋管內(nèi)氣液兩相流動阻力特性進行了實驗研究,得到了不同工況條件下螺旋管內(nèi)阻力數(shù)據(jù),分析了質(zhì)量流量及干度對管內(nèi)阻力的影響,采用回歸分析法建立了螺旋管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)關(guān)系式,確立了摩擦阻力與相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系,在此基礎(chǔ)上建立了螺旋管內(nèi)氣液兩相流動摩擦阻力的計算公式,并用未參加回歸分析的實驗數(shù)據(jù)驗證了該阻力計算公式。結(jié)果表明,螺旋管內(nèi)氣液兩相流摩擦阻力隨干度的增加呈線性增加,隨質(zhì)量流量的增加呈指數(shù)增加,所建立的管內(nèi)摩擦阻力計算公式的計算值與實驗值吻合得較好。

構(gòu)造了三維歐氏空間r~3中的螺旋面,該螺旋面平均曲率h和gauss曲率k滿足線性關(guān)系lh+k=c(l≠0),并討論了這類曲面的廣泛存在性。

在雙吸離心泵的設(shè)計中,半螺旋形吸入室應(yīng)用極為廣泛。該文運用流場計算軟件fluent,基于reynolds時均方程和rngk-ε湍流模型,對雙吸離心泵半螺旋形吸入室的流場進行了三維模擬。模擬結(jié)果顯示流場速度變化較為均勻,表明這種半螺旋形吸入室作為雙吸離心泵的吸入室是合適的。

該文依據(jù)雷諾相似準則,設(shè)計了辦公房間實驗?zāi)Ｐ?并利用"x"雙斜絲探頭和兩個單斜絲探頭對室內(nèi)的三維湍流流場進行測量;通過cf-920頻譜分析儀來分析流場內(nèi)動態(tài)信號的頻譜與相關(guān)性質(zhì).實驗結(jié)果表明,氣流的功率頻譜密度沒有較大的能量集中,屬于寬頻帶信號,流場動態(tài)特性良好;同時,所設(shè)計的模型能夠使辦公房間內(nèi)下部空調(diào)區(qū)域有效地、較全面地調(diào)整氣流流動,提高了相應(yīng)的經(jīng)濟效益.

針對簡諧脈動層流條件下矩形通道內(nèi)的阻力特性進行理論和實驗研究?；诿}動條件下矩形通道內(nèi)層流流動的數(shù)學模型,分析了脈動周期、脈動振幅等因素對摩阻常數(shù)的影響,并進行實驗驗證。結(jié)果表明:脈動層流摩阻常數(shù)與脈動周期、脈動振幅、通道高寬比和流體性質(zhì)有關(guān);層流摩阻常數(shù)理論值與實驗值相吻合,脈動周期越小或相對振幅越大,層流摩阻常數(shù)的峰值越大、谷值越小,層流摩阻常數(shù)脈動的幅度越大。