基于Goose LDW-PSO的管壳式换热器优化设计

管壳式换热器在工业中的应用越来越广泛,对于设计者和使用者来说使其费用最小化是一个很重要的目标。本文以最小化管壳式换热器的总费用为优化目标,提出了运用基于雁群启示的惯性权重线性下降粒子群优化算法(Goose LDW-PSO)对其进行优化设计。为了验证这种方法的有效性,用Goose LDW-PSO对管壳式换热器进行了优化设计,并与原始设计结果进行了比较。比较结果表明,虽然管子数目增加,但是换热器的总费用比传统方法少了很多。     

多管排大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片型式对空气侧强化传热的影响,对12排分别带平直、开缝、纵向涡、开缝与纵向涡混合、圆形共5个翅片型式的翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究,并在相同质量流木结流量、相同压降及相同泵功率下进行了综合性能评价.在三种比较准则下,圆形翅片的换热综合性能最差,开缝与纵向涡混合翅片的换热综合性能比纵向涡翅片的好,而当Re数较大时开缝翅片的换热综合效果最好.在试验的Re数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式,为相关的理论研究和工程应用提供了参考.     

开槽前扩孔及复合角对气膜冷却的影响

本文对开槽前扩孔及在此基础上加30°、45°和60°不同角度复合角的气膜冷却结构进行了数值模拟,计算了指定冷却壁面的温度场分布以及冷却效率.结果表明:引入复合角后,能够改善冷却气膜在壁面的横向分布,复合角越大,气膜分布越均匀.在高吹风比下,复合角结构能够产生较大的气膜覆盖范围和较好的冷却效果.     

梯度颗粒阳极固体氧化物燃料电池电性能的数值研究

本文通过建立梯度颗粒阳极固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的三维数学模型,系统地研究了梯度颗粒阳极SOFC的电性能,深入分析了梯度颗粒阳极对SOFC电性能的影响机理。研究发现,梯度颗粒阳极设计可以有效降低阳极内的活化极化、浓度极化和欧姆极化。在本文的参数设置下,梯度颗粒阳极设计的SOFC最大输出功率密度可达到0.90 W·cm~(-2),相比于颗粒尺寸为0.5μm、1.0μm和1.5μm的阳极SOFC,增幅分别为2.59%、10.30%和16.26%。因此,梯度颗粒阳极设计的SOFC可以显著提高电池的电性能。     

边缘效应对小型平直翅片管束传热和阻力性能的影响

本文通过数值模拟方法对四排管叉排布置的小型平直翅片管束的传热和阻力性能进行了研究,分析了边缘效应对小型翅片管束传热和阻力性能的影响,结果表明,6-6-6-6布管方式优于6-5-6-5布管方式,在只有较少换热管的小型翅片管换热器中,边缘效应不可忽略,实际整体模型的阻力系数比文献中常用的简化对称模型小13%~14%,努塞尔数小15%~18%,本文提出的公式可用于快速而准确地估算小型平直翅片管束的努塞尔数和阻力系数.     

符号回归在换热关联式求解中的应用

本文利用符号回归分析换热器的实验数据,以寻找更高精度的换热关联式。为改进MATLAB环境下的遗传规划工具箱GPLAB的性能,增入了四种新功能:个体简化、常数优化、单亲交叉、新生操作。利用改进后的GPLAB对连续螺旋折流板管壳式换热器壳程传热的实验数据进行了符号回归,得到的换热关联式的预测精度高且稳健度强。     

颗粒有序堆积多孔介质对流换热实验研究

本文采用"瞬态单吹反问题研究方法"对颗粒有序堆积多孔介质内的强制对流换热进行了实验研究。详细研究了颗粒堆积方式变化对多孔介质内对流换热的影响,并对均匀与非均匀颗粒堆积多孔介质内的对流换热特性进行了对比分析。研究表明:通过对颗粒进行合理有序堆积,可以使相应多孔介质内的压降显著降低,其综合换热效率明显提高;通过拟合获得了颗粒有序堆积多孔介质内的宏观流动换热实验关联式,其形式与传统经验公式(Ergun公式和Wakao公式)一致,但部分模型参数值远低于传统经验公式。     

导热泥强化传热作用的数值模拟

本文对于导热泥在输运沥青等粘稠物质中的强化传热作用进行了数值模拟。计算中采用直角坐标系下的区域扩充法处理不规则的边界,时间项离散采用全隐格式,导热泥表面辐射热流按附加源项法处理。计算表明,采用导热泥强化了传热,完全可以替代蒸汽套管加热方式。     

复杂多孔介质腔体内自然对流换热的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLEC算法,数值研究复杂多孔介质腔体内的自然对流换热问题.腔体的曲面温度分别保持恒定,上下表面绝热.在曲线坐标系中用有限容积法离散方程,并采用Brinkman扩展达西模型及局部非热平衡模型求解,综合研究Rayleigh数,Darcy数、孔隙率等参数对腔体内自然对流换热的影响.计算结果表明:Rayleigh数和Darcy数的影响最大而孔隙率的影响很小,同时存在使得腔体内换热达到最强的最佳纵横比.     

边界条件对对流扩散方程数值稳定性的影响

本文利用数值计算方法对采用均分网格的一维线性无源的对流－扩散方程在各种边界条件下的稳定性进行了分析,燕求出了不同边界条件下一维问题的中心差分和ＱＵＩＣＫ格式的临界网格Ｐｅｃｌｅｔ数。指出按现有方法得出的临界网格Ｐｅｃｌｅｔ数是判别差分格式对流数值稳定性的最苛刻的要求。对中心差分和ＱＵＩＣＫ格式,除两点边值问题以外的其它边界条件下的稳定性范围均不小于或远远大于两点边值问题的稳定性范围。通过计算还得出了格式的数值稳定性主要取决于计算区域下游侧的边界条件类型而与计算区域上游侧的边界条件类型无关的结论。