梯形截面通道三面加熱時(shí)層流換熱性能數(shù)值模擬

對(duì)旋轉(zhuǎn)矩形通道內(nèi)的湍流流動(dòng)和換熱進(jìn)行了直接數(shù)值模擬.非穩(wěn)態(tài)n-s方程的空間離散采用二階中心差分法,時(shí)間推進(jìn)采用二階顯式adams-bashforth格式.分析了旋轉(zhuǎn)對(duì)通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均溫度的影響,結(jié)果表明:在不考慮離心力的作用時(shí),隨旋轉(zhuǎn)數(shù)的增大,管道截面的平均速度減小,平均湍動(dòng)能減小,與靜止時(shí)相比,旋轉(zhuǎn)數(shù)為1.5時(shí)平均湍動(dòng)能減小了33%;在考慮離心力的影響時(shí),對(duì)于徑向旋轉(zhuǎn)軸向出流,平均速度增大,平均湍動(dòng)能增大,而對(duì)于徑向旋轉(zhuǎn)軸向入流,結(jié)果相反.在旋轉(zhuǎn)數(shù)為1.5時(shí),與不考慮浮升力相比,對(duì)于徑向旋轉(zhuǎn)軸向出流,平均湍動(dòng)能增大了17%,而對(duì)于徑向旋轉(zhuǎn)軸向入流,平均湍動(dòng)能減小了43%.

采用cfd軟件方法,研究雙套管雙管板換熱器傳熱及流動(dòng)特性。對(duì)隔絕腔連同內(nèi)外套管的環(huán)形間隙內(nèi)分別充入空氣、水、甲苯氣體和氬氣4種介質(zhì)進(jìn)行模擬。結(jié)果表明:不同介質(zhì)對(duì)傳熱有不同影響,充入水時(shí)的換熱效果最好,甲苯氣體的最差;殼程介質(zhì)在流體接管進(jìn)、出口附近存在回流和繞流且速度較小,管程介質(zhì)流動(dòng)較為均勻,受壁面邊界層影響,速度在管中心處較高,在管壁處較低;采用模擬和傳統(tǒng)計(jì)算方法分別得到不同雷諾數(shù)下的總傳熱系數(shù),模擬得到的值比用常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果好15%—30%,因此傳統(tǒng)計(jì)算公式不能很好地解決此類(lèi)換熱器在實(shí)際中應(yīng)用問(wèn)題,通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)等手段優(yōu)化傳統(tǒng)計(jì)算方法是今后研究重點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)研究了外壁面為彎邊和直邊的兩種螺旋通道內(nèi)流體層流流動(dòng)特性。給出了直角坐標(biāo)下三維速度分布,并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換研究了正交螺旋坐標(biāo)系下軸向速度和二次流速度分布。結(jié)果表明:外壁為彎邊的半圓形截面螺旋通道,橫截面上軸向速度最大值只有一個(gè),二次流為恒定的兩渦結(jié)構(gòu);外壁為直邊的半圓形截面螺旋通道,橫截面上軸向速度的最大值有兩個(gè),二次流存在由兩渦結(jié)構(gòu)向四渦結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

為了研究箱梁截面尺寸對(duì)箱梁力學(xué)行為的影響,分別以梁高、頂板、腹板及底板為參數(shù),通過(guò)建立有限元模型,分析了各參數(shù)變化對(duì)箱梁應(yīng)力變化的影響及敏感性.分析結(jié)果表明,隨著頂板厚度的增大,箱梁頂板橫向拉應(yīng)力逐漸減小,箱梁頂板適宜厚度為24~36cm;隨著腹板厚度的增加,箱梁斜截面主拉應(yīng)力逐漸減小,墩頂截面腹板的適宜厚度約為跨徑的1/260~1/170,支座截面腹板的適宜厚度為墩頂截面腹板厚度的1/2.0~1/1.6;隨著頂板厚度的增加,墩頂截面底板壓應(yīng)力也呈逐漸減小趨勢(shì),墩頂截面底板的適宜厚度約為跨徑1/220~1/140,跨中截面底板的適宜厚度為20~31cm.最后,建議在箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)通過(guò)整體分析、局部分析綜合考慮各因素來(lái)確定其最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù),以提高箱梁的承載能力和抗裂性能.

矩形截面建筑風(fēng)荷載雷諾數(shù)效應(yīng)數(shù)值模擬研究

方形截面鋼管混凝土非均勻受火溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬——采用有限差分法，依照標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)升溫曲線對(duì)高溫（火災(zāi)）作用下方形截面鋼管混凝土溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了非均勻受火條件下不同保護(hù)層方形截面鋼管混凝土溫度場(chǎng)。結(jié)果表明，兩邊受火結(jié)構(gòu)受火鋼管表面最高...

采用有限差分法,依照標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)升溫曲線對(duì)高溫(火災(zāi))作用下方形截面鋼管混凝土溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了非均勻受火條件下不同保護(hù)層方形截面鋼管混凝土溫度場(chǎng)。結(jié)果表明,兩邊受火結(jié)構(gòu)受火鋼管表面最高溫度低于三邊受火結(jié)構(gòu)鋼管表面溫度,混凝土作為保護(hù)層具有良好的防火效果,改善了結(jié)構(gòu)防火性能。方形截面鋼管混凝土傳熱模型也可用于火災(zāi)條件下結(jié)構(gòu)性能的分析及災(zāi)后的抗震加固。

矩形截面建筑風(fēng)荷載雷諾數(shù)效應(yīng)數(shù)值模擬研究

為使主風(fēng)管的風(fēng)速經(jīng)過(guò)各支風(fēng)管后仍保持一致,通常使用改變風(fēng)管截面積的方法。本文以變截面積風(fēng)管的空調(diào)房間為研究對(duì)象,各支風(fēng)管設(shè)為送風(fēng)口,利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computationalfluiddynamics,cfd)方法,建立空調(diào)房間有孔板和無(wú)孔板的物理模型,并對(duì)有孔板情況進(jìn)行設(shè)計(jì)風(fēng)量和兩倍設(shè)計(jì)風(fēng)量的模擬對(duì)比。通過(guò)流場(chǎng)分析,發(fā)現(xiàn)氣流均勻性要求較高的場(chǎng)合宜采用孔板送風(fēng),孔板作用體現(xiàn)在其對(duì)送風(fēng)氣體運(yùn)動(dòng)軌跡的限制,對(duì)上下部區(qū)域速度進(jìn)行調(diào)整,使得工作區(qū)域風(fēng)速降低,消除風(fēng)速不利影響,送風(fēng)速度越大,該作用越明顯。

用直接數(shù)值方法對(duì)高效液態(tài)鋰鉛包層內(nèi)的金屬流體三維mhd效應(yīng)進(jìn)行分析。用投影法對(duì)包含洛侖茲力源項(xiàng)的不可壓navier-stokes方程求解,用相容守恒格式計(jì)算電磁力。研究了不同材料的流動(dòng)通道插件(fci)對(duì)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(wú)fci插件的通道內(nèi)的流動(dòng)狀況;加入絕緣材料(碳化硅)的fci插件的通道內(nèi)的流動(dòng)狀況;加入導(dǎo)電材料制成的fci插件的通道內(nèi)的流動(dòng)狀況。驗(yàn)證了包層內(nèi)部通過(guò)加入絕緣的fci可以有效地降低金屬磁流體的mhd壓降。對(duì)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)。

為了解沸騰換熱的機(jī)理,分析了水箱內(nèi)的水到達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)的沸騰情況。對(duì)水箱沸騰加熱過(guò)程進(jìn)行了模擬,通過(guò)求解蒸汽連續(xù)性方程和液體連續(xù)性方程,得到了速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和蒸汽體積比例并進(jìn)行了比較研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),若水已經(jīng)到達(dá)飽和狀態(tài)且加熱板表面為光滑表面,由于溫差不同,沸騰的情況也不相同。

地源熱泵由于其高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，近年來(lái)日益受到人們的重視。傳統(tǒng)地源熱泵的直埋管換熱器占地面積較大，這就使得城市中大型建筑使用地源熱泵具有一定的局限性。如果能夠在樁基中埋設(shè)pe管，利用樁基和土壤較大的接觸面積和帶有鋼筋籠的混凝土樁導(dǎo)熱系數(shù)比一般巖土高的優(yōu)勢(shì)，地源熱泵的應(yīng)用前景將會(huì)更廣。

本文以鍋爐干排渣裝置為背景,對(duì)抽象的理論模型具有隔板的平行通道內(nèi)空氣混合對(duì)流換熱進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值計(jì)算表明,在re>1000時(shí)應(yīng)采用非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬;在re>500時(shí),自然對(duì)流機(jī)制對(duì)流動(dòng)和換熱的影響基本可以忽略。數(shù)值計(jì)算給出了不同re時(shí)的進(jìn)出口無(wú)量綱壓差、局部的nu_x和平均nu以及流線圖。這些結(jié)果可為深入研究干排渣裝置中流動(dòng)和換熱特性提供參考。

對(duì)水平放置矩形截面螺旋通道內(nèi)彈狀流的流動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了不同周角下的氣彈演變過(guò)程和局部流動(dòng)特征,結(jié)果表明,其流動(dòng)特性會(huì)隨著螺旋周角位置的變化而變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),同一工況下,不同轉(zhuǎn)角氣彈的運(yùn)動(dòng)速度、頻率和長(zhǎng)度分布不盡相同。重力和離心力的相對(duì)大小決定著內(nèi)外壁面液膜的厚度,給出了同一條件下,不同時(shí)刻的液膜厚度的演變過(guò)程。最后對(duì)下降液膜的運(yùn)動(dòng)速度展開(kāi)了分析研究,在螺旋上升過(guò)程中,液膜下降速度逐漸減小,在螺旋下降段,液膜速度明顯增大。

微通道散熱器具有體積小、流速小、壓降小、散熱高等優(yōu)點(diǎn),隨著工業(yè)微型化的發(fā)展,微型散熱器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛.已有的研究表明,微通道的散熱性能主要決定于微通道的幾何參數(shù)和流體的流動(dòng)情況,相對(duì)于三角形和梯形結(jié)構(gòu),矩形微通道具有更好的散熱性能.基于ansysworkbench有限元軟件,對(duì)長(zhǎng)度為40mm,不同截面尺寸的單通道內(nèi)流體流動(dòng)及傳熱性能進(jìn)行了數(shù)值模擬,給出具有較小壓降、較大散熱效率的微通道尺寸.對(duì)優(yōu)化后的模型計(jì)算分析,在一定流體流速和溫度的初始狀態(tài)下,基底給一定熱通量,經(jīng)過(guò)計(jì)算,散熱器可運(yùn)輸?shù)臒嵬枯^高,壓降較低,熱傳遞效率較大,散熱器具有良好的工作性能.

分別對(duì)螺旋橢圓管和螺旋扁管建模并進(jìn)行數(shù)值模擬和理論分析,對(duì)比研究?jī)煞N螺旋管道的流動(dòng)換熱性能及沿程換熱情況,結(jié)果表明:層流范圍內(nèi),螺旋扁管的換熱性能好于螺旋橢圓管,但流動(dòng)阻力較大,根據(jù)綜合性能評(píng)價(jià)因子得知螺旋扁管較好;湍流范圍內(nèi),螺旋橢圓管性能好于螺旋扁管.沿程換熱情況表明螺旋管長(zhǎng)約為0.5m時(shí)換熱效果最佳,同時(shí)螺旋管幾何尺寸對(duì)換熱性能也有影響.

為改善地鐵列車(chē)冬季車(chē)內(nèi)熱舒適性,需要在車(chē)內(nèi)安裝電加熱器。采用cfd計(jì)算軟件對(duì)某地鐵列車(chē)電加熱器進(jìn)行換熱性能模擬,得出電加熱器表面及周?chē)臏囟葓?chǎng),再采用熱工試驗(yàn)方法進(jìn)行電加熱器換熱性能的測(cè)試,包括電熱板和罩殼等各個(gè)面上不同位置的溫度。測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果吻合良好,表明:在地鐵列車(chē)內(nèi),電加熱器的表面溫度均低于鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高溫度,同時(shí)驗(yàn)證了電加熱器在地鐵列車(chē)內(nèi)的安裝位置對(duì)提高電加熱器的加熱效率是合理的。

梯形河道內(nèi)橋墩布置對(duì)近岸流速影響的數(shù)值模擬研究——以概化梯形河道為例，采用數(shù)學(xué)模型方法，就橋墩布置的不同位置對(duì)近岸流速的影響問(wèn)題進(jìn)行初步的探討和研究，進(jìn)而分析對(duì)堤防安全穩(wěn)定的影響。數(shù)值模擬研究結(jié)果表明：當(dāng)橋墩遠(yuǎn)離坡腳10m以上時(shí)，橋墩布置距離堤...

本文總結(jié)了太陽(yáng)能拋物槽式集熱器吸熱器玻璃管外對(duì)流換熱的影響因素。在shiraz250kw槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)集熱器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,采用最佳口徑比,設(shè)計(jì)了幾種結(jié)構(gòu)參數(shù)不同且具有典型意義的集熱器;并對(duì)所設(shè)計(jì)不同集熱器結(jié)構(gòu)及位置因素影響下的吸熱管外混合對(duì)流換熱進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:吸熱管外混合對(duì)流平均換熱熱損失隨集熱器距地距離增大而增大,但增幅越來(lái)越小;隨集熱器兩半反射器間間距增大而減小。而不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下混合對(duì)流換熱熱損失,主要受到風(fēng)流在不同運(yùn)行方位下由于集熱器阻滯所形成的風(fēng)流壓力場(chǎng)及速度場(chǎng)的影響,且隨結(jié)構(gòu)參數(shù)呈一定趨勢(shì)變化。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步可研究吸熱器復(fù)雜耦合傳熱過(guò)程。

b＝200(mm)翼緣寬b t＝6(mm)翼緣尖厚t tt＝16(mm)翼緣根厚tt h＝250(mm)總高h(yuǎn) tw＝10(mm)腹板厚tw a＝6680(mm)截面面積a ix＝7.2393e+07(mm4)慣性矩ix=∑ix1i iy＝1.1527e+07(mm4)慣性矩iy=∑(iy1i+ai*xi^2) ix＝1.0410e+02(mm)回轉(zhuǎn)半徑ix=sqrt(ix/a) iy＝4.1540e+01(mm)回轉(zhuǎn)半徑iy=sqrt(iy/a) wx＝5.7915e+05(mm3)截面抵抗矩wx=ix/h*2 wy＝1.1527e+05(mm3)截面抵抗矩wy=iy/b*2 γ=78.5(kn/m3)材料重度γ(鋼材為78.5kn/m3) g＝0.524

以典型的gdx-11車(chē)輛底板型材為例進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在simufact9.0商業(yè)軟件平臺(tái)上,采用基于euler網(wǎng)格描述的有限體積法,實(shí)現(xiàn)了大斷面復(fù)雜截面鋁型材擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬,獲得了擠壓過(guò)程中金屬的流動(dòng)變形行為.通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn):采用原始模具擠壓時(shí),型材出口處的流速極不均勻,斜筋處出料困難,通過(guò)對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改及優(yōu)化,在斜筋入口處增加引流槽及適當(dāng)調(diào)整分流孔和工作帶的尺寸,最終模擬擠出合格的型材,型材端面平整,出口處的流速均勻.

基于仿生微小非光滑表面具有減黏降阻特性的基本思想,在高速轉(zhuǎn)動(dòng)旋成體表面布置不同深度和間距的三角形溝槽.采用rngκ-ε模型對(duì)其三維流場(chǎng)進(jìn)行模擬,分別計(jì)算表面光滑旋成體與表面具有三角形溝槽的旋成體壁面阻力系數(shù),對(duì)比兩者壁面剪應(yīng)力大小可知,將三角形溝槽布置于高速旋轉(zhuǎn)的旋成體表面,可降低旋成體在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)壁面的空氣阻力,從而降低動(dòng)力消耗,并且溝槽深度和間距均對(duì)旋成體壁面阻力產(chǎn)生不同影響.與光滑旋成體相比,三角形溝槽旋成體最大減阻率為12.060%.