气缸盖冷却水腔内两相流动沸腾传热仿真研究

采用计算流体动力学软件CFX,考虑气缸盖内冷却水的热力学相变特性,应用汽液两相流过冷沸腾换热计算模型,对不同影响因素下由柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场离散、整场求解,得到了不同影响因素下气缸盖火力面温度场分布;通过与试验结果的对比分析,证明了仿真计算结果的有效性。研究结果表明:与单相流不考虑沸腾换热相比,考虑汽液两相流的过冷沸腾换热能够有效降低气缸盖火力面的最高温度,提高冷却水的进口速度,降低进口温度;适当减小冷却系统的压力,可以进一步有效降低气缸盖火力面温度,减小气缸盖火力面的热负荷。该结果可为进一步研究柴油机气缸盖的沸腾冷却及可控性提供参考。     

基于两相流沸腾传热模型的缸盖温度场辨析

为了更精确地研究发动机缸盖温度场的分布,在Eular多相流模型的基础上,结合Rohsenow核态沸腾传热模型,建立新的可用于内燃机缸盖水腔内过冷沸腾数值模拟的两相流模型.以某汽油机缸盖为研究对象,分别采用BDL和Rohsenow两种传热模型,利用CFD技术对其进行流固耦合传热计算和分析.结果表明,采用Rohsenow沸腾传热模型能够比BDL沸腾模型更精确地计算缸盖温度场;缸盖的最高温度192.22℃,最大应力156MPa,均满足缸盖材料的强度条件.     

考虑沸腾传热的车用永磁同步电机峰值工况温升特性研究

为研究电动汽车在高原环境下峰值工况运行时永磁同步电机的温升问题，建立RPI过冷沸腾换热模型。该模型考虑了气泡分离直径、气泡分离频率和气泡成核密度等的影响，能够对沸腾换热过程中两相流状态进行准确分析。运用沸腾传热理论研究电机的温升特性，在流体域中建立沸腾传热模型以及气泡子模型，模拟电机在高原环境下的运行环境来研究冷却液进口温度、海拔高度以及进口流速等因素对电机温升的影响。结果表明：在电机热机后进行试验与仿真，考虑沸腾传热时电机的温升特性更接近试验结果，所以研究电机的温升特性时应该要考虑冷却系统沸腾传热的影响；峰值工况下电机的温升特性随着冷却液进口温度的升高，电机绕组达到150℃所用的时间越少，即电机温度越高；在平原或者高海拔环境下，电机在峰值工况运行时的温度增长速率均随着冷却水进口水温的增大而增大，而电机的温度随着大气压强的降低而下降；由于冷却水的相变两相流沸腾传热现象，在高海拔地区运行时的温升特性比平原地区更好。     

天线阵面沸腾换热的数值分析及优化

为研究雷达天线阵面的冷却降温效果,建立了两相流蒸发冷却模型,并着重分析了沸腾换热在局部高热流密度条件下的换热能力,局部热流高达800kW/m2。采用VOF模型结合用户自定义控制方程,数值计算三维流道内的沸腾传热现象,从气液流动趋势上寻找阻碍换热的因素。结果表明:VOF模型能较好地用于分析气液两相流动中的层状流、泡状流以及气液流动趋势;通过减小弯道处过流面积提高局部流速的方法可以缓解气相在弯道处的汇聚,消除了0.9K的局部过热;对于单侧高热流蒸发的数值分析,蒸发控制方程的调节系数在500左右为宜。温度计算结果与实验结果趋势一致,总体偏差5K左右,数值分析可以用于研究冷板的沸腾换热。     

R12在水平管内流动沸腾换热实验研究

本文对R12在水平管内流动沸腾换热特性作了实验研究。实验结果表明,管内流动沸腾换热与单相对流换热一样,存在热进口效应,国外早期的实验数据由于未能考虑热进口效应而偏大。实验结果还表明,水平流动沸腾周向不均匀换热主要受流动结构影响;截面平均换热系数则与质量流速、热流密度、质量干度和蒸发压力密切相关。分析实验数据证实,流动沸腾换热是由气泡产生而引起的流动充分发展核态沸腾和双相对流蒸发两部分组成的。本文的实验数据与国外已有的换热关系式能较好吻合。     

柴渍机缸内传热和气流运动实验方法研究

提出了在强迫对流换热条件下，根据实测壁面瞬时温度，计算对流换热气体流动特性，并进行了实验验证，在此基础上，介绍了用快速响应温度传感器测试倒拖运行单缸风冷柴油机缸盖火力面局部瞬时温度以及缸内对流换热气流特征速度的研究结果。     

柴油机缸内传热和气流运动实验方法研究

提出了在强迫对流换热条件下，根据实测壁面瞬时温度，计算对流换热气体流动特性，并进行了实验验证．在此基础上，介绍了用快速响应温度传感器测试倒拖运行单缸风冷柴油机缸盖火力面局部瞬时温度以及缸内对流换热气流特征速度的研究结果．     

多缸柴油机冷却水腔流动不均匀性的仿真研究

以多缸柴油机的冷却水腔为研究对象,使用Fluent软件对直列3、4、5、6缸柴油机冷却系统的流场进行仿真.结果表明:对于冷却水套进出水口在曲轴同一端的直列柴油机,从距离入口最近的缸到远离入口的最后一缸,各缸水套间通道压力逐渐降低,各缸缸盖进口和出口压力逐渐增加,各缸缸盖的流量逐渐降低.在相同入口流量条件下,随着发动机气缸数增加,总进口和总出口的压差逐渐降低,整个冷却水套的流动阻力减小,各缸缸盖进出口压差的平均值逐渐减小,发动机各缸盖中最大流量和最小流量之间的差值增加,发动机各缸缸盖流量的不均匀度大幅度增加.      

气缸盖中两相流沸腾换热热机耦合仿真分析

基于汽液两相流沸腾换热的基本理论和计算方法,对某柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场求解,得到了气缸盖的温度场分布,并通过与气缸盖温度场试验结果对比分析,证明了计算模型的有效性.将温度场结果施加于气缸盖、螺栓、机体所组成的热机耦合系统中,对气缸盖进行了结构强度计算,得到了气缸盖火力面热机耦合应力分布.采用试验设计方法,将冷却水进口温度和速度作为输入参数,对火力面应力较大区域的最大等效应力进行了响应分析,结果表明:考虑汽液两相流的沸腾换热可以有效降低气缸盖火力面的最大热机耦合应力;火力面的最大应力出现在喷油器座孔周围;冷却水进口温度对火力面应力较大区域的最大等效应力的影响不可忽略.     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析．认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时,在流速达到一定值后,如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样,两者换热系数大致相当,且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足保证核态沸腾正常进行所必须的下限等,那么就构成了地面模拟的条件．     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析，认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时，在流速达到一定值后，如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样，两者换热系数大致相当，且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足核态沸腾正常进行所必须的下限等，那么就构成了地面模拟的条件。     

蒸汽发生器二回路过冷沸腾的数值模拟

为深入研究核电蒸汽发生器二回路侧汽液两相的沸腾传热和流动特性,采用RPI模型对过冷沸腾区域壁面的热流分配进行划分,以此修正CFD程序中的两流体模型,并利用文献中的实验结果验证了修正后模型的适定性.最后以大亚湾压水堆核电站为例,采用该模型对蒸汽发生器内二回路预热段单元通道内的过冷沸腾进行计算,获得了通道内流体空泡份额、速度、温度、热流量分配等的分布情况.     

添加剂对流动沸腾压降的影响

研究了添加剂对垂直铜管内流动沸腾压降的影响。实验介质为水，所用的添加剂为分子量２５６万的聚丙烯酰胺胶乳（ＰＡＭ）及十八烷胺（ＯＤＡ）．测定了添加剂溶液流动沸腾两相流压降，并且用Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ分离流模型回归了不同添加剂浓度下的液相摩擦因子ｆ１与液相雷诺券Ｒｅｔ间的函数关系．根据回归的模型方程计算两相流压降，与实验值比较其相对误差为１５％左右，研究结果表明，在一定热通量和一定浓度范围内，加入少量添加剂ＰＡＭ可改善流体的流动，减少流动沸腾的阻力，提高单位压降的沸腾传热系数；但ＯＤＡ无明显的减阻效果。     

基于多相流模型的腔体内纳米流体自然对流换热数值模拟

运用多相流混合模型和单相流模型模拟了纳米流体在封闭腔体内的自然对流换热特性,将模拟结果与相应的实验值进行对比,分析了瑞利数、格拉晓夫数和纳米颗粒体积分数等物理量与努塞尔数的关系;同时,对比分析了纳米流体和纯水在水平与垂直中心截面的速度分布,以及封闭腔体内流体的温度场及流场.结果表明:基于N-S方程的单相流模型所得努塞尔数变化曲线与水的努塞尔数曲线较吻合,但不能反应纳米流体的换热特性;而基于多相流混合模型所得努塞尔数变化曲线与相应的实验结果较吻合;纳米颗粒的添加能够显著增强封闭腔体内的流体运动,有利于强化封闭腔体内流体的能量传输,起到了对流换热作用.     

R32制冷剂在小管径水平管内的沸腾换热与阻力特性实验研究

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究，设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统，分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究，探究了质量流速、热流密度、饱和温度等参数对R32对流沸腾换热特性的影响，分析了蒸干对沸腾换热系数恶化的影响机制。结果表明：3 mm内径管的沸腾换热相比4 mm通道平均提升约8%～12%,且高质量流速下的临界干度几乎与管径无关；相较传热特性，R32饱和温度对两相流动阻力更为敏感，饱和温度自13℃降低至11℃时阻力损失提高约23%;利用改进的Fang关联式，可实现小管径水平管内R32对流沸腾换热系数预测，88.56%的实验数据误差可控制在±10%范围内。     

缸盖鼻梁区氧化铝纳米流体沸腾换热数值模拟

利用数值模拟软件CFX建立氧化铝纳米流体沸腾换热模拟简化模型,研究氧化铝纳米流体作为冷却液以改善缸盖鼻梁区换热效果问题;选取粒径为20、40、60 nm流体,每种流体设置质量分数为3%、5%、10%和20%等4组实验,外加纯基液进行对比,共13种纳米流体,研究其在简化模型中的冷却效果,分析火力面侧的气泡分布和热流密度,同时探讨传热强化的原因以及粒径和质量分数对传热的影响。模拟结果表明,氧化铝纳米流体均能够强化该区域的沸腾换热,纳米颗粒与基液的对流换热以及纳米颗粒与壁面的接触换热均使传热得到强化,且粒径和质量分数越大,强化传热效果越好。     

高温气冷堆螺旋管直流蒸汽发生器时域模型

螺旋管直流蒸汽发生器(SG)是高温气冷堆核电站的关键部件。为研究SG内氦气、水/蒸汽流动和换热的动态过程,该文建立了SG时域模型并编制了计算程序。其中,水/蒸汽两相流采用一维漂移流模型描述;氦气采用一维、可压缩流动模型描述;两侧流体与管壁的换热系数和流动阻力系数采用经验关系式计算。求解方法采用适用于动态、低速、可压缩流动的压力修正算法,以克服低Mach数造成的数值不稳定。采用此模型计算了THTR-300SG温度分布,计算结果与实验结果相比平均温度误差小于10℃。动态计算结果表明,此模型可以捕捉到规律的两相流脉动。利用此模型可以进行SG热工设计、不稳定性分析以及电站系统的工艺设计。     

含油制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热特性实验研究

对含油制冷剂在6.34和2.50 mm换热管内的流动沸腾换热特性进行了实验研究,测试质量流率为200~400 kg/(m2.s),热流密度为3.2~14 kW/m2,蒸发温度为5°C,进口干度为0.1~0.8,干度变化0.1~0.2,平均油质量分数为0~0.05.定量分析了不同质量流率和干度时,润滑油对制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热的影响.与大管径换热管相比,油的换热增强效果在小管径换热管内减弱甚至消失,在高干度和高油浓度区,油的存在使换热严重恶化.对于上述换热管,换热系数、油影响因子以及基于制冷剂物性的两相换热增强因子随油浓度的变化规律缺乏一致性.采用局部油浓度下的制冷剂-润滑油混合物性计算得到的两相换热增强因子能较好地反映润滑油对制冷剂流动沸腾换热的影响.     

新型2D25卧式柴油机冷却水套CFD分析

针对新型2D25卧式柴油机冷却水套结构,采用NX5.0软件建立了冷却水套三维分析模型,并应用CFD软件AVL-FIRE,对冷却水套进行三维流动仿真计算,详细分析了冷却水套速度场、换热系数分布、流量分布、压力损失等流场特征。结果表明,该两缸柴油机冷却水套整体水流平均速度约为0·8m/s,基本能够满足设计要求;缸体、缸盖处水流平均速度分别为0.898m/s、0.67m/s,但从换热系数、缸盖上水孔流量及截面速度看,该冷却水套各缸冷却不均、局部存在流动死区,有待进一步改进。     

内置转子圆管管内沸腾强化传热数值模拟研究

利用Fluent软件中欧拉多相流模型下的Rensselaer Polytechnic Institute （RPI）沸腾模型对内置单元组合转子换热管和光管在过冷沸腾工况下的传热过程进行数值模拟,得到换热管内汽相分布、速度场、努赛尔数以及进出口压降等参数,并通过综合评价因子（PEC）对内置转子换热管的综合传热性能进行评价。结果表明：加装了组合转子后,管内流体由单一的轴向运动变为复杂的螺旋运动;在入口流速0.1~0.5 m/s的模拟范围内,随着入口流速的减小,内置螺旋三叶片转子换热管的汽相体积分数比光管提高2.7%~25.8%,努塞尔数提高了约8.1%~10.79%;在不同入口流速下螺旋三叶片转子和低流阻转子的PEC值均大于1,内置低流阻转子换热管的汽相体积分数比光管提高1.13%~13%,努塞尔数提高约3.6%~8%。螺旋三叶片转子和低流阻转子均具有强化传热效果,且螺旋三叶片转子的强化传热效果要优于低流阻转子。