地埋管换热器的数值模拟研究

文中阐述了地埋管换热器数值模拟研究中将要涉及的一些传热理论,并根据这些理论建立出单根U型地埋管换热器的数值模型。再结合上海地区工程实例模拟了地埋管换热器与周围土壤的换热过程,通过分析不同条件下的地埋管换热器四周温度场的分布情况,总结出土壤导热系数、孔隙度、每米孔深的平均放热量以及地下水的渗流速度对四周温度场的影响。     

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。     

斯特林发动机高背压燃烧换热性能影响因素分析

高背压燃烧是斯特林发动机的重要特性之一。通过使用经试验修正后的一维稳态计算方法对斯特林发动机燃烧室进行计算,分析燃烧换热性能的各个影响因素,如燃烧室尺寸、加热管尺寸、翅片尺寸等,明确设计中的关键点,有助于提高整机的燃烧效率,最终提高整机性能。     

错列翅片板翅式换热器传热性能数值研究

应用SIMPLE算法对错列翅片板翅式换热器换热表面的流动及传热进行数值模拟,根据数值模拟结果分析了几何参数对流动及传热的影响,研究表明此紧凑式换热器具有良好的换热特性.该研究进一步弄清其换热机理,这无疑极大地改进了错列翅片板翅式换热器的设计方法.     

错列翅片板翅式换热器传热性能数值研究

应用SIMPLE算法对错列翅片板翅式换热器换热表面的流动及传热进行数值模拟，根据数值模拟结果分析了几何参数对流动及传热的影响，研究表明此紧凑式换热器具有良好的换热特性。该研究进一步弄清其换热机理，这无疑极大地改进了错列翅片板翅式换热器的设计方法。     

基于ANSYS的冷却器管板胀接有限元分析

胀接过程中胀管量的合理选取关系到换热器的换热性能和松紧程度。本文运用ANSYS软件对管板进行机械胀接过程的模拟,分两个工况:工况一模拟整个胀接过程,模拟胀接过程中换热管的应力和变形情况;工况二模拟换热管拉脱过程,检验其胀接松紧程度。     

船用板式换热器的脉动流强化换热研究

针对板式换热器效率低和易结垢等问题，采用脉动流强化板式换热器。利用数值模拟的方法对脉动流场下板式换热器通道内流体的流动和换热特性进行分析研究，并采用相关试验数据对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：船用板式换热器的总传热系数随着质量流量的增加而增加，而强化换热因子则表现为先增加后减小的状态，各脉动频率下的强化换热因子均大于1.000，其最大值为1.258，这表明脉动流的加入有利于提高板式换热器的强化换热效果。同时，利用自主设计的试验台，将试验结果与模拟的努谢尔特数和压降进行对比分析，发现其表现出一致的规律性，最大偏差分别为12%和10.6%。研究结果可为脉动流强化换热的工程应用提供重要参考。     

舰船集成式换热器壳程流场数值模拟

由于受尺寸重量限制,舰船换热器对集成优化设计水平要求较高。为实现这一目标,在设计中经常同时采用数值模拟和试验验证2种方法,特别是数值模拟由于其具有高效、精准和低成本优势,使得其在换热器设计中应用越来越广泛。本文在对某型集成式换热器合理简化基础上,构建了相应的数值分析耦合传热模型,完成了换热器壳程流场和温度场数值仿真,仿真结果显示换热器流动区域中换热比较均匀,折流板强化换热效果显著,但其也相应增加了壳程流动阻力。本文研究为换热器性能进一步提升奠定了良好的技术基础。     

湍流模型对大口径射流冲击数值模拟适用性分析

采用数值算法要完全有效地模拟射流冲击换热,合适的湍流模型是十分重要的。本文采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型及Realizable k-ε模型对大口径高温高速气体射流冲击换热进行了数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,分析湍流模型在大口径射流冲击换热数值模拟中的适用性。研究结果对大口径射流冲击换热的数值研究提供参考。     

多孔管孔出流速度和流量影响因素数值仿真及试验

本文通过控制变量法进行工况设计,对多孔管进行数值模拟和试验对比,分别研究多孔管管径、管长、孔径、孔间距、水压五个变量对多孔管孔出流速及流量的影响。使用ANSYS软件中的DesignModeler模块进行几何建模,ICEM中的O-Block技术进行流体计算域网格划分,Fluent软件进行求解。研究发现,多孔管管内径和管长的增加均使孔出流速和出流量减小,管长度的增加会影响孔出流沿程的均匀性;孔径的增大使孔出流速明显减小,且影响孔出流沿程的均匀分布,出流量受孔径的影响较复杂,在孔径不超过2.5mm时可以认为出流量与孔径的平方成正比;孔间距的增大对孔出流速和沿程均匀分布基本无影响,而与出流量成正比。最后将数值模拟结果和试验进行对比,发现试验数据所反映的多孔管出流量与管内径、管长、孔径和孔间距的关系与数值模拟基本吻合,而试验中管的出流量普遍比数值模拟小。     

环形翅片管自然对流传热特性的数值模拟研究

利用FLUENT数值模拟方法,研究了自然对流条件下环形翅片管几何参数对其对流换热性能的影响。结果表明:随翅片间距的增大,单位长度散热量先增大后减小,表面平均自然对流换热系数及单位面积散热量先增大后基本稳定不变;翅片厚度对换热性能的影响随间距变化而变化。通过模拟计算,为自然对流条件下翅片管的优化设计提供了参考。     

适用船舶自流冷却系统中冷却器的工程设计研究

针对船舶自流冷却系统对冷却器要求的特点,对各种间壁式换热器的优缺点进行了分析,并结合热工理论计算,确定了冷却器宜采用小管径换热管的钛合金管壳式换热器,获得了小管径换热管数量与不同航速、冷却流体流动状态的设计关系,且基于热工计算结果表明了结构优化方向。采用 CFD技术对两管程流体流场进行了数值模拟优化分析,获得了后端管箱封头a/b的最佳值。实船工程试验结果验证了本文分析设计和优化方法的可靠性。     

竖直上升管内超临界CO2异常传热机理研究

[目的]小通道内的换热已被广泛应用于核反应堆与航天发动机冷却等方面.为保证该系统内热力装置安全、高效运行,需系统、深入研究超临界CO2的传热规律与异常传热机理.[方法]通过CFD数值模拟,对不同质量流速下内径为2 mm的竖直上升管中超临界CO2的换热随热流密度与压力的变化规律展开研究,并对传热强化与传热恶化工况下不同截...     

海上风电大直径单桩基础固有频率影响因素的数值分析

针对海上风电整机结构其低阶固有频率的控制问题,基于有限元分析技术开展小直径桩土相互作用的数值模拟分析,与试验结果、API规范计算结果进行对比,验证了数值模型的适用性,分析大直径单桩结构桩内土芯、冲刷深度、表层土置换措施对整机固有频率的影响,结果表明,基于有限元实体单元计算所得一、二阶整机固有频率要明显大于传统p-y方法计算结果;桩内土芯对一、二阶整机固有频率影响很小;在一定范围内,随着泥面冲刷深度的增加,一、二阶固有频率降低不明显,认为传统p-y方法对于大直径单桩的适用性有待研究;在实际工程设计中,桩内土芯的影响可忽略;对于大直径单桩,在一定范围内可以忽略冲刷的影响。     

舰炮身管长度的确定方法

从舰炮的使命任务出发,研究舰炮在没有原型参考进行原始设计时确定身管长度的方法,可以通过使命任务分析、外弹道计算、装药设计、内弹道计算可初步确定舰炮的身管长度,再通过优化设计,并综合权衡兼容多种弹药能力、身管刚度、火药的燃尽性、炮口压力和身管寿命等因素,合理地确定舰炮的身管长度。在进行改型设计时,如果发射弹种、最大射程等重要战术技术指标发生变化或发射装药有重大技术改进时,以某型舰炮为实例说明确定身管长度的方法,对舰炮身管长度的论证和设计具有参考作用。     

基于张力腿平台的顶张紧式立管碰撞分析

基于张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),在平台运动、波浪及海流的联合作用下,相邻的立管可能发生碰撞并对其承载能力造成影响,有必要深入研究TTR在恶劣海况下的碰撞行为。采用有限元软件对两根生产立管进行数值模拟,设置两管碰撞前弯曲及后续动态碰撞两个分析过程来模拟TTR的碰撞行为;采用碰撞参与长度公式确定了TTR碰撞的接触区域。研究重点分析了立管碰撞前弯曲变形对碰撞结果的影响,为深水刚性立管局部碰撞行为的研究提供了方法。     

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。     

海底管道J形铺设张紧器的张紧力计算分析

对海底管道建立微段和整体的力学模型,通过MATLAB编程求解顶部张紧器应提供给管道的张紧力。对比编程计算和Abaquas数值模拟结果,验证编程求解代替软件模拟计算的可行性和便捷性。探讨海域水深、管道入水角度、管重对张紧力的影响,结果表明,增加铺设水深和单位长度管重,所需张紧力增加;而增加铺设角度,所需张紧力相应减小。     

微肋管管内沸腾换热特性的数值分析

作为舰船保障系统的一部分,舰船空调的强化换热及制冷剂替代工作具有重要意义。本文通过数值模拟,对外径为5 mm、长为1 m的水平微肋管在R22和R410A进行沸腾换热特性研究。研究表明:采用Euler多相流模型及RPI沸腾换热模型计算结果基本能够反映直肋管管内沸腾过程中的换热特性,与文献中实验结果差距不大;相同条件下R410A的换热特性要比R22高,约是1.3～1.4倍,在舰船空调换热器进行制冷工质替换及设计优化过程要予以考虑。     

附属分离盘抑制圆柱涡激振动的数值模拟

基于动网格技术,编写UDF程序计算附属不同长度分离盘的圆柱双自由度涡激振动,并借助FLUENT软件模拟计算其周围流场。通过模拟计算不同长度附属分离盘的圆柱涡激振动,系统地对比分析其所受升阻力系数、振动响应、尾流涡形态、运动轨迹和频率特征等方面内容,并总结其一般规律。分析发现,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。该数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定了基础。降低,当约化速度Ur=5.5附近,分离盘长度越长,升阻力系数与振动响应越小。（2）添加附属分离盘后,裸圆柱所对应的双排尾流涡将变为单排尾流涡;随着分离盘长度增大,涡泄的位置往后推移,与此同时,分离盘的两侧逐渐出现一组次漩涡（分离盘上产生的漩涡）;分离盘长度L=0.5D时,因其未能完全阻隔上下两侧漩涡的相互作用,并将一侧漩涡切分为二,与另一侧漩涡在尾流形成2P形态的涡。（3）附属分离盘长度的增加使得圆柱振动范围不断缩小,但会造成多频的振动特征,而且还有效地改变来流向响应与横向响应的相位角。（4）添加附属分离盘后,一方面圆柱阻力的主频率明显降低,而且主频率所对应的功率谱密度也明显降低,说明分离盘能降低来流向的振动频率与振动强度,但会造成附属分离盘的圆柱阻力表现为多频、宽频的振动特征;另一方面添加附属分离盘的圆柱升力频率明显降低,但同样会造成多频和宽频的振动特征。总的来说,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。本文的数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定基础。