基于Matlab的槽式太阳能集热器二维传热模型效率分析

槽式太阳能集热器是聚焦式太阳能热发电装置的关键部件.针对槽式太阳能集热器的传热过程,建立了二维稳态传热模型,利用Matlab软件中的fsolve函数对其进行了传热模拟并与LS-2型集热器的实验结果进行对比.结果表明:传热流体的模拟出口温度与实验出口温度最大相对误差为1.85%,说明采用fsolve函数计算过程稳定,结果精度较高.同时分析了太阳辐射强度、传热流体入口温度和室外风速变化对集热器效率的影响情况.分析表明,当太阳辐射强度升高及传热流体入口温度降低时,集热器效率增加;并且传热流体温度的变化对集热器效率的影响远大于太阳辐射强度变化对效率的影响,而室外风速变化对集热器效率的影响不大.     

管壳式换热器优化的遗传算法及变量分析

基于强制对流的计算公式、贝尔-台华法分别计算了管壳式换热器管程、壳程的传热系数及压降,并引入遗传基因算法建立数学模型,以传热有效度为目标函数,对换热器进行优化设计.研究表明,管束按30°排布的传热有效度最高,总费用也最高;90°排布的传热有效度次之,所需总费用最低,45°排布的传热有效度最低,但总费用高于90°排布.增加管径使传热有效度增大,总费用减小;增加管心距使传热有效度先增大后减小,总费用降低;增加管长使传热有效度增大,总费用增大;增加管数使传热有效度增大,总费用先减小后增大;增加折流板切割率、折流板间距使传热有效度减小,总费用降低.     

相变材料对沥青性质的影响

相变材料在公路交通领域的应用尚处于起步探索研究阶段。选择适宜于沥青混合料应用的有机类固液相变材料,通过针入度、延度、软化点试验,分析了相变材料及其掺量对沥青性质的影响。试验得出,随着相变材料掺量的增加,沥青针入度增大,5℃延度不断增大,10℃、15℃延度先减小后增大,软化点减小,短期热老化后的三大指标损失率均增大。结果表明,相变材料的掺入,有利于提高沥青的低温抗裂性能,但对短期老化后的长期性能和高温稳定性不利,在进一步研究与应用中应予以考虑。     

跨临界CO_2热泵热水器的性能

为了研究跨临界CO2热泵热水器制冷剂充注量对制热系数的影响,通过调节变频压缩机频率与电子膨胀阀脉冲,在制热量与压缩机入口过热度一定的条件下,对制热系数、压缩比、吸气和排气压力等与制冷剂充注量的关系进行了实验研究.结果表明:随着制冷剂充注量的增加,压缩机的排气压力上升,气体冷却器出口制冷剂的温度下降;随着蒸发器中热源水入口温度的上升,吸气压力上升,压缩比和排气温度下降;最大制热系数随热源水入口温度的上升而增大.当热源水入口温度为15℃且压缩机入口过热度为5℃时,系统的最大制热系数为3.25,最佳制冷剂充注量为1.7 kg.     

扭曲方管传热性能的数值模拟分析

运用数值分析的方法,对层流条件下等壁温的扭曲方管的传热性能进行研究,并与直方管的结果进行对比.主要针对Re=300～1 600,扭率Tr=5～20这一过程的扭曲方管的传热性能进行了分析.计算结果表明:在相同的Tr下,管内空气通道的Nu 随着Re的增大而增加,摩擦因子f随着Re的增大而减小;在相同的Re下,管内空气通道的Nu和f随着Tr的增大而减小,Re越大,减小的趋势越明显.扭曲方管在不同Tr的情况下均有强化传热指标η>1,从而说明由于二次流的存在,扭曲方管具有强化传热效果.     

相变沥青混合料调温效果及路用性能研究

为掌握相变沥青混合料调温效果及其路用性能,制备PEG2000/硅溶胶相变材料,研究其配比和掺量对沥青混合料调温效果的影响,进而就相变沥青混合料路用性能进行试验分析.结果表明:温度高于40℃后,PEG2000/硅溶胶相变材料能有效降低沥青混合料高温持续时间,且降温效果随相变材料中PEG2000比例提高呈先提高后降低趋势,随相变材料掺量增加呈线性提高趋势;沥青混合料升温过程中,其高温稳定性随相变材料掺量增加逐渐提高,而沥青混合料升温稳定后,高温稳定性随相变材料掺量增加逐渐降低;沥青混合料低温抗裂性随相变材料掺量增加呈先变好后变差趋势,掺量为3％时,低温抗裂性最优,水稳定性则随相变材料增加逐渐下降;推荐采用PEG2000与硅溶胶比例为5:10、掺量为3％制备相变沥青混合料,此时调温效果优良,且各项路用性能满足规范要求.     

微重力下气液分离特性的数值模拟

微重力下离心式气液分离技术以分离环境不受重力条件的影响而广泛应用于航天器流体技术、环境控制与生命保障系统等领域.本文对微重力工况下离心式气液分离特性进行了数值模拟研究,通过正交实验法分析在转速、入口速度、含气量、黏度、温度综合作用时,各因素影响的主次关系.结果表明,转速、含气量、温度、黏度对分离效率的影响比较明显,且随转速、含气量、温度的增加,分离效率逐渐增加,而随黏度的增加分离效率逐渐降低,入口速度对分离效率的影响较小,这与美国地面实验的趋势大致相同,分离效率在92％～94％范围内.研究结果可为我国空间站环控生保技术采用蒸汽压缩蒸馏方法进行尿液分离的进一步研究提供基础数据.     

相变储能路面发热融雪材料体系的试验研究

应用相变材料(PCM)于热融法路面除冰雪技术中,在实验基础上确定发热材料体系的材料组成、PCM的封装方式以及PCM发热体的结构,制备路面发热融雪材料体系试件.试验研究表明:通过PCM相变产生的能量缓释效应,可以改善发热材料体系的温度场分布并对其实现温度调控;相变储能路面发热融雪材料体系具有较高的蓄热能力和热稳定性,融雪效能大,在满足融雪功效的同时,热应力明显降低且节能.     

快速凝固Cu-Zr-Al合金的马氏体相变

通过快速凝固法制备Cu-Zr-Al合金试样,利用电阻法测定合金的马氏体相变温度,探索Al含量、结晶状态等对马氏体相变的影响.研究表明,吸铸速凝制备的Cu-Zr-Al合金样品晶格完整性差或存在少量非晶.在Cu-Zr合金中加入Al元素,会促进B2相的形成,且含量越高,作用越显著.在Cu-Zr-Al合金中,吸铸速凝态样品较晶化快冷态的马氏体相变温度低,吸铸速凝形成的非晶将抑制马氏体相变的发生,且增大马氏体相变的热滞后.随着Al含量的增加,马氏体相变温度逐渐降低,Al的加入也抑制马氏体相变.但增加Al含量,马氏体相变的热滞后会逐渐减小,使相变类型由非热弹性马氏体相变向热弹性马氏体相变进行转变.     

温差能驱动的水下滑翔机工作过程数值模拟

将焓法模型稍做变换后,用于求解温差能驱动水下滑翔机动力装置的相变过程,将温度场与液相分数场解耦,液相分数值由温度场确定.引入有效热导率来表示液相对流对相变过程的影响,计算结果与实验值吻合.对几种不同性质的材料进行了数值模拟分析,分别计算了比相变温度高5℃和10℃温差下,量纲一的量相界面的移动规律、液相分数随时间的变化情况,以及相变材料储能速率.结果表明,外界环境温度在5～30℃范围内,十六号凝胶性能优于其他材料.此外,以十六号凝胶为贮能材料,研究了对流换热系数、储能容器半径对相变过程的影响.     

斜向水流对圆端形墩紊流宽度的影响分析

通过flow-3D数值模拟的方法,研究斜流条件下紊流宽度的取值标准。当水流流向与桥轴线法线方向存在夹角时,桥轴线方向的横向流速由2部分构成:一部分来自斜流,另一部分来自桥墩影响。此时不宜直接以横向流速为0.3m/s作为紊流宽度的取值标准,可采用有(无)桥墩时横向流速差值为0.3m/s作为取值标准。以桥轴线方向为横向流速的方向,紊流区的宽度随着水流流向与桥轴线夹角的增加而增加。在一定范围内,圆端桥墩两侧的紊流宽度和总紊流宽度都随墩长的增加而增加,在墩长相同的情况下,紊流宽度随着来流方向与桥轴线法线夹角的增大而增大。     

建筑相变储能技术研究现状与发展

作为一项重要的建筑节能技术,相变储能技术可解决建筑能源供求在时间、空间和强度上不匹配的矛盾.综述了建筑储能相变材料的制备与导热性能增强、相变单元传热特性及传热强化、建筑相变储能系统的研发与应用,总结了材料研发、系统性能评估、系统应用技术开发等3个方面的不足,指出了未来研究重点,即开发性能稳定且蓄放热能力强的相变材料、有效预测多物理过程和多相态储能系统的动态性能和实现无人工干预条件下储能系统的自主有效运行等.      

PCM泡沫铝/液冷复合式锂电池热管理

为满足3 C放电倍率下电池组散热要求,提出了PCM泡沫铝/液冷复合式散热方案,利用有限元法对散热模型进行数值模拟并运用响应面法分析了PCM泡沫铝孔隙率、流道间距、液体流速对电池组温度的影响.研究结果表明:孔隙率和液体流速对电池组最高温度影响显著,增加孔隙率和液体流速可降低电池组最高温度,但当孔隙率和液体流速分别大于84％和0.06 m/s时,电池组最高温度趋于稳定;液体流速对电池组温差影响显著,增加液体流速可提高电池组均温性能,当流速仅为0.04 m/s时,复合式散热系统最高温度为319.0 K,比纯被动和纯液冷散热系统最高温度分别降低了4、4.9 K,且电池组温差仅为1.8 K.     

功能梯度输流管在弹性基体中的热弹性振动分析

为了研究嵌入弹性基体功能梯度输流管的流固耦合振动问题，首先根据欧拉梁模型理论推导得到功能梯度输流管道的振动控制方程，然后采用微分求积法对振动控制方程进行求解，最后根据计算结果详细讨论了材料组分的体积分数、温度、长细比及弹性基体的弹性系数对系统的固有频率及临界流速的影响. 研究结果表明:（1） 内部材料组分的体积分数增大会使系统的无量纲固有频率增大，临界流速减小（指数n由0增大到10，流速为0时的固有频率增大约13%，临界流速减小约6%）；（2） 随着温度的升高，系统的固有频率和其临界流速都会降低（长径比为100时，温度升高30 K，流速为0时的固有频率减小约4%，临界流速减小约14%），减小长径比会使得系统的固有频率明显下降（长径比为100、50和20时，系统的固有频率分别为160、41.1和11.87.）；（3） 系统的固有频率随着管道外径的增大而降低，管壁越薄变化越快，管壁越厚变化越慢（外径由0.1 m增大到0.11 m时，其固有频率的下降幅度约为外径由0.19 m增大到0.2 m时的100倍）；（4） 弹性基体弹性系数k增大会提高系统的固有频率（k增大3倍，系统的固有频率提高了约74%）.      

回热器对跨临界CO2热泵系统性能的影响

为了研究跨临界CO2热泵热水系统中,回热器传热面积对系统性能的影响,在不同的制冷剂充注量条件下实验研究了CO2热泵系统的性能.实验中,通过调节变频压缩机频率与电子膨胀阀开启度,保持了一定的制热量与蒸发器出口过热度.实验结果表明:在最佳制冷剂充注量条件下,随着回热器传热面积的增加,压缩机的压缩比下降,排气温度与吸气温度上升.采用回热器可以提高系统的最大制热系数,当回热器的无量纲传热面积为0.2时,可使最大制热系数提高约3.2%～5.1%.     

低速下不同入口位置塔式曝气池气液两相数值模拟

为了研究不同入口下塔式曝气池气液两相流动规律,采用欧拉双流体模型耦合群体平衡模型（PBM,population balance model）,在对计算域网格及气相分布与实验验证的基础上,研究了四种距离曝气池底部中心不同位置处的入口对曝气池内气液两相流动的影响,探讨了气含率、气泡数密度、液相水平速度等流体动力学性质,以期为塔式曝气池设计提供指导和依据.研究结果表明:欧拉双流体模型耦合PBM的模拟结果优于单一气泡尺寸的欧拉双流体模型;曝气池内气含率、气相分布、旋涡强度、液相水平速度均受入口位置影响;当入口位置逐渐远离曝气池中心时,气相分布逐渐呈之字形,旋涡强度增大,气含率及气泡羽流周期则先增大后减小;入口位置对气泡数密度无明显影响,气泡数密度在气泡直径5.95 mm下分布最多.      

基于重叠网格的桥墩防撞浮箱流场特性数值研究

为了揭示桥墩加装防撞浮箱后的水动力性能及流场特性,基于重叠网格方法,以典型的圆形自浮式浮箱-桥墩系统为例,采用雷诺应力(RSM)湍流模型,利用VOF方法捕捉自由液面,同时考虑浮箱升沉位移,建立了三维数值计算模型。通过与实验数据对比,验证了数值仿真方法的合理性和结果精确度;以重叠网格技术实现浮箱的升沉垂荡运动,研究了水流流速和水深变化对防撞浮箱的升沉垂荡、动力响应和流场特性的影响。研究结果表明：水流流速主要影响防撞浮箱的升沉位移值,而水深主要影响防撞浮箱的垂荡历程;防撞浮箱在3个方向上的力系数基本都是随水深的增加而下降,但较低流速时,力系数随水深的增加下降趋势较为平缓,纵向力系数随水深的增加先略微上升后再下降;防撞浮箱的垂荡与垂向力有关,较低流速下浮箱垂向力的变化周期随水深的增加而增大,较高流速下,防撞浮箱产生强烈的垂荡,周期变化规律完全消失。     

高速切削淬硬钢已加工表面白层的形成规律

高速切削淬硬钢已加工表面存在白层,对工件使用性能具有很大的影响,研究已加工表面白层对改善工件表面质量和切削加工性具有重要意义.通过使用PCBN刀具高速干硬切削GCr15钢和40CrNiMoA钢实验,分析了高速干硬切削表面产生白层的机制,研究了切削速度、后刀面磨损量等切削参数以及材料含碳量对白层厚度的影响规律.研究表明:白层形成过程中,已加工表面材料发生相变,白层厚度随切削速度提高呈现先增加后减小趋势,随刀具磨损量增加而增大;随着工件材料含碳量增加,白层厚度增大.     

高速切削淬硬钢已加工表面白层形成规律研究

高速切削淬硬钢已加工表面存在白层,对工件使用性能具有很大的影响,研究已加工表面白层对改善工件表面质量和切削加工性具有重要意义.通过使用PCBN刀具高速干硬切削GCr15钢和40Cr Ni Mo A钢实验,分析了高速干硬切削表面产生白层的机制,研究了切削速度、后刀面磨损量等切削参数以及材料含碳量对白层厚度的影响规律.研究表明:白层形成过程中,已加工表面材料发生相变,白层厚度随切削速度提高呈现先增加后减小趋势,随刀具磨损量增加而增大;随着工件材料含碳量增加,白层厚度增大.     

涡轮增压器冷却水进水管内流场及压力损失分析

以某涡轮增压器进水管为对象,采用Catia软件建立其几何模型,采用CFD方法分析了进水管内水流运动特征,研究进水管内进水流量、出口压力、管道壁面粗糙度以及进水连通管直径对管道内流场及压力损失的影响。结果表明:在水流入口端的螺栓与管道弯曲交接部位,水流运动会发生急剧的变化;管道最大压力出现在进口端的螺栓处,且在沿着管道内的水流运动方向上,流体压力呈现持续下降状态;随着进水量增加,管道压力损失增大;大的出口压力改变对管道内压力损失影响不明显;增加管道壁面粗糙度会使压力损失增大;增加进水连通管直径,压力损失降低,反之压力损失则增大。