管带式车用散热器散热特性的试验研究

应用正交试验优化技术对管带式车用散热器的散热特性进行了试验研究,并对试验结果进行了回归分析,得到了描述散热器散热量、风阻及水阻与散热器冷却水入口温度、水流量及冷却风速之间关系的回归方程。     

管带式汽车散热器匹配特性仿真

以汽车冷却系统中的管带式散热器为研究对象,建立了管带式散热器的传热和流动阻力的数学模型,运用温度效率-传热单元数法对散热器的温度效率、传热以及阻力进行校核,并编制了相应的计算程序,对散热器在不同工况的匹配特性进行仿真计算,将仿真结果与实验数据进行比较分析,仿真结果与实验值基本吻合。     

散热器传热性能场协同仿真分析

管带式散热器外表面的空气流动与换热状况关系到发动机的动力性及燃油经济性。笔者根据场协同理论,采用数值模拟的方法对流经散热器翅片周围空气的速度场和温度场进行模拟计算,探讨了翅片的结构参数对流场的场协同角的影响。该方法从场协同角的角度为散热器翅片的结构优化设计提供了参考。     

基于数值模拟与实验的三角转子泵性能研究

根据Wankel发动机传动原理,设计了一种双进出口的三角转子泵。阐述了三角转子泵的工作原理和结构特点,通过数值模拟和机械损失数学模型对三角转子泵的流量、压力、机械损失及机械效率等方面进行了计算和分析,并通过实验对数值模拟的预测结果进行了验证。结果表明,在额定转速190 r/min时,进口流量波动较大,3个工作腔交替完成吸入和排出,出口总流量较为平稳;工作腔一个工作循环的压力环包括工作腔扩容、快速增压、稳定输出、快速降压4个阶段;实验流量和压力与模拟值吻合较好,随着转速的提高,压力和流量都明显提升,额定转速下流量和压力的模拟值分别为8.96 m~3/h、2 013.92 k Pa;通过机械损失数学模型得到的、在额定转速下密封片的摩擦损失、端面损失、轴承损失、齿轮啮合损失分别为103.4、182.5、60.5、33.2 W,机械效率的模拟值和实验值较为吻合,分别为92.9%和93.3%。     

冲压式多级泵水力性能的数值模拟及实验验证

应用CFX软件及标准k-ε湍流模型和多参考坐标系,实现了冲压式多级离心泵任意一整级(包括叶轮、导叶及泵体)的全三维流场的数值模拟.通过分析冲压泵内流场的压力分布和流速分布,进而计算出泵的特性曲线,并与实验性能曲线进行验证,为冲压泵的优化设计提供参考.     

重型立式车床转台流固耦合传热数值模拟与实验

采用流固耦合的数值方法研究了重型立式车床转台的耦合传热特性,使传热外边界条件变成内边界条件,更符合实际工况。给出了转速范围在5~50 r/min内的空气流场,以及工作台、底座和静压油膜的温度场分布。数值模拟结果表明转速提高使静压油膜温度升高,承载能力下降,加强了散热面对流,且高转速时底座的散热量被低估,但散热面温度没有显著升高,加重了工作台和底座热集中。同时,工作台数值模拟结果与红外线热像仪测量数据吻合较好,说明数值模拟结果符合物理原理,扩展了流固耦合传热的应用范围,使立式车床的散热情况分析结果更加可靠和精确。     

柱形生物质和石英砂传热实验与模拟研究

从实验和模拟两方面,利用虚拟球元法改进传统的计算流体力学耦合离散单元法(DEM-CFD),对流化床内的柱形生物质和石英砂的流动传热过程进行了研究。建立了混合流动与传热的实验系统,并进行了模拟和分析,结果表明:双组分颗粒混合指数(MI)经过迅速增加、缓慢增加以及稳定期3个阶段。随着表观气速的增加,颗粒混合指数升高,一定范围内的高气速有利于柱形生物质和石英砂的混合。加热后的柱形生物质和石英砂的初始温度为120℃,流化空气为常温25℃。流化过程中,柱形生物质颗粒温度普遍大于石英砂的温度。当表观气速比较小时,双组分颗粒的混合受到限制,流化床内不同高度的颗粒平均温度差较大;表观气速较大时,流化床颗粒平均温度差不明显。虚拟球元解决了传统DEM-CFD计算模型不适用于大尺寸柱形颗粒系统的问题。对比红外热图像和模拟结果,实验值和模拟结果比较接近,改进的DEM-CFD方法可以较好地模拟柱形生物质和石英砂的流动传热。     

热风干燥室流动传热数值模拟

为提高热风干燥室气流均匀性,提出增设循环风机的优化方案,并模拟分析循环风机数量对干燥室气流组织的影响。结果表明:干燥室内设置三台循环风机的方案4,室内工作区域温度为349.21 K,风速变异系数为22.5%,温度不均匀系数为3.2%,有效地提高了气流均匀性;在三台循环风机的方案基础上,逐步增加循环风机的数量,发现干燥室均匀性效果提升不明显。     

浮筒式升降闸门水力性能数值模拟

为了探讨浮筒式升降闸门量水机理,理论分析了浮筒式升降闸门水力特性及流量计算表达式。实测流量与计算流量对比表明,浮筒式升降闸门流量公式测流精度较高且形式简单,适合末级渠道的量水。同时,采用数值分析对不同流量、不同闸门开度条件下的过闸水流流场进行模拟,讨论浮筒式升降闸门测流过程中渠道内的水面线情况、各控制断面的流速分布、闸前弗劳德数Fr以及闸门测流精度。结果表明:模拟流量、水深与实测流量、水深吻合较好;试验及数值模拟得到的闸门前弗劳德数Fr均小于0.5,满足测流要求。     

摇臂式喷头圆射流初级碎裂数值模拟与实验

为探明摇臂式喷头射流碎裂机理,基于VOF多相流模型理论,采用计算流体动力学(CFD)分析软件Fluent,在200~600 k Pa的中低压条件下,使用几何重建(Geometry reconstruction)方法进行界面跟踪,用瞬态PISO方案求解控制方程,对摇臂式喷头圆射流初级碎裂进行数值模拟,获得了初级碎裂液滴直径和射流碎裂长度。采用高速摄影技术进行实验测量,分析了初级碎裂液滴直径和射流碎裂长度模拟值和实测值的相对误差,讨论了初级碎裂液滴直径和射流碎裂长度随喷嘴直径和工作压力的变化情况。结果表明,摇臂式喷头圆射流初级碎裂包括连续段、过渡段和碎裂段3个典型形态,喷嘴直径和入口压力是影响射流碎裂长度和射流初级碎裂液滴直径的主要因素,射流初级碎裂液滴直径D与喷嘴直径d(d5 mm)有较好的相关性(D=1.634d,R2=0.912),初级碎裂液滴直径的模拟值与实测值相对误差为23.92%,拟合精度良好。给出了射流碎裂长度L与韦伯数We的拟合模型,该模型能较好预测摇臂式喷头在低压条件下射流碎裂长度。     

泵吸式施肥系统水力性能数值模拟与分析

泵吸式施肥是一种直接借助泵前真空吸肥的简易施肥模式,已被广泛应用于小规模微喷田间施肥作业中。由于整个吸肥过程及其影响因素尚未被研究,致使泵吸式施肥系统的科学应用受到限制。建立了泵吸式施肥系统的管路数学模型,分别选取3种规格管径的肥水管和井水管,设定多种组合,模拟液位、管径、水泵动态扬程等因素对施肥系统水力性能的影响,可得出以下结论:肥水管流量受液位影响较大,井水管次之,干管流量基本保持恒定;肥水管管径与井水管管径相差越大,系统的抗干扰能力越强;泵吸施肥管路的水力计算必须要考虑离心泵的水力特性曲线;肥水管管径变化将导致肥水管流量的大幅度变化。     

高海拔车用散热器传热特性影响因素研究

针对汽车在高原长时间爬坡引起发动机过热问题,对车用散热器传热特性开展研究。根据空气物性参数随海拔高度的变化规律,基于CFD计算流体传热仿真,采用Fluent-DM创建散热器仿真模型,研究变海拔高度以及迎面风速对车用散热器换热特性的分析。结果表明,大气密度的改变是影响散热器换热性能的主要因素,随着海拔高度增加和迎面风速减小,空气流体域雷诺数呈现下降趋势,同时空气流体域对流换热系数相应减小,使车用散热器的高原散热能力降低。     

螺旋弯管内流动与传热特性的数值模拟

针对螺旋弯管内的流动与传热特性,以螺旋弯管传热试验中试验件模型为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型、第一类热边界条件下的薄壁热阻模型,对不同进口来流条件下,采用Fluent对螺旋弯管内水的流动与换热进行数值模拟.计算得到了螺旋弯管内速度场与温度场的分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证了数值模拟方法的正确性.结果表明:随着进口来流雷诺数的增大,螺旋弯管内的二次流迪恩涡核心向弯管管壁扩张;在螺旋弯管小曲率比、来流雷诺数2 280~6 000内,螺旋弯管的强化换热综合性能最佳;对模拟结果数据利用多元线性回归法,推导出螺旋弯管内换热努赛尔数、进出口压力降的准则关系式.研究结果可为螺旋管式换热器设计与优化提供一定的参考依据.     

大型竖井式贯流泵装置的数值模拟与性能预测

基于三维不可压流体的雷诺时均方程和Spalart-Allmaras方程湍流模型,采用SIMPLEC算法,对大型竖井贯流式泵站的全流道进行数值模拟,分析流道的流态和叶轮的静压分布规律,揭示竖井式贯流泵流道流体的流动机理;对泵装置的流量和效率进行预测,并与模型试验结果比较分析.结果表明：出水流道内的流动为轴向流动与环向旋转的螺旋形合运动;叶片的静压分布呈现较为明显的规律,升力面的静压整体上较吸力面要高,且叶片吸力面的静压等值线分布较升力面密.性能预测结果和模型试验结果吻合较好.     

马铃薯泥鼓风冷冻数值模拟与实验

为掌握马铃薯泥在鼓风冷冻过程中的温度变化规律,建立了短圆柱状马铃薯泥鼓风冷冻的三维数值模型,进行了三维非稳态数值模拟,并结合流场及不同时刻的温度场对马铃薯泥的冷冻过程进行了分析。实验验证表明该模型与实际情况吻合较好,冷冻时间相对误差为3.9%。以此为基础,研究了送风速度和温度对马铃薯泥冷冻过程的影响。结果表明,随着风速的提高,冷冻时间缩短,马铃薯泥内外温差增大,冷冻结束时马铃薯泥中心温度之间的差异先减小后增大。降低送风温度可以缩短冷冻时间,增大马铃薯泥中心温度之间的差异性和马铃薯泥内外温差。送风速度和温度对相变阶段的影响大于预冷段和深冷段。     

多辊下压式拉形柔性浮动夹持数值模拟与实验

采用ANSYS/LS-DYNA对使用柔性浮动夹持方式的多辊下压式拉形过程进行了数值模拟,验证了柔性浮动夹持的效果,分析了所得成形件在拉形过程中的应力、应变分布。结果表明:柔性浮动夹持方式适用于多辊下压式拉形,能够实现柔性、浮动夹持的效果;使用柔性浮动夹持时所得成形件应力、应变分布均匀,成形效果较好。完成了相关实验验证,对数值模拟结果和实验结果进行了对比,结果表明:数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

悬挂式水田单侧修筑埂机数值模拟分析与性能优化

为提高水田机械田埂修筑质量,探索各工作参数对悬挂式水田单侧修筑埂机作业性能的影响,依据离散元法建立机械部件-土壤间作用模型,运用EDEM软件对机具旋耕切削集土和镇压筑埂成型阶段进行仿真分析,研究机具作业质量和功耗的动态变化规律,分析影响筑埂性能的主要因素。结合正交试验设计和数值模拟技术,以机具前进速度、旋耕工作转速和旋耕入土深度为试验因素,田埂坚实度和作业功耗为试验指标,采用多目标变量优化方法建立因素与指标间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件进行数据处理优化。结果表明,影响机具综合作业性能的主次因素为机具前进速度、旋耕入土深度、旋耕工作转速;当机具前进速度、旋耕工作转速和旋耕入土深度分别为0.3 m/s、470 r/min和200 mm时,机具作业性能较理想,田埂坚实度和作业功耗分别为1 890.0 kPa和30.07 kW,其功耗较优化前降低9.93 kW。经土槽台架试验验证,台架试验结果与仿真优化结果基本一致,田埂坚实度和作业功耗相对误差分别为4.26%和5.11%,满足水田修筑埂农艺要求。     

静电喷粉颗粒沉积过程数值模拟与实验研究

以经典的圆柱绕流为例,通过对建立的颗粒群模型进行数值模拟和应用激光多普勒测速技术,从理论和实验上研究了静电喷粉的沉积特性,发现颗粒荷电对颗粒运动特性有明显的影响;在相同的荷质比时,颗粒荷电的影响随颗粒尺寸的增加而增加,影响的结果是增加了颗粒向农作物沉积的趋势。数值模拟和实验结果的对比表明,颗粒群模型合理地描述了荷电颗粒的运动特性。     

油菜籽干燥微尺度孔道传热传质数值模拟

在二维规则孔道网络模型基础上,采用多相流模型的混合物模型数值模拟了油菜籽干燥微尺度孔道传热传质过程。油菜籽内部微孔道内靠近热源的液体首先汽化,气体在重力、浮力及粘性力的共同作用下从出口溢出;随着微孔道长径比的增大,微孔道内液相体积分数增大,以靠近出口处表现最为明显;随着孔道内液相受热蒸发,气体在孔道靠近出口处积聚,压力增大,使流体和气体溢出速度加快;受壁面边界条件影响,微孔道内温度几近恒定。