超临界LNG在新型船用换热器冷通道内流动换热特性研究

本文在新型换热器冷通道内,对超临界状态下LNG的对流换热过程进行数值模拟,分别研究入口温度、入口质量流量和壁面热流密度对超临界甲烷流动与换热特性的影响,提出一种在直通道中加入凹槽结构的强化换热模型。首先采用Ansys Space Claim对换热通道进行几何建模,再使用Siemens STAR-CCM+仿真软件对模型进行网格划分和求解。研究发现：局部对流换热系数随着入口温度的升高有所降低,努塞尔数变化趋势与局部对流换热系数变化趋势大致相同,在斜通道内,超临界LNG具有更好的换热性能;当通道入口质量流量和壁面热流密度增加时,局部对流换热系数也随之增大;凹槽结构对换热器换热性能有较大的提升,对综合性能的提升较小。     

锯齿型翅片流动均匀性数值分析

作为舰船保障系统的一部分,舰船空调的强化换热具有重要意义。板翅式换热器层间翅片通道流动不均匀直接影响换热器的换热效率,本文以锯齿型翅片为例,研究了在不同入口雷诺数情况下,不同的入口流动不均匀条件对锯齿型翅片流动的影响。研究结果表明:当入口有±25%的整体不均匀时,在流动方向上经过5个翅片几何周期后通道流动整体均匀性小于5%,基本上达到均匀流动,同时通道流动的不均匀对压降影响不大。     

稀薄性对微通道气体流动换热特性影响数值分析磁

在微通道二维简化模型下,通过控制方程的无量纲化处理,对空气在滑移区稀薄性影响下的流动特性进行了研究与数值分析。研究结果表明,泊肃叶数（ Po数）在进口与出口处较大,沿程其他位置的 Po数为定值。随着克努森数（ K n数）的增加,稀薄性增强,壁面滑移变大,Po数减小。文中给出 Po数的一维理论表达式,发现该公式与实验值较吻合。最后,通过对比验证表明,平均努塞尔数（Nu数）随着 Kn数的增加而减小。     

船舶发电柴油机冷却腔内沸腾两相流数值模型研究

现代船舶发电柴油机冷却系统设计趋势朝着小型化、整凑型发展,沸腾传热因高效换热能力而备受关注。本文以CFX欧拉双流体模型为基础,通过CCL语句添加用户自定义程序实现对低压系统时矩形通道内过冷流动沸腾的数值模拟。采用Kurul和Anglart修正的过冷度线性关系描述气泡直径;通过改进封闭方程以及经验式,进而改善模型计算收敛性和精度,对不同流动参数下矩形通道内过冷沸腾两相流进行实验与计算对比。计算结果表明随着壁面热流的增加气相体积分数增加;通道质量流量增加气相体积分数下降。该数值模型的建立可为真实船舶发电柴油机冷却水腔沸腾两相流分析奠定基础。     

水下航行器小通道内蒸汽换热实验研究

为研究水下航行器小通道内的蒸汽换热特性,对采用矩形通道设计的冷凝通道进行实验研究,分析不同蒸汽入口温度对通道换热特性的影响。实验结果表明：矩形小通道具有较好的冷凝换热效果,通道总平均换热量、热流密度以及通道出口冷凝液温度均随通道入口蒸汽温度升高而升高。但总传热系数和蒸汽侧换热系数随通道入口蒸汽温度升高而降低。最后在实验数据基础上,将实验值与仿真值进行对比分析,修正仿真模型,确定过热蒸汽冷凝成水的过程中相变点位置,为后续闭式循环动力系统壳体冷凝器的设计提供依据和参考。     

水下航行器小通道内蒸汽换热实验研究

为研究水下航行器小通道内的蒸汽换热特性,对采用矩形通道设计的冷凝通道进行实验研究,分析不同蒸汽入口温度对通道换热特性的影响。实验结果表明:矩形小通道具有较好的冷凝换热效果,通道总平均换热量、热流密度以及通道出口冷凝液温度均随通道入口蒸汽温度升高而升高。但总传热系数和蒸汽侧换热系数随通道入口蒸汽温度升高而降低。最后在实验数据基础上,将实验值与仿真值进行对比分析,修正仿真模型,确定过热蒸汽冷凝成水的过程中相变点位置,为后续闭式循环动力系统壳体冷凝器的设计提供依据和参考。     

超临界LNG在螺旋形微通道中的流动传热特性

由于液化天然气(LNG)稳定、安全、体积小,通常将天然气液化后进行运输。LNG汽化后才能使用或输入管道,因此换热器作为汽化LNG的关键部件而被广泛应用。换热器内部由大量微细通道组成。本文主要针对螺旋形微细通道内超临界LNG的流动情况进行分析,对比不同螺距螺旋形流道的流动换热性能,随着螺距的减小,换热性能提升而流动性能下降。与直流道相比,采用合适螺距的螺旋形流道可以显著提升换热性能而对流动性能的影响相对较小。通过计算不同质量通量、热流密度下螺旋形流道的流动换热性能,讨论了螺旋形流道中,能实现较好的流动换热性能的质量通量和热流密度。     

浮力对不同截面形状通道中超临界LNG传热特性的影响

在液化天然气动力船舶中,超临界液化天然气在使用前需要进行气化。超临界LNG的气化是一个拟相变过程。本研究对超临界LNG在拟相变过程中的局部流动和传热性能进行数值研究,主要目的是揭示在不同截面形状通道内浮力对局部流动和传热性能的影响。研究发现,浮力因子的大小受截面形状影响不大。另一方面,浮力对传热性能的影响集中在类液区和拟临界区。二次流是由于浮力和密度差异的影响而产生的。流体的分布及二次流受到通道形状及浮力的影响从而影响传热性能。通常,二次流的存在提高了通道壁面和相邻流体间的传热性能。然而,由于浮力的原因,低密度、高温流体聚集在通道顶部,导致局部传热性能恶化。因为通道截面形状的不同,导致湍动能及定压比热的分布不相同,从而造成传热性能存在差异。     

半球形结构对船用板式换热器性能的影响

设计一系列内置不同尺寸半球形凹坑结构的V字形板式换热器板片,利用ANSYS FLUENT软件探究各型板片的换热性能。数值模拟结果表明：加入半球形凹坑结构能使换热器触点周围高速流动区域流体的流动更均匀,并明显增大较宽流道区域内流体的流动速度,提升换热器的换热性能;随着结构尺寸增加,半球形结构内部流体的流动更剧烈,流道内流体受到的扰动作用更强,流道内的温度场、速度场和压力场的增幅越来越大。综合考虑扰流结构对传热效果的提升作用和摩擦因子的增加发现,Ⅳ型板片（凹坑半径为3 mm）的传热效果最佳,与传统板片相比,其传热效率提高24%。     

环境压强对水下两相冲压式发动机推力影响的数值模拟研究

文章应用CFD商业软件FLUENT6.3模拟了水下两相冲压式发动机的内流场以及分析了环境压强对发动机内推力的影响.假设流动为稳定流动,空气是不可压缩的并且空气和水之间没有热量交换.在航行速度,环境压强和喷气角度不变的条件下,发动机内推力随着空气的质量流量增大而增大;内推力的动态分量随空气的质量流量增大而增大,静态分量几乎保持不变.在航行速度,通气量和喷气角度不变的条件下,发动机内推力随着环境压强增大而增大;内推力的静态分量随环境压强增大而增大,动态分量几乎保持不变.     

一体化反应堆直流蒸汽发生器流动不稳定性研究

一体化反应堆结构紧凑、安全性高,在中小型反应堆的发展中具有很大优势。一体化反应堆中通常采用套管式直流蒸汽发生器(OTSG),传热管是套管结构,采用双面传热,换热能力强,但套管内存在单相区,汽水两相区和过热区,传热情况复杂,在反应堆启动、停止或低功率运行时容易产生两相流动不稳定现象。文章采用RELAP5程序,针对某陆用反应堆套管式直流蒸汽发生器建立了集总参数分析的模型,研究了系统压力、入口过冷度、入口节流等参数对流动不稳定性的影响。计算结果表明:增大系统压力,提高入口过冷度,在一定条件下增加入口节流均有利于系统的稳定。文章是对一体化反应堆直流蒸汽发生器流动性研究,对船用反应堆的直流蒸汽发生器流动性研究同样具有参考意义。     

疏水表面流体流动特性的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法研究了微形貌对固体表面润湿性的影响,在此基础上进一步模拟了具有微形貌的疏水表面通道内的流体流动,从法向速度、剪应力、滑移速度等角度分析了疏水表面的流场特性,揭示了疏水表面滑移流动的产生机制。结果表明,疏水表面的滑移流动是由低表面能作用和微形貌共同引起的。具有微形貌的疏水表面比光滑疏水表面具有更好的减阻效果,原因在于微形貌能够驻留气体,形成的气液自由剪切面加剧了疏水表面的滑移流动,最大滑移速度可以达到主流平均速度的50%左右。     

舰船纳米流体冷却液在间冷器中的应用

为探究舰船纳米流体冷却液在燃气轮机间冷器中的流动换热情况,制备SiO2-乙二醇/水(50/50)船用间冷系统纳米流体冷却液,研究纳米流体中颗粒的粒径分布、温度和颗粒质量分数对导热系数的影响.在此基础上,以WR-21船用燃气轮机的间冷器系统为例,建立流动传热耦合计算模型,采用Fluent软件对流道内部的流场进行数值模拟.分析不同工况下纳米流体对间冷器平均对流换热系数、温度分布和沿程阻力的影响.结果 表明,温度升高,纳米流体的导热系数增大,当质量分数为15％、温度为80℃时,纳米流体的导热系数相对基液提高15.5％;提高纳米流体的质量分数,液侧平均对流换热系数随之增大,气侧温度分布更加均匀;在全工况下,液侧平均对流换热系数最大提高57.9％.纳米流体冷却液对改善高压压气机进口气流温度分布的均匀性具有重要意义.同时,需综合考虑纳米流体沿程阻力增加对间冷器性能的影响.     

单侧内肋阵微通道复合热沉构形优化设计及遗传算法比较分析北大核心CSCD

[目的]旨在通过构形优化设计提高电子设备的热管理技术水平。[方法]在约束肋片体积占比和相对位置的条件下,建立微通道复合热沉的三维流动和传热数值模型,以热沉固体区域温度梯度均匀性因子最小化为目标,分别采用穷举法和遗传算法对肋片高宽比h/w及肋片间距ε进行构形优化设计。[结果]结果显示,采用穷举法和遗传算法均能得到热沉固体区域温度梯度均匀性因子的最小值以及对应的最优构形,且温度梯度均匀性相比无肋微通道热沉,最高可提高13.30%;采用穷举法和10种配置遗传算法方案所得目标函数最小值之间的误差最大不超过0.92%。[结论]所做研究可为电子设备散热器的研发提供新的优化设计结果。     

纳米流体对径向滑动轴承冷却性能强化数值研究

径向滑动式中间轴承是船舶推进轴系主要支撑部件,其润滑性能将直接影响到整个推进系统的可靠性和传动效率,而润滑性能主要受滑油温度的影响。因此,开展中间轴承冷却性能强化研究对保障船舶推进轴系正常工作具有非常重要的意义。本文建立了中间轴承流固耦合传热数值模型,获得了最高转速工况下中间轴承主要部件及油池内滑油的温度场分布。通过与实验数据对比,验证了所建数值模型的精确性。在此基础上,基于Cu-润滑油纳米流体物性参数模型,分析了不同体积分数Cu-润滑油纳米流体对中间轴承冷却性能的影响。研究结果表明,随着纳米颗粒体积分数的增加,油池内壁面及冷却盘管外表面平均对流换热系数均显著增大,有效地增强了滑油的换热能力,中间轴承冷却性能得到了强化。     

摇摆运动对过冷沸腾传热特性影响的机理分析

通过建立静止及摇摆状态下窄矩形通道内的强迫循环过冷沸腾汽泡动力学效应数学模型,分析摇摆状态下过冷沸腾中的滑移汽泡受力行为,讨论摇摆状态下附加惯性力场对汽泡行为影响的规律。基于分相流模型,分析不同摇摆运动参数对过冷沸腾液相流动传热特性及汽泡运动的影响程度,并对理论研究结论进行试验验证。研究结果表明:当摇摆运动不足以导致强迫循环质量流量发生明显变化时,由摇摆运动引入的附加惯性力及由流道空间位置改变引起的浮力变化均不足以改变汽泡运动的规律,因此,摇摆运动对过冷沸腾传热特性的影响可以忽略,获得的结论可为船用换热器性能评价提供参考。

     

海洋核动力平台PRHR HX管内蒸汽冷凝换热特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究非能动余热排出换热器(PRHR HX)管内饱和蒸汽冷凝传热特性,为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供支撑。[方法]通过搭建的功率比1∶50的试验装置,使用分离热阻法处理试验结果,对PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热特性进行分析。[结果]在试验参数范围内,PRHR HX管内主要以分层流或波状流-环状流-波状流流型存在,该管内凝液流动存在由层流到湍流的转捩过程;管内饱和蒸汽冷凝换热系数随压力升高而增大;在压力为0.52 MPa时,换热器内蒸汽流速最大值约为6.72 m/s,当压力大于0.52 MPa后,蒸汽流速反而逐渐减小;所提PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热系数计算关系式与试验结果吻合良好,其计算值与试验值的相对误差在±8%以内。[结论]研究结果可为海洋核动力平台及类似应用对象非能动安全系统PRHR HX设计和优化提供参考。     

带附体潜艇绕流场数值计算与验证

采用κ-ε湍流模型和有限体积法用求解RANS方程的方法,对全附体的SUBOFF AFF-8潜艇模型三维粘性绕流场进行了数值模拟计算.一种结合增强型壁面函数的两层模型被采用,以便在近壁区域采用精细网格来模拟边界层内的流场流动特征.给出了雷诺数Re=1.2×107下模型表面纵中剖面线上半部分压力系数与摩擦阻力系数的分布,以及指挥台围壳与尾翼表面不同高度处的压力系数分布,同时计算了桨盘面处的尾流速度分布,并与有关文献给出的实测值进行了比较和验证,分布趋势基本一致,较相关文献给出的计算结果有相当大的改进,此外从指挥台围壳与尾翼后的速度矢量图观察到了与有关文献相同的涡旋流场结构,从而验证了该数值方法的有效性,为潜艇概念设计中评价设计方案优劣提供了重要的技术手段.     

《中国舰船研究》2019年第5期目录

[1] 喷水推进和泵喷推进的概念：共性、特性及区别…王永生（1）[2] 船舶推进轴系方案设计的关键技术研究进展…赖国军,刘金林,雷俊松,夏极,周瑞平,曾凡明（10）[3] 基于交互式赋权与证据推理的船舶主机优选…赵瑞嘉,谢新连,赵家保,王郅翔（22）[4] 锌镍单液流电池二维瞬态放电模型…姚寿广,赵倩,赵云辉,孙晓飞,程杰（28）[5] 柴油机舷侧排气喷淋流动及传热模拟…王振,吴炜,杨先勇,安一峰,刘元春（36）[6] 多光谱反演火焰温度及烟黑体积分数研究…章奇,司梦婷,王东旭,王安振,李灿,王振,罗自学,娄春,程强（42）[7] 船舶推进轴系弯—纵耦合效应的非线性振动特性…徐鹏,邹冬林,吕芳蕊,塔娜,饶柱石（49）[8] 饱和含液穿孔板条水润滑艉轴承减振性能研究…金勇,邝俊信,田相玉,劳坤胜,欧阳武,刘正林（58）[9] 水下航行体推进轴系多状态下的变形特征分析…余桐泉,李天匀,刘圣超,朱翔（64）[10] 基于体积力的海水自流循环系统流速确定方法…陈康,姚志崇,周恩东,夏彬（70）[11] 某船用柴油机排气管路流动分析及均匀性评估…李本钶,黄冰阳,李艳华,聂富成,叶晓明（77）[12] 潜艇通气管进气阀阻力特性分析及优化…胡海滨,周睿,周哲,刘义军（85）[13] 深海爬游机器人多腿位姿对巡游稳定性的影响…张康,王磊,冷文军,陈虹（90）[14] 水炮系统添加剂减阻分析及方案设想…林芃,高一民,蔡伟华,陈轶君,陈红超（98）[15] 水平开口有限空间油池火燃烧特性分析…陈兵,张世奇,时训先,黎昌海,陆守香（106）[16] 机械排烟时补风口高度对竖直单开口舱室火灾烟气特性的影响…邱金水,任广鲁,刘伯运,陈如木（112）[17] 邻近雷击电场环境模拟装置的设计与实现…王可,段艳涛,石立华,黄瑞涛,陈海林（119）[18] 密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究…徐维铮,吴卫国（124）[19] 基于波动理论的共振转换器减振特性分析…李良伟,赵耀（131）[20] 基于动柔度方法的管路动力吸振器设计研究…张琳,李华峰,陈勇,张涛,丁杨建（138）[21] 基于整数线性规划方法的舰载机航空保障资源优化调度…谭大力,王云飞,于连飞,朱承（145）[22] 基于视觉测量的舰载机空间定位方法…刘佳铭（152）[23] 罗经方位对准的收敛时间分析…何东旭,葛磊,张鑫,臧新乐（159）