旋转对管内流体流动的影响

本文描述了旋转管流的基本运动方程。在笛卡尔坐标系和柱坐标系中,针对两种基本的几何流动,推导出旋转情况下管内的流动方程,定义了影响旋转管流的流动和换热的两个无量纲准则数J和Ra,分析了二次流产生的原因,从而说明旋转对流动的影响以及旋转管流的运动特征。     

等离子体气动激励诱导空气流动的PIV研究

为了揭示等离子体气动激励与边界层相互作用的物理机制,作者进行了等离子体气动激励诱导空气流动的PIV研究.实验结果表明:毫秒、微秒等离子体气动激励诱导空气流动以“启动涡”和“壁面射流”的形式出现;当激励电压为12kV时,最大诱导速度约为3m/s;激励电压越大,“启动涡”和“壁面射流”的强度越大;脉冲激励的作用强度和作用范围要强于定常激励.该结论为提高等离子体流动控制的作用能力提供了指导.     

滑移流区内不同Kn数对流动及传热影响的数值分析

针对微尺度二维通道气体滑移流区的流动阻力和传热特性,采用滑移模型和SIMPLER数值进行了模拟分析.研究了定热流情况下不同Kn数时通道内压力、速度和温度场的分布以及流动阻力和换热的特性.数值分析结果表明随着Kn数的增大,速度滑移和温度跳跃的程度都增加,并且影响着流动阻力的下降,但两者对于换热系数的影响趋势是相反的:速度滑移有利于提高换热系数,而温度跳跃则降低换热系数,但总体上增加了微通道中的热阻.     

磁场对双层流体热毛细对流发展的影响

三维数值模拟了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的非混合双层流体热毛细对流的发展过程.研究了不同方向磁场对这种热毛细对流发展的影响,结果显示,在x,y,z三个方向磁场的作用下,流型结构发生明显变化,热毛细对流得到不同程度的抑制且温度分布趋于均匀,所加z方向磁场对热毛细对流的抑制效果最好.施加Bz=0.15 T～0.2 T之间某一强度的z方向磁场能够产生足够强的抑制作用,当磁场强度大于0.2 T时流场会发生数值上的不稳定.     

介质阻挡放电等离子体对翼型流动分离控制的实验研究

在低速开口风洞中进行了等离子体激励器对NACA0015翼型流动分离控制的实验研究.采用PIV技术,对翼型绕流流场进行了测量,显示了施加等离子体激励后流场的变化.通过五分量天平对升力和阻力的测量,研究了激励电压和激励频率对翼型流动分离控制的规律.研究表明,低风速下在翼型前缘施加等离子体激励,能够有效地控制翼型流动分离,在来流为20m/s时,最大升力系数增加11%,失速迎角增加6°;在给定的流动状态下,激励电压和激励频率存在一个阈值,不同迎角下该阈值不同,迎角越大,分离越严重,对激励强度的要求也越高.     

等离子体对翼型流动分离控制历程的PIV试验研究

采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,研究了介质阻挡放电等离子体激励对NACA0015翼型表面流动分离的控制特性及控制效果随时间历程的变化规律.结果表明,激励电压存在一个阈值,当电压小于阈值时,控制无效或效果不明显;当电压接近阈值时,控制表现出不稳定性并最终趋于稳定;当电压大于阈值时,控制效果稳定且显著,气流能够很好地重附在翼型表面.     

裂缝宽度对磁记忆信号的影响的研究

以经爆破试验的四件小钢管件裂纹为研究对象,找出裂纹宽度与磁记忆信号的关系,得出漏磁场变化梯度的最大值随裂缝宽度增加而增加。     

传热对微型摆式发动机性能的影响机制分析

建立了微型摆式发动机(Micro internal combustion swing engine,MICSE)的计算模型,揭示了传热及其尺度效应对微型摆式发动机性能的影响机制。结果表明:壳体仅在一个较薄的热缓存层内与工质气体进行周期性热交换。在进气过程中,热缓存层对气体的传热会提高气体温度,从而降低进气质量和压缩比;在做功过程中,气体对热缓存层的传热减少做功,这两方面都会降低系统热效率。尺寸越小,进气气体在热缓存层传热下的温升越大,相对进气质量和压缩比越低;做功过程中的气体向热缓存层的传热量占燃气总化学能的比值越高。因此尺寸越小,传热效应增强,热效率越低。     

催化效应对气动热环境影响的流动-传热耦合数值分析

鉴于高超声速飞行中高温气体效应带来的壁面催化反应可显著增加气动热载荷,在气动热环境与结构热响应的分析与预报中需充分考虑催化反应带来的影响。将简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型嵌入超高速流动-传热耦合分析模型中,建立超高速流动/催化反应/传热多场耦合分析模型。其中,通过高频等离子风洞的催化特性测试获得ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料表面催化系数与温度的函数关系,对比分析耦合计算和非耦合计算、简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型对气动热环境的影响和适应性,结果表明材料表面催化特性对壁面总热流有重大影响。对于具有较高热导率材料的热响应,耦合传热分析能够有效避免非耦合计算带来的过度高估的结果,而有限速率催化反应模型可有效提高计算精度。在此基础之上,通过耦合传热分析,揭示了催化反应与壁面传热的内在关系,证明了在传热分析中考虑表面催化效应可提升结构热响应精度和防热系统精细化设计的能力。     

等离子体激励器对气膜冷却效率的影响

建立了介质阻挡放电等离子体激励模型,模拟了在等离子体激励作用下的平板气膜冷却过程,研究了不同吹风比条件下等离子体激励器的激励和结构参数对气膜冷却效率的影响。结果表明:激励电压越高、电极弧度越大、电极厚度越薄、绝缘材料介电常数越大及绝缘材料厚度越薄,等离子体激励的诱导能力越强,能够改善气膜的贴壁特性,提高冷却效率;激励器激励频率对冷却效率的影响很小。激励器参数的改变不影响冷却效率随吹风比的变化特征。     

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。     

微小矩形通道内流动与换热特性

采用试验和数值模拟方法研究了当量直径为0.633～1.079 mm的微小通道内的流动与换热特性.工质为 液体水,雷诺数Re为100~3 000.试验结果表明,该尺寸范围的通道内层流向紊流转变的临界雷诺数约为1700,层流表观阻力系数和努塞尔数的试验值与数值计算结果吻合良好.最后通过数值模拟对恒定泵功及恒定流 量条件下不同结构参数通道的换热进行了计算,给出了最佳换热结构.     

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。     

基于人工神经网络的微重力流动冷凝换热预测

微重力条件下管内流动冷凝换热系数是空间热交换器设计的基础依据,但其实验数据稀缺,故有必要建立精确的预测模型。文中提出了一种基于人工神经网络的微重力下管内流动冷凝换热预测模型。选取误差反向传播（Back propagation, BP）和径向基函数（Radial basis function RBF）两种神经网络,以水力直径、饱和温度、质流密度、干度及与工质热物性有关的参数作为网络输入,冷凝换热系数作为网络输出。结果显示,BP神经网络预测的均方根误差为237、平均绝对百分误差为4.32%;RBF神经网络预测的均方根误差为165、平均绝对百分误差为2.35%。相对于BP神经网络,RBF神经网络精度更高。基于RBF神经网络的微重力下管内流动冷凝换热模型预测值与94%的实验值和数值模拟结果的相对误差在±10%以内。     

Experimental Investigation on Flow and Heat Transfer of Jet Impingement inside a Semi-Confined Smooth Channel

Experimental investigation is conducted to investigate the flow and heat transfer performances of jet impingement cooling inside a semi-confined smooth channel.Effects of jet Reynolds number(varied from 10 000to 45000),orifice-to-target spacing(zn=1d—4d)and jet-to-jet pitches(xn=3d—5d,yn=3d—5d)on the convective heat transfer coefficient and discharge coefficient are revealed.For a single-row jets normal impingement,the impingement heat transfer is enhanced with the increase of impingement Reynolds number or the decrease of spanwise jet-to-jet pitch.The highest local heat transfer is achieved when zn/dis 2.For the double-row jets normal impingement,the laterally-averaged Nusselt number distributions in the vicinity of the first row jets impinging stagnation do not fit well with the single-row case.The highest local heat transfer is obtained when zn/dis 1.A smaller jetto-jet pitch generally results in a lower discharge coefficient.The discharge coefficient in the double-row case is decreased relative to the single-row case at the same impingement Reynolds number.     

泡状隔板对涡轮叶片内冷通道换热和流阻的影响

为增强涡轮叶片内部通道的换热、减小流动阻力,提出了一种新型的泡状隔板结构。通过实验与数值模拟相结合的方法,研究了等热流边界条件下泡状隔板结构的半径以及形状对通道换热和流阻特性的影响,并与直隔板进行对比,实验结果表明:在研究范围内,对称型泡状隔板结构能够大大减小通道流动阻力,随着泡状结构半径的增大,减阻效果增强;不对称型泡状隔板结构只在半径最大时能减小流动阻力;泡状结构对于换热的影响并不明显。实验结论可以为涡轮叶片内部冷却通道的优化设计提供理论依据。     

摇摆条件下棒束通道内超临界水流动传热特性

针对核动力舰艇航行时可能发生的摇摆运动情况,本文采用数值模拟方法探究海洋摇摆运动条件下超临界水冷堆（Supercritical-water-cooled reactor, SCWR）堆芯冷却通道内超临界水湍流流动与传热特性,揭示海洋摇摆运动对通道内瞬时及时均换热性能的影响。研究表明：在摇摆条件下通道内超临界水横流强度大幅增强,流体质量流量、压降损失、瞬时换热系数、燃料棒外壁面最高温度等均出现周期性波动现象,在流体温度接近拟临界温度时摇摆运动对通道内对流传热过程的影响最显著。并且,上述参数波动幅度与摇摆幅度和摇摆周期之比正相关。随通道摇摆幅度增大或摇摆周期减小,瞬时换热系数与瞬时压降波动幅度增大。总体而言,与竖直静止情形相比,在摇摆条件下通道内时均压降损失与时均换热系数均有一定程度增大,但增长幅度有限。     

Effect of Particle Size Distribution on Radiative Heat Transfer in High-Temperature Homogeneous Gas-Particle Mixtures

The weighted-sum-of-gray-gas(WSGG)model and Mie theory are applied to study the influents of particle size on the radiative transfer in high temperature homogeneous gas-particle mixtures,such as the flame in aero-engine combustor. The radiative transfer equation is solved by the finite volume method. The particle size is assumed to obey uniform distribution and logarithmic normal(L-N)distribution,respectively. Results reveal that when particle size obeys uniform distribution,increasing particle size with total particle volume fraction fvunchanged will result in the decreasing of the absolute value of radiative heat transfer properties,and the effect of ignoring particle scattering will also be weakened. Opposite conclusions can be obtained when total particle number concentration N_0 is unchanged.Moreover,if particle size obeys L-N distribution,increasing the narrowness index σ or decreasing the characteristic diameter Dˉwith the total particle volume fraction fvunchanged will increase the absolute value of radiative heat transfer properties. With total particle number concentration N_0 unchanged,opposite conclusions for radiative heat source and incident radiation terms can be obtained except for radiative heat flux term. As a whole,the effects of particle size on the radiative heat transfer in the high-temperature homogeneous gas-particle mixtures are complicated,and the particle scattering cannot be ignoring just according to the particle size.     

矩形喷管内外喷流流场的数值模拟

基于 Ｆｒａｖｅ 平均的 Ｎ Ｓ方程和 Ｂ／ Ｌ 湍流模型,采用了 Ｊａｍ ｅｓｏｎ 格式和 Ｍ Ｕ Ｓ Ｃ Ｌ 格式,对外流在亚声、超声和零 Ｍ ａｃｈ 数三种状态时矩形喷管的喷流流场进行了数值模拟,探讨了内外喷流及喷管内的流动特征,并与实验数据进行了比较,计算结果与实验结果吻合较好,验证了计算所使用的 Ｎ Ａ Ｐ Ａ 软件的可靠性,从而为用计算流体力学的方法模拟具有两股来流的三维湍流流场提供了一种有效的手段。