井下自动排水系统关键部件流体特性研究

通过对不同结构的射流泵三维模型的搭建,对相关参数进行设置,对吸入室长度、吸入管位置、喉管收缩半角以及吸入室直径等参数对射流泵流体特性的影响进行仿真分析,从而得出当喉管收缩半角为13.5°～17.1°、射流泵吸入室直径为射流管直径的1.56倍到1.68倍之间时,射流泵的流体特性最稳定,工作效率最高。     

单进口压力漩流喷嘴雾化半角仿真计算研究

在分析单进口喷嘴与多进口喷嘴内部流场特点的基础上,针对航空发动机单进口喷嘴流场空间上不对称,时间上不稳定的特点,采用空间各点平均和多时间点平均的方法改进雾化半角的计算方法,给出了一种计算单进口小型压力漩流喷嘴雾化半角的数学模型。在判断喷嘴内部流场状态的基础上,采用CFD流体仿真软件计算喷嘴内部流动参数,得到喷嘴出口速度分布,结合改进的雾化半角计算方法,总结喷嘴结构尺寸对雾化半角的影响规律。计算结果表明:雾化半角随出口长度、漩流室长度的增加而减小,随出口外倒角的增加而增加,但是各参数对雾化半角的影响存在不同的特点:当出口长度较小时增加出口长度雾化半角迅速减小,而当出口长度较大时这种减小趋势较缓慢;漩流室长度对雾化半角的影响基本呈线性;出口倒角在10°～20°之间时对雾化半角的影响较大。     

SiO2纳米流体的制备及在太阳能集热管中的应用研究

纳米流体具有较高的导热系数,采用纳米流体替代传统传热工质是提高太阳能集热器传热性能重要方法。为量化分析纳米流体对太阳能集热器性能影响特性,该研究采用“两步法”实验制备了不同质量分数下的SiO2-水纳米流体,并测定纳米流体的导热系数。同时,建立SiO2-水纳米流体太阳能集热管数学模型,对比分析纳米流体对太阳能集热器流动特性影响机理。结果表明,质量分数对纳米流体导热系数有重要影响,而且添加纳米流体后集热管内工质流动速度明显提高,管内流体速度平均升高14%。本研究为纳米流体应用于太阳能行业提供一定科学依据。     

双电层效应对压力驱动微流体流动及传热的影响

在非对称壁面zeta电势及热通量边界条件下,研究双电层效应对平行微流道内压力驱动微流体流动及传热特性的影响.建立微流道内压力驱动流体的数学模型,双电层电势分布、流体流动及传热特性分别由Poisson-Boltzmann方程,修正的N-S方程,能量方程进行描述,对三个方程进行求解并得到微流道内电势,速度及温度分布的解析解.详细讨论动电参数、壁面zeta电势、上下壁面zeta电势比及热通量比等因素对电势场、流场、温度场及微流体传热性能的影响.结果表明,壁面zeta电势会影响微流道内电势分布,流动电势的改变会影响速度分布,进而影响微流道的温度分布与传热性能.在微尺度下,双电层效应对压力驱动流的影响很明显,与传统的无双电层效应的泊肃叶流相比,其流动及传热特性均有显著差异.     

波纹板凹凸结构参数对传热性能的影响

板壳式换热器的强化传热在于其板片的结构。以一种新型波纹板为研究对象,建立流体流动模型,利用FLUENT流体力学软件,分析特定工况下不同参数的凹凸结构对波纹板传热性能的影响。结合模拟所得相应的温度场及压力场云图,分析当凹凸结构参数发生改变时,波纹板内介质流动及传热情况,运用软件后处理器得出凹凸结构参数与波纹板压降及传热系数关系曲线,直观地反映出凹凸结构参数对波纹板传热性能的影响。本研究为板壳式换热器的强化传热与设计提供了参考,同时可以指导实际生产,具有一定的工程实际意义。     

余热锅炉型喷射式制冷系统的工作特性试验研究

为了提高能源利用率,以喷射式制冷系统为载体对锅炉余热加以利用,并用试验方法对系统性能受运行变量的影响进行研究,从喷射器内流体流动机制上对试验结果进行分析,旨在为实现系统最佳运行环境确定、喷射器结构的最优化设计提供试验依据。试验结果显示:喷射系数和机械COP随发生温度的升高呈现先增加后减小的变化趋势,并与喷嘴喉部内径呈负相关,与蒸发温度、喷射器喉部直径呈正相关;此外,当冷凝温度小于某一值时,喷射系数受冷凝温度的影响很小,而当冷凝温度超过某一值时,喷射系数急剧降低;喷射系数随混合段喉部与喷嘴喉部面积比AR的增加而增大,可从喷射器结构参数对流体流动机制的影响进行解释。     

激光与电磁组合推进中能量对推进性能的影响

为了研究激光能量和电能量对激光与电磁组合推进性能的影响,本文建立了激光与电磁组合推进实验系统。以聚四氟乙烯(PTFE)为工质分别研究了激光烧蚀推进、脉冲等离子体电推进以及激光与电磁组合推进系统的推进性能。在不同的激光能量和电能量下,对比冲量耦合系数、比冲、推进效率和等离子体飞行速度,研究激光与电磁组合推进模式下的最优激光能量和电能量。研究结果表明:随着激光能量的增加,激光与电磁组合推进的推进性能均先增大后减小,在最优激光烧蚀冲量耦合系数附近达到激光能量的最优值;电能增加能够提高激光与电磁组合推进的冲量、比冲和推进效率和等离子体飞行速度,对冲量耦合系数的影响不大。     

几何尺寸对矩形微通道液体流动和传热性能的影响

基于连续介质方法数值研究液体在不同几何结构微通道中的流动和传热性能。在相同热边界条件下,通过比较水力直径、通道长度和宽高比等几何参数对液体微流动的影响,得到各参数对泊肃叶数(Po)和努塞尔数(Nu)的影响关系。研究发现,截面宽高比越大,Po数越小,且雷诺数对泊肃叶数基本无影响;雷诺数(Re)小于500情况下,水力直径小于0.545 mm时,Po数随水力直径减小而减小,水力直径大于0.545 mm时,水力直径变化对Po数基本无影响;Po数不随通道长度变化而变化,但略受流动雷诺数影响;在Re=20～1 800时,Nu数正比于水力直径和宽高比,但是通道长度对Nu数的作用受流动Re数的影响;在通道材料和流动介质相同的条件下,Nu数和Re数之间的关系受通道几何参数的影响,并且拟合得到其关系式。     

喉管直径对旋风分离器性能影响的仿真研究

采用数值模拟方法研究了在普通Lapple型(d/D=0.5)旋风分离器气流出口处外加不同直径的喉管结构对于其流场及性能的影响。采用雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内的各向异性湍流,同时采用拉格朗日颗粒追踪(LPT)模型计算颗粒运动。结果表明,喉管直径能有效控制内旋涡的大小,从而影响旋风分离器的性能。随着喉管直径减小,涡核直径先逐渐减小;当喉管直径与筒体直径比值减小至0.3后,涡核直径趋于稳定,颗粒收集效率相对较高;存在一个较优的喉管直径与筒体直径比值范围0.2~0.3,使得效率较高的同时具有较低的压降。     

蒸汽喷射泵部分结构参数对其性能影响的研究

水蒸汽喷射泵结构的优化对其工作性能有重要影响,通过适当的工作模型假设与简化,利用Fluent流体仿真软件对水蒸汽喷射泵工作的情况数值模拟计算,经过Gambit网格划分,Fluent求解,分析几个结构参数(喉径比、混合室入口直径、喉管长度)对水蒸汽喷射泵工作性能的影响规律,从而找出这些结构参数较合理的取值范围,使泵的工作性能达到最优化。     

Flow topology,heat transfer characteristic and thermal performance in a circular tube heat exchanger inserted with punched delta winglet vortex generators

To improve the heat transfer rate and thermal performance, the punched delta winglet vortex generators, DWVGs, were inserted in the middle of the circular tube heat exchanger. The effects of the flow attack angles and the flow directions were investigated numerically for the Reynolds number Re = 100–2000. The finite volume method and the SIMPLE algorithm were used to study. The results are reported in terms of the flow structure, heat transfer behavior and thermal performance evaluation and also compared with the smooth tube with no vortex generators. As the numerical results, the use of the DWVGs in the tube can improve the heat transfer rate and thermal performance by creating the vortex flow through the tested section. The rise of the flow attack angle results in the increasing strength of the vortex flows. The flow attack angle of 25° performs the highest heat transfer rate and thermal performance, while the flow attack angle of 0o gives the reversed results. The computational results reveal that the optimum thermal enhancement factor is around 2.80 at Re = 2000, α = 25°, with the winglet tip pointing downstream. The correlations on both the Nusselt number ratio and friction factor ratio for the DWVG in the tube heat exchanger are presented.     

MEMS固体化学推进器设计与建模研究

研制了一种基于MEMS(微机电系统)技术的固体化学微推进器。给出了推进器的结构设计、工艺流程,以及推进剂加注方法。建立了推进器点火过程热传导模型,利用该模型分析了不同因素对点火延迟时间的影响。同时,通过建立推进器性能模型,进行了推进单元推力和冲量的预测,给出了仿真结果。结果表明:减小点火电阻衬底材料的密度、热导率和比热可以减小点火延迟时间和点火功率;在一定条件下,增大喷管出口与喉部面积比能够提高推进器真空推力和冲量;MEMS在推进系统中的应用,能够满足微小型卫星对星载推进系统小型化、微推力、高精度的要求。     

横管蒸发纵管冷凝式热管充液量、倾角对传热的影响

通过搭建试验台对横管蒸发纵管冷凝式热管进行试验研究,分析该型热管在不同充液量和不同的倾角的情况下传热性能的变化。经分析发现,充液量和倾角两个因素都对该型热管的传热性能有很大影响。当倾角变化时,其热阻随倾角增加而不断增加且存在临界角。倾角在到达临界角之前热阻上升缓慢,倾角大于临界角后其热阻急剧增大。当充液量变化时,随充液量增大热管热阻先减小后增大;且在60%充液量时热阻最小,传热性能最佳。     

普通螺纹牙侧角误差对螺纹结合互换性的影响

介绍了与普通螺纹有关的基本术语，针对螺纹牙型半角误差常被作为衡量螺纹牙型角度误差对其互换性的影响参数的实际状况，提出牙侧角误差(非牙型半角误差)才是真正影响螺纹的作用中径从而影响螺纹结合互换性的参数，并从理论上进行了分析与推导。     

双浮动端面密封关键参数对密封性能的影响

针对双浮动端面密封的结构,建立密封二维轴对称非线性接触模型,提取浮动密封环谷半径和锥面角两个关键参数,利用有限元方法计算并分析这两个参数和橡胶O形圈压缩率对密封性能的影响。结果表明：随着浮动环谷半径和锥面角的增大,O形圈von Mises应力、接触压力、密封端面相对变形及轴向力相应增大;锥面角对以上性能参数的影响随着谷半径的增大而显著增加;轴向力同O形圈压缩率成正比,且增幅随着压缩率的增大而增大;浮动环端面产生由内径向外径处呈发散型的变形。通过设计浮动密封轴向力测量装置,实验验证有限元计算模型具有较好的可靠性。     

BTA深孔钻射流孔参数的优化与仿真

针对射流孔几何参数对BTA深孔钻喉部流场的影响,对射流孔直径、角度与射流孔距离喉部的位置进行有限元数值模拟,提出一种最优的新型喉部结构。在设置有限元模型的湍流强度和耗散率基础上,进行不同几何参数的深孔钻头喉部结构的排屑能力对比试验,测量冷却液系统的冷却液出口断面流出平均速度。试验结果表明:最优喉部结构为∅38mm BTA深孔钻头所组成的冷却系统,冷却液出口断面流出的平均速度提高9.6%,同时提高了冷却液系统整体的排屑能力。由相似定理得出,冷却液系统的排屑能力提高9.6%。     

喷水减温阀离心喷嘴雾化性能的优化研究

为了探索喷水减温阀喷嘴结构参数变化对其雾化效果的影响,优化喷嘴结构参数,根据Fluent软件VOF模块对喷水减温调节阀的离心喷嘴进行气-液两相仿真分析。以喷嘴出口直径、旋流槽倾斜角、旋流室收缩角作为优化因素,以雾化锥角、流量系数作为雾化性能的评价指标,进行正交实验设计。基于响应面法建立雾化锥角和流量系数的代理模型,再运用粒子群优化算法对代理模型进行寻优,得到一个最优结构参数。结果表明:当出口直径为2.55 mm,旋流槽角度为40°,旋流室角度为110°时,雾化性能得到最优,雾化锥角比原模型增大17.7％,流量系数增大32.53％,为喷嘴的设计提供了一个新的方案。     

活塞压缩机喷水内冷却过程的性能分析

运用文献[1]中建立的数学模型,以内止点喷水为例研究了活塞压缩机喷水内冷却过程的一般规律和性能,分析了喷液直径与喷液量对压缩机耗功、排气温度及吸气量的影响,同时也讨论了喷水内冷却过程中的传热传质性能。并在此基础上提出了最佳喷水角的概念,为活塞压缩机喷水内冷却技术的实现及性能改进提供了一定的理论依据。     

椭圆形丁胞数目及分布对传热管内流动和传热特性的影响

通过建立含不同参数椭圆形丁胞的传热管有限元模型,仿真研究雷诺数Re在5000~40000范围内椭圆形丁胞数目、轴向间距及交叉分布对传热管内流体介质流动及传热特性的影响规律。仿真研究结果表明,相比于光滑传热管,椭圆形丁胞的存在将增强对流传热的效果,且雷诺数Re越大越明显,但同时也会增加流体通过传热管时的流动阻力。此外,在雷诺数Re=40000时,椭圆形丁胞圆周分布数目N=6、轴向间距P=14 mm以及交叉分布角度为0°对传热管内流体的流动和传热综合特性影响最大,相比于光滑传热管,PEC分别达到1.156,1.15和1.13。     

Theoretical modeling and numerical solution of stratified condensation in inclined tubes

The heat transfer phenomenon occurring during stratified condensation inside an inclined tube is investigated theoretically and numerically. Differential equations governing the kinematic, dynamic, and thermal aspects for vapor condensation inside inclined tubes, which are derived from a thin film flow modeling, are solved simultaneously. These solutions are achieved by applying an explicit finite difference numerical method to predict the condensation heat transfer coefficient variations along the tangential and axial coordinates. The inclination angle is found to have a significant effect on condensation heat transfer coefficient inside inclined tubes. In addition, in accordance with the given physical and thermal condition of working fluids, there is a specific optimum inclination angle. In this study, the 30°–50° range from the horizontal position is found to be the range of the optimum inclination angle for achieving the maximum condensation heat transfer coefficient, with R134a, R141b, and R11 as the working fluids. The results of the present study are compared with experimental data, and a good agreement is observed between them.