全玻璃真空管太阳能热水器实验和模拟研究

以太阳能辅助燃料电池为研究背景,搭建不同管长和管径、不同涂层材料的内置导流板热水器,逐步完成全玻璃真空管太阳能热水器实验和模拟研究.建立太阳能热水器三维数学模型,以场协同和理论为指导,分析热水器强化传热数据.研究结果表明,真空管出口射流区域的场协同性最高,水箱内部存在横向的扰流;真空管内加装导流板后,管内冷热流体混流减弱,强化了真空管底部流动,真空管内耗散最小,水箱内温度梯度减小,场协同度最高.太阳能辅助燃料电池集热场在自然对流条件下,宜采用内置导流板热水器.     

90°方截面弯管内加装导流板的优化研究

许多工程中的弯管都存在严重的磨损和积灰问题,流场分布不均是主要原因之一.应用计算流体力学软件Phoenics对90°方截面弯管内气固两相流进行了数值模拟.模拟采用κ-ε双方程模型和IPSA两相流模型,以速度、压强等参数的流场分布图形方式输出模拟结果,分析了弯管内气固两相流流场的分布规律.弯管内不加导流板时,流场分布不均匀.在弯管中加装导流板具有均匀流场的作用,为管道磨损和积灰问题的解决提供了一条有效的途径.通过模拟分析得到了在弯管内加装导流板的最佳条件:导流板数量为3块,板的圆心角为70°,内侧板和中间板的起始位置为10°、外侧板的起始位置为0°,板间距内外两侧小、中间大.     

圆形管道风速测定与校正方法实验

针对通常所用的风速传感器只能监测某一点的风速,不能准确监测断面平均风速的问题,采用实验室研究测试和数值分析的方法,对圆形断面风速分布进行研究.根据断面中垂线上18个点的实测风速值,得出通过中垂线上某一点风速求该断面平均风速的校正系数.经验证,利用该风速校正系数能得出较为精确的断面平均风速值,为风速传感器的校正提供了一种技术途径.     

圆形管道风速测定与校正方法实验研究

针对通常所用的风速传感器只能监测某一点的风速,而不能准确监测断面平均风速的问题,采用实验室研究测试和数值分析的方法,对圆形断面风速分布进行研究.根据断面中垂线上18个点的实测风速值,得出通过中垂线上某一点风速求该断面平均风速的校正系数.经验证,利用该风速校正系数能得出较为精确的断面平均风速值,为风速传感器的校正提供了一种技术途径.     

等离子体发生器导流板结构优化研究

高效滤芯是空气净化器的关键部件,当空气净化器中流向高效滤芯部分的送风不均匀时,会导致滤芯利用率较低,从而影响滤芯的过滤性能.为提高滤芯的使用效率进而改善装置的净化性能,可以在风机和高效滤芯之间放置导流型等离子体发生器,利用发生器的导流板使送风气流更均匀的吹向滤芯.为探究适宜的导流板结构参数,采用数值模拟的方法对不同结构参数导流板下的流动过程进行分析,通过对比滤芯使用率和送风均匀性等指标,给出适宜的导流板长度和张开角度设计方案.研究结果表明,对于本文研究的净化器尺寸,导流板设计长度为100 mm、张开角度为10°时的送风更均匀.优化后的尾部导流板结构简单、设计合理、使用方便,分散了送风气流的方向,更有利于提高后端高效滤芯的利用率和使用寿命.     

FFU内部结构优化的数值模拟和试验

采用数值模拟和试验相结合的方法对风机过滤单元(fan filter unit,FFU)的内部结构进行了优化.利用CFX软件获得内部流场分布,对比模拟结果与实测结果,发现误差在可接受范围内,证明了模拟结果的可靠性.基于节能和均匀送风的原则对FFU的内部流场进行了分析,提出了优化方案.对造成漩涡的流道突扩结构进行了修改,通过模拟发现漩涡明显消失,流动更加顺畅.重新设计了导流装置,解决了导流板出口的切线方向的速度远大于其他区域的问题,实现了均匀送风.改进了实际设备,并用FFU性能测试台进行了测试,结果表明:优化之后的FFU出风更均匀,静压更高,在高风速工况下空气动力效率也得到提升.     

CMOS工艺实现的热风速传感器及其封装

给出了一种完全基于CMOS工艺的热风速传感器及其封装的结构、工作原理以及测试结果.该传感器由加热元件和测温元件构成,多晶硅加热电阻元件产生一定的温度分布,CMOS纵向衬底晶体管实现由风速导致的温度变化的测量.传感器的封装采用导热胶在背面贴陶瓷的方式进行.该传感器采用恒温差工作模式,风速测量采用热损失型原理,测试电路是由仪器放大器组成的控制和测试系统.经过风洞测试,风速的测量可以达到30 m/s,风速分辨率达到0.5 m/s.传感器的功耗最大值小于100 mW.     

烟叶烘烤试验箱内流热场数值模拟与导流板参数优化

为了提高烟叶烘烤试验箱内流热场分布的均匀性,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法模拟了试验箱内挂满烟叶情况下的气流场和温度场,结合正交试验法探究了箱内导流板结构和布置位置对气流均匀性和温度均匀性的影响。结果表明：考虑交互作用下导流板角度(A)、导流板高度比(B)和导流板距离差(C)三个因子对试验箱内总均匀性影响的主次顺序为A×B>B>A×C>C>A>B×C,交互作用明显。使箱内总均匀性效果最佳的导流板参数组合为A2B1C2。加装最佳组合导流板的温度不均匀度相比无导流板的温度不均匀度降低了62%,速度不均匀度相比无导流板的速度不均匀度降低了68%,改善效果明显。研究成果在改善烟叶烘烤试验箱烘烤质量,提高烟叶烘烤效率以及保证良好烟叶烘烤工艺数据库的建立上具有重要意义。     

点风速与平均风速在圆形巷道中的关系

针对矿井井下风速传感器所测得的风速不能反映流经此巷道风流的真实风速,且风速传感器的位置不同其所测得的风速值与真实风速之间的误差也不同.采用数学理论及相关推理方法,以圆形巷道为例,参考流体在圆形管道中的运动规律,分别对流体层流和紊流的运动形式进行分析.研究结果表明:巷道截面中某一点风速与此巷道中的平均风速之间存在着一定的函数关系.     

开口式风洞喷口来流风速的修正

采用数值仿真方法对1∶15的３／４开口回流式汽车风洞进行模拟,并将喷口法和驻室法推导得到的风速与风洞喷口来流风速监测值进行对比,提出来流风速的修正方案.与风洞试验数据对比,验证了数值仿真方法的有效性.空风洞仿真结果表明：在不同来流风速下,两种方法计算结果皆与风洞喷口来流风速监测值接近.安装车辆模型的风洞计算结果表明：在不同雷诺数下,由于安装车辆导致的阻塞作用,喷口附近的压力受到影响,两种方法推导得到的风速皆需进一步修正.用于压差修正的系数,是依赖于风速的高阶多项式,可有效降低风速测量的误差.     

空气-水鼓泡流动的阻力与蒸发传热特性

实验研究了一种新的适用于蒸发冷却过程的鼓泡装置的阻力与传热特性.实验中将换热盘管浸没于空气-水的鼓泡层中,空气-水两相流通过盘管的表面.这种换热方式可以极大的提高换热管与空气之间的换热系数,降低水泵功率的消耗,而且对气流速度的要求低于空冷式冷凝器.文中给出了空气穿过空气-水鼓泡层的压降以及盘管与冷却水之间换热的实验数据,该结果显示影响压降及换热系数的因素包括多孔板的几何尺寸,鼓泡层的高度,空塔速度及热流密度.换热盘管与冷却水之间的换热系数比管外降膜冷却的换热系数大2倍多.     

通风与空调工程漏风量测试装置的改进

风管漏风量的大小是检验通风与空调系统工程质量和降低能耗的一项重要指标,以“通风与空调工程施工及验收规范GB50243－97”的一项新增条款为依据,对漏风量测试装置作了分析,着重对以孔板作节流元件的风管式漏风测试装置在风压调整及自动取压两方面作了改进,并做了相应的试验,为新规范在行业内的实施与推广作必要的准备。     

拉幅定型机烘箱内风道的数值模拟与结构优化

为改善拉幅定型机烘箱内风道的气流分布和喷嘴出口速度不均匀的现象,采用Fluent 14.5软件对风道的流场和压力场进行数值模拟,分析风道的速度矢量图,计算不同位置喷嘴的出口速度.模拟计算结果表明:在风道内等间距安装5块倾斜角为4°的导流板,并调整风道锥角为3°时,可以很大程度改善风道内气流分布和喷嘴出口速度的均匀性,结构优化也较为合理可行.     

切向/螺旋进气道稳流实验与数值仿真

为了研究内燃机进气道及缸内的流动规律,并验证数值仿真在内燃机中流动的可行性,对典型的内燃机切向/螺旋组合进气系统的三维流场进行了稳流实验,并用商业软件Fluent数值仿真了实验条件下进气道及缸内流场.由文中给出的算法计算的涡流比及流量系数与实验结果具有较好的一致性.通过仿真流场分析发现,随着气流逐渐远离气缸盖,垂直于气缸轴向的截面上速度分布越规整,越易形成单一方向的旋涡.研究结果表明,数值仿真可以较准确地得到直观的进气道和缸内流场,补充了稳流实验.     

正交验证和流场仿真的变截面直流孔旋流器

普通旋流器在形成稳定燃烧的回流区时会形成旋流状态,气流过大,火核易被吹灭,并且限制了燃烧室的效率。为改善这种旋流场环境,强化燃烧室的燃烧稳定性,基于对旋进涡核的两种绕轴运动和微弱旋流影响的改善,提出了一种双向变截面直流孔型旋流器,变截面直流孔减速板则会明显消除微弱旋流的扰动。基于旋流器出口对气流的影响,提出唇形出口使高速气流中心真空,从而形成中心低压区,在具有更高减速效率的同时不会形成螺旋延伸气流。通过气流的流通-阻滞模型设计新型的旋流器,以影响该流阻模型的三个主要因素为基础,建立三因素七水平的正交实验,通过极差分析和方差分析,减速孔数目、减速孔半径、减速板面积均对流阻比有显著影响,并且得到了一组最优组合参数 。拟合并推导出的流阻比公式为优化目标函数,通过遗传算法优化得到相应减速板的面积S时,其减速孔的数目 减速孔的半径 m时具有最好的减速效果,并经这种减速效果累加即得到总的流阻比为 。通过计算流体仿真fluent,以入口处的流速、压强为条件进行仿真,得到的流速、压强可使燃烧室稳定燃烧,改善了气流打旋,唇形出口也形成了低压回流区,满足设计要求。     

风筒风量测试方法的研究

本文根据风流在风简内的流动规律，推导出风筒内风流的平均速度点位置，并通过实验进行了验证。为风筒风量的测试提供了一种快速、准确的方法。     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

压力无关型风量控制阀流场特性分析

为满足医院手术室、生化实验室和洁净室等场所对气流进行准确控制需要,提出一种基于机械自力式原理的风量控制阀设计方案,该阀能够自动调节阀门开度,使流经阀的风量维持在预先设定值附近,不受阀门前后压力波动的影响.利用CFD技术对该风量控制阀的流场进行建模和仿真模拟,修正流量系数,完成该阀的优化设计.搭建能模拟压力无关型风量控制阀实际工况的性能测试装置,为进一步完善产品设计提供条件.      

热膜式空气质量流量微型传感器的自诊断

以微硅片传感器件为对象,研究汽车进气的热膜式空气质量流量微型传感器的自诊断原理及其实现方法.该方法根据内燃机中的热量传递和空气质量流量测量的基本原理,设计了基于自诊断的热膜式空气质量流量微型传感器,该传感器由基于Heraeus微硅片的加热传感单元与温度传感单元、信号处理与转换器、加热器、加热控制器和微型计算机组成.针对该传感器结构和空气在传感器中的强制对流方式,从理论与仿真实验两方面.推导出在一定的发动机工况下,加热器的热流量与空气质量流量的关系,获取了加热器表面温度、加热器上流区域的温度和其下流区域的温度随发动机工况变化而改变的关系,并以此来对该微型传感器进行故障的自诊断,理论与仿真实验表明,该方法具有可行和实用的特点.     

基于动网格的地铁活塞效应非稳态气流模拟

活塞效应是影响地铁隧道和站台气流非稳态流动的主要因素,为此采用现场试验和数值模拟的方法对气流进行分析.其中,实验选在装有安全门的运行车站,并记录列车运行时的测点风速.数值研究基于实验车站的全尺寸模型,并利用动网格技术对其模拟.研究结果表明,采用标准k-ε方程的模拟方法结果和实验数据吻合较好,证明其适用于高雷诺数的隧道模拟研究.研究同时发现,活塞风在站台前后两个联接处(迂回风道和活塞竖井)中表现出比较稳定的分流和吸风比率,且无论在开式系统还是闭式系统状态下,进入迂回风道和吹入站台的风量是成特定比例关系的.