锯齿型翅片单元的流动与传热数值模拟

建立了2种板翅式散热器的锯齿型翅片通道的三维模型,仿真分析了散热器内部不同位置和区域的微观流动机制.通过风洞实验测量了散热器在3种工况下的工作效率.分析结果表明,翅片厚度、热侧通道的数量及高度对散热器的换热和阻力性能具有重要影响,并且雷诺数越大,则影响越显著.当雷诺数增大时,翅片表面换热系数和摩擦系数均增大.在同一雷诺数下,单个翅片的表面换热系数和摩擦系数均沿流向降低.计算与实验结果表明,采用计算流体力学（CFD）模拟分析方法,通过建立合适的模型及网格,不仅有助于了解散热器内部工作状况,而且能够获得有效的性能数据.     

发动机热平衡试验研究

针对发动机热平衡问题,建立了发动机热平衡试验系统和机体集总参数传热模型,进行发动机稳定工况和暖机工况热平衡试验研究.稳定工况热平衡试验结果显示了燃烧放热在发动机各系统中的分配比例,分析了发动机冷却散热量需求,为发动机的设计提供了依据.机体集总参数传热模型中机体与空气间的平均换热系数可以由发动机热平衡试验确定.试验表明,机体平均换热系数随机体与环境间温差变化较小,在机体集总参数传热模型中作为定值.机体集总参数传热模型以机体平均温度参数表征机体受热情况,为暖机工况下发动机机体受热状况评估提供依据     

纳米流体流动传热性能的实验与模拟研究

为了研究高温冷却条件下,γ-Al2O3-PG90纳米流体作为冷却介质在一车用机油冷却器内的流动传热性能,采用三维k-ε湍流模型,应用块结构网格生成技巧,融合流固耦合研究方法和薄壳导热模型数值模拟了纳米流体的性能,进行了基液与纳米流体的性能对比计算,分析了纳米粒子体积分数对性能的影响,考察了纳米流体物性预测模型的普适性,并研究了将纳米流体视为单相流体进行性能分析的可行性,通过实验测试得到了性能数据.研究发现:与基液相比,纳米流体强化换热效果明显,流动阻力有所增加,随着纳米粒子体积分数的增加,传热性能提高,流动阻力增加,说明该物性预测模型不能普适,当纳米粒子体积分数大于3%时,将纳米流体视为单相流体的性能研究结果与实验数据偏差较大,可能原因是单相流体流动无法反映较多的粒子之间的相互作用.     

液氮发动机循环可用能及效率分析

针对液氮发动机开始朗肯循环过程可用能损失较大的问题,提出分析方法,研究液氮发动机开式朗肯循环过程中可用能损失分布;研究并设计液氮二级再热系统,分析液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环.结果表明,排气是可用能损失的主要环节之一,约占系统输入可用能的20%;且初始膨胀温度受环境温度限制是导致排气可用能损失的主要原因.再热系统可以消除环境温度因素对循环效率提高的限制;采用二级再热膨胀系统,选取合理的再热温度和二级膨胀压力可以得到更高的效率.采用液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环,可以将无法直接做功的内燃机常压高温排气的温度转化为液氮发动机进气可用能,等质量工质的联合循环将整个系统的平均效率提高了8.06%.     

并联式气动-柴油混合动力可行性研究

为预测并联式气动-柴油混合动力发动机的性能,判断其可行性,建立了该混合动力发动机的工作过程理论模型并进行了数值仿真研究.结果表明,这种形式的混合动力发动机能实现其设计目的,即回收利用柴油缸排气废热以提升气动缸性能.在不对柴油缸工作造成明显负面影响的情况下,混合动力气动缸的动力性与经济性较纯气动缸均有较大幅度的改善.对整个系统而言,提高了能量利用率,减少了对矿物燃料的消耗.与纯气动缸的情况相似,混合动力发动机中气动缸在低转速、高负荷的工况下也有较好的性能,但可以避免纯气动缸在高转速工况下性能急剧恶化的现象.原理性论证实验的结果也证明了该混合动力的可行性.     

变进气压力条件下发动机压缩空气制动过程分析

针对单级储能的气动-内燃混合动力发动机能量回收效果随储气罐压力增高而降低的问题,将双储气罐储能的技术方案应用到气动-内燃混合动力发动机中,初步得出了双储气罐储能系统可以通过改变进气压力来提高能量转化率COP(coefficient of performance)的观点。基于变质量热力学理论建立了压缩空气循环数学模型,并通过台架试验进行了初步验证。通过对模型进行稳态仿真,分析了进气压力、储气罐压力对压缩制动过程的影响。研究结果表明,进气压力与储气罐压力的变化对每循环回收气体质量的影响呈线性;储气罐压力与进气压力的比值是影响制动能量转化率的关键因素,能量转化率(COP)随储气罐压力与进气压力比值的升高而降低。     

缸盖材料温变效应的理论与试验研究

采用数值仿真分析手段,研究了高热流密度条件下蠕墨铸铁平板内部传热状态随物性的变化。结果表明:在常物性和变物性2种不同的假设条件下,平板稳态传热的温度场分布存在显著差异。为了验证仿真分析结果,搭建了试验测试台架,材料常物性假设条件下的数值仿真结果相对试验实测数据的误差最高可达12%,而变物性计算条件下的数值仿真结果与试验数据误差在2%以内。且在某一热流密度范围内,常物性设置的计算结果非常接近变物性设置计算结果及实测值,即在该热流密度范围内的仿真可以用适当温度下的常物性设置来代替变物性设置,以简化计算。在此基础上,针对某机型缸盖结构设计方案,分别计算了常物性和变物性条件下缸盖火力面的温度分布。结果与平板仿真结果吻合,常物性与变物性之间的误差最高为7.03%。     

空气横掠顺列螺旋槽管和光管管束的传热特性

以横向管距、纵向管距以及管子的几何参数为研究对象，对顺列光管和螺旋槽管管束进行了横向冲刷换热及阻力试验研究，得出了换热和阻力关联式，为顺列布置的卧式螺旋槽管空气预热器的应用，尤其是为循环流化床锅炉的空气预热器提供了设计依据。图11表2参8     

发动机冷却系统流固耦合稳态传热三维数值仿真

为解决发动机传热计算时冷却水与缸套、机体之间的流动与传热耦合边界问题，建立了发动机活塞组-缸套-冷却水-机体三维流固耦合系统，并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能，把单个零件的传热外边界条件处理成内边界，使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例，用有限元分析软件ANSYS对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真，得到了耦合系统的温度场和流场云图。与标定工况下活塞和缸套的温度场测量数据进行了对比分析，结果表明：仿真结果与实测数据吻合较好，误差控制在8％以内。由此说明应用流固耦合仿真方法可以较好地模拟发动机稳态传热。     

顺列光管管束烟气颗粒通过率的研究

以不同管径、横向管距和纵向管距的顺列光管管束以及不同速度和粒径的飞灰颗粒为研究对象,通过数值计算,分析了烟气颗粒横掠顺列光管束的运动规律,建立了飞灰颗粒通过率的数学模型,为循环流化床锅炉尾部顺列布置的卧式空气预热器、过热器、再热器和省煤器的减轻磨损提供了设计依据。图6表1参2