基于联合仿真的板翅式换热器温度场研究

为进一步研究板翅式换热器在大温差换热条件下的温度场和流量分配特性,采用了FLUENT与基于VC⁺⁺语言程序的联合仿真方法,以给定结构的板翅式换热器为例对其进行验证分析。研究表明将联合仿真方法应用于板翅式换热器仿真计算,对研究航空预冷器温度场特性有现实意义。仿真结果与试验数据误差为0.6%~6.4%,联合仿真方法准确可行。板翅式换热器相同通道内横向温度变化与距冷边入口距离接近线性分布。热边芯体出口温度在流量分配不均和冷边流动方向的叠加影响下呈现温度梯度很大的不均匀分布。该研究方法具有通用性,可为其他换热器的仿真计算提供参考。     

机载三股流板翅式冷凝器数值计算与实验研究

分析了翅片、隔板和流体的传热规律,采用有限容积法建立了包含相变流和交叉式在内的多股流板翅式换热器数学模型。基于蒸发制冷循环试验台,在4种工况条件下对机载交叉式三股流板翅式冷凝器换热性能进行了实验,并在特定工况下,通过温度场分析了各股流体间的换热特性。经数值计算与实验结果的对比,流体换热量的最大相对误差为8.08%,满足工程设计计算需求。通过定性分析,认为流体流量分配不均、相变流体潜热以及相变对流表面换热系数的计算是误差的主要来源。     

套管式换热器内部非对称流动现象研究

使用数值模拟和物理验证两种方法,研究了套管式换热器内稳态的流场和温度场,分析了换热器内部流动"死区"和换热能效。通过实验验证了数学模型的合理性,基于此进行了数值计算,主要结论为:换热器存在垂直弯头的情况下,管道内流动速度并非对管道中心线呈完全对称,在转弯处会产生速度"死区";改进后的换热器一定程度上减弱了流动"死区",套管内流动速度更加均匀,换热能效比有显著提升。     

板翅式及管翅式换热器气流湍流特性研究

在连续式回流风洞中,为了控制风洞气流的总温,平衡风扇或压缩机做功产生的热量,需要在风洞试验段上游布置换热器。风洞换热器除了需要提高换热效率、降低压力损失之外,其对来流的整流效果及自身所引发的湍流流动也会对风洞试验段流场品质造成影响。在0.55 m×0.40 m低噪声航空声学风洞中,使用热线风速仪对椭圆管翅片式及板翅式换热器的下游湍流度分布进行了试验研究,获得了不同构型换热器的压力损失特性。采用数值模拟方法,对不同构型热交换器的再生湍流度进行了模拟和分析。研究结果表明,椭圆管翅片式与板翅式换热器对湍流流动的整流效果有明显差异。椭圆管翅片式换热器对降低湍流度、抑制其不均匀分布的效果要优于板翅式换热器,板翅式换热器对湍流度横向分量的整流效果较好,板翅式换热器的再生湍流度约为管翅式换热器的30%~40%。研究结果可为高流场品质要求的大型连续式风洞换热器的选型及优化提供参考。     

机载换热器工作包线计算及试验研究

机载环控用气液板翅式换热器,热边为循环冷却液,冷边为冲压空气,其换热量与飞行高度、飞行马赫数息息相关。为了确定换热器满足换热量要求的工作条件,提出一种额定换热器工作包线计算方法,对换热器进行参数计算和优化,最终得到符合技术要求的工作包线和换热器结构。选取工作包线上典型工作点,设计真空舱试验,模拟飞行高度和速度,对换热器换热性能进行测试。试验结果显示各工作点换热器换热量与额定换热量相差3.2%,表明工作包线计算方法可行、准确,可为同类换热器优化设计和工作包线计算提供参考。     

内部结构对微通道平行流蒸发器性能的影响

试验研究了不同风量下微通道平行流蒸发器内部结构的变化对其流动和传热性能的影响。结果表明:去除出口前的分流板后,蒸发器在实验风量下的制冷能力比原蒸发器提高了9.59%～10.56%,而阻力损失减小了12.5%左右,其性能显著提高。在此基础上,继续增大两流程连接处的流通面积后,蒸发器内的压力降几乎无变化,但制冷能力明显减小,蒸发器性能下降。增大集流管内部的流通面积时,由于流通面积的位置不同,对蒸发器性能的影响也不同,在保证制冷剂流量分配均匀性不降低的前提下,增大流通面积可以减小蒸发器内的流动阻力,提高制冷能力。     

类多孔结构超轻高效换热器流动传热特性研究

针对航空发动机热管理系统的需求,提出了一种基于3D打印技术的正八面体类多孔结构换热器,并对其内部的流动传热问题开展研究。通过研究发现,正八面体类多孔结构可以有效提高换热器的效能。但随着结构系数C_e的减小,管外流阻会急速增加。当C_e减小到10后,管外阻力系数增大到光管的18.2倍。为此,本文开展了换热器内部的结构优化,在提高内部换热的情况下,尽可能减小换热器管外空气侧流阻,使得换热阻力综合系数ψ值达到最优。     

空气导管对飞机密闭空间传热流动的影响

在分析高温高压空气导管作用下飞机货舱三角区内的空气传热和流动机制的基础上,采用数值计算方法对舱内空气的导热-辐射-对流耦合换热问题进行研究,考察了空气导管布置位置、导管管径和辐射对传热流动特性的影响。研究结果表明:舱内空气传热和流动受空气导管在垂直方向上的位置变化影响较大;当导管布置位置在水平方向上变化时,仅对温度场影响较大,而对流动强度的影响较小;随着导管直径的增加,空气导管与舱内空气的总换热量增加,舱内各处空气的温度也随之升高,相应的自然对流强度减弱;辐射传热会减小空气导管与货舱三角区壁面之间的换热温差,增加总的换热量,并且削弱自然对流的强度。     

制冷剂类型对机载蒸发循环系统性能影响

为给直升机机载制冷循环系统制冷剂的选择提供借鉴,首先以某直升机现有空调系统为例,依据其系统及部件参数,在VapCyc软件中建立制冷系统模型。然后选用不同制冷剂,改变冷凝器侧入口空气温度、冷凝器/蒸发器侧风量及压缩机转速,得到系统制冷系数(Coefficient of performance,COP)及制冷量。分析得到相同工况下,R134a与R1234yf的COP值相差不大且最高,R407C次之,R32与R410A结果相近且COP值最低;制冷量从高到低依次为R32,R410A,R407C,R134a和R1234yf。在机载制冷系统研究初期,应先满足系统制冷量的要求,故认为在选择机载空调制冷剂时,优先考虑R410A及R407C。另外,冷凝器侧风量、蒸发器侧风量及压缩机转速等参数对系统制冷量及COP均有较大影响,设计制冷系统时应慎重确定。     

布置真空绝热板的冷藏集装箱内温度分布

为研究布置真空绝热板对冷藏集装箱内温度分布的影响,以20ft机械式冷藏集装箱为研究对象,建立箱内空气对流与换热的物理和数学模型。采用标准k-ε紊流模型,对稳态下的真空绝热板冷藏集装箱和聚氨酯冷藏集装箱内温度场分布情况进行模拟仿真。模拟结果表明:采用真空绝热板作为保温材料,冷藏集装箱箱内温度场分布状况明显优于聚氨酯冷藏集装箱,而且平均温度能够降低0.8K。最后,对20ft实体聚氨酯冷藏集装箱进行实验,仿真与实验结果能够较好吻合,验证了模型的准确性。     

高温燃气加热器热特性研究

介绍了高温燃气加热器的工作原理,推导了结构在高温燃气作用下的二维共轭传热方程,应用Fluent软件对头锥结构在高温燃气作用下的流动传热特性进行了数值模拟,得到了不同来流温度和速度条件下结构温度分布情况以及外流场流动及传热特性,为高温燃气对流加热试验技术提供依据。     

风洞板翅式热交换器气体流动特性试验

针对风洞板翅式热交换器,开展了其在风洞运行工况下气体流动特性的研究.对比了板翅式热交换器和椭圆翅片管热交换器的扰流和压损特性,利用试验研究了不同来流风速、不同上游扰流片角度等条件下热交换器下游湍流发展变化规律,开展了封条、模块拼接缝等特征结构对气流扰动的影响研究.研究结果表明:该型板翅式热交换器相比椭圆翅片管热交换器,...     

Performance Evaluation Methods for Multi-stream Plate-Fin Heat Exchanger

Mathematical model of cross type multi-stream plate-fin heat exchanger is established.Meanwhile,mean square error of accumulative heat load is normalized by dimensionless,and the equations of temperature-difference uniformity factor are improved.Evaluation factors above and performance of heat exchanger are compared and analyzed by taking aircraft three-stream condenser as an example.The results demonstrate that the mean square error of accumulative heat load is common result of total heat load and excess heat load between passages.So it can be influenced by passage arrangement,flow inlet parameters as well as flow patterns.Dimensionless parameter of mean square error of accumulative heat load can reflect the influence of passage arrangement to heat exchange performance and will not change dramatically with the variation of flow inlet parameters and flow patterns.Temperature-difference uniformity factor is influenced by passage arrangement and flow patterns.It remains basically unchanged under a certain range of flow inlet parameters.     

基于热动力分析的飞机液压系统数值预测

根据传热学基本原理建立了主要液压系统元件的数学模型．运用差分法对飞机液压系统中液压油和壳体的动态传热过程进行了研究，为飞机液压系统在各种工况下的温度变化趋势进行预测提供了一种有效的工具。本对某型教练机的液压系统在地面试车及飞行中减速板收放两种工况下进行了数值预测与仿真,计算结果与实验数据吻合较好。     

椭圆截面喷管排气辐射热流数值分析

本文对直升机红外抑制器椭圆截面喷管排气的辐射热流进行数值分析,并预估排气温度分布速度和燃气成分分布对辐射热流的影响。为了正确计算辐射热流,本文采用六热流辐射模型来考虑尾焰对周围环境传热的影响。紊流模型采用修正的双方程k—ε模型。由于喷管出口截面为椭圆形,因此排气为三元自由射流,控制方程为抛物型偏微分方程,可采用前进积分求解。计算结果与试验结果基本一致,说明本计算方法是可行的。     

大型连续式高速风洞热交换器设计关键技术研究

随着大型连续式高速风洞运行功率和精细化测试要求的提高,对风洞热交换器性能提出了越来越高的要求,集中体现在换热压损性能、温度场均匀性和气流扰动特性3个方面。结合近年研究成果,对大型连续式高速风洞热交换器设计中的关键技术及研究成果进行了综述。分析了风洞热交换器的需求特点,总结了影响各种性能的主要因素。介绍了高效低压损设计技术、温度场均匀性控制技术和气流扰动控制技术,给出了热交换器换热效率和压力损失综合权衡的设计原则,阐述了换热芯体排列方式、冷却水流量及进水方式、热交换器段截面形状等对温度场均匀性的影响,以及来流条件和热交换器结构对气流扰动的特性。     

基于流-固耦合方法的涡轮叶片热应力仿真

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流-固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流-固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进,其分析方法对类似问题的处理也很有借鉴意义。     

用数值模型研究树脂传递成型工艺中的树脂流动和温度变化

用控制体／有限元方法建立了树脂传递成型工艺过程中树脂流动和温度变化的数学模型。考虑到热传导效应和树脂放热反应对温度变化的影响，对树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化的数值求解方法及相应的精度和收敛性进行了分析，最后对两种不同树脂传递成型工艺过程中的温度变化进行了计算，并与相应实验结果作了对比。结果表明，本建立的数学模型能有效地确定树脂传递成型工艺过程中树脂流动和温度变化，且与试验结果吻合的较好。