热科学与技术

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• V肋通道内超临界航空煤油流动换热特性研究

  寇志海,郭宇航

  为了提高超燃冲压发动机的再生冷却效率，提出在超燃冲压发动机冷却通道中布置V肋。采用SST k-w湍流模型对超临界压力下RP-3航空煤油在不同角度的梯形V肋通道内的流动换热特性进行了数值模拟。分析V肋角度对航空煤油流动换热特性的影响，探究V肋强化对流换热的机理。结果表明，V肋诱导航空煤油产生旋涡结构，增大了主流间周期性的质量互换，增强了超临界航空煤油与通道间的对流换热，从而抑制了超临界压力下航空煤油的传热恶化现象，并且使传热恶化发生位置后移。降低V肋角度能显著增强航空煤油与通道间的对流换热。

• 周面作用移动热源柱体温度场小区域数值方法

  王良璧,王璐,石广田

  实际中能碰到较多柱体周面受移动热源作用下确定温度场及其梯度的工程问题。为了提升这类问题的数值分析精度，通常不得不采用小区域计算这类问题。如采用小区域计算，就需小区域与整体区域割裂边界上边界条件，但对该边界条件如何选取探究太少。以此为背景，论文以周面作用移动热源柱体温度场为计算目标，研究如何选取小区域与整体区域割裂边界上边界条件。论文找到了这一边界条件：小区域边界面上法向方向温度梯度等于与该边界面相邻区域内部点所成面法线方向温度梯度。通过整体计算结果与小区域计算结果的比对，证明了论文提出的小区域边界条件非常准确。该方法不仅能有效节约计算时间，而且使在移动热源的作用下温度场这类问题的高精度数值分析实施成为可能。

• 参考温度对基于k分布的灰气体加权和模型精度的影响

  尹雪梅,刘毅浪,王磊,吴超,赵敏

  灰气体加权和(WSGG)模型因具有较高的计算效率能用于工程中的辐射换热计算，面对复杂的燃烧环境，进一步提高WSGG模型的计算精度迫在眉睫。通过对四种典型燃烧工况下的辐射热流和辐射源项计算结果进行比较，详细分析了参考温度对基于k分布的WSGG模型计算精度的影响。结果表明参考温度的选取对模型的计算精度有很大影响。具体表现为参考温度越接近辐射气体温度精度越高，且对于辐射吸收作用强的气体作用尤为明显。在不同燃烧工况下当参考温度与容积平均温度差值大于350 K时，会产生超过20%以上的误差；为了获得较好的辐射计算精度，需要将参考温度与容积平均温度差值控制在250 K以内。

• 蒸汽注入过冷水喘振凝结的压力与温度振荡特性实验研究

  梁丁丁,陈聪,卢涛

  对蒸汽通过双向喷嘴进入过冷水中喘振凝结的压力与温度振荡特性开展了实验研究。研究结果表明：喘振凝结时，池内的过冷水周期性的进出喷嘴，管内温度为脉冲振荡，池内形成脉冲压力振荡。随着过冷水温度的升高，凝结能力下降，管内压力和温度振荡强度均降低；管外形成脱离蒸汽泡的频率增加，且蒸汽泡体积增大；池内压力振荡强度和压力振荡频率均增加；管内温度振荡频率降低。随着蒸汽质量流量的增加，蒸汽汽羽长度增加，管内和池内的压力振荡强度均增加；管内温度振荡强度减小；管外蒸汽泡脱离频率增加，导致池内压力振荡频率增加；管内温度振荡频率先增加后减小，且在蒸汽质量流量为6 kg?h-1时达到最大值。

• 阵列翅片式槽道耦合射流热沉流动与传热特性研究

  李志威,孙健,王罗坚,杜海权

  钙钛矿叠层太阳能电池在高倍聚光条件下温度的极速上升会导致光电转化效率下降，为解决这一问题，本文构建了一种阵列翅片式槽道耦合射流热沉。采用实验结合CFD数值模拟的方法，分析射流高径比(H/d)、槽道纵宽比、泵功等因素对热沉流动特性及传热特性的影响。结果表明：槽式结构的热沉比光滑表面热沉具有更好的换热效果；H/d越小，换热效果越好，射流雷诺数越大，换热效果越好;热沉结构是影响压损的主要因素；热阻随泵功的增大而降低，当泵功大于0.15W时，这种趋势趋于平缓。

• 换热器高度排布方式对汽车冷却模块进风特征的影响

  鲍国,赵兰萍,王建新

  车辆冷却模块空气侧的流动特性包括冷却风量及进风不均匀性，与整车冷却性能及风阻密切相关。本文在对象车CFD仿真结果与风洞实验结果的对比的基础上，分析冷凝器、中冷器和水箱散热器不同高度排布下冷却模块各换热器来流平均速度、速度分布不均匀性以及整个冷却模块的冷却阻力的变化规律。发现最前端冷凝器的高度及三个换热器的高度排布方式会对前端气流的流动特征产生显著影响。提高冷凝器高度能有效提升进风量并改善进风均匀性，冷却阻力则与冷却模块进风量及来流均匀性均相关，发现“中-低-高”排布方式在低速及高速工况下的流动综合表现较好。

• 电池极片涂层的耦合传热传质特性研究

  段克润,王佳骏,麻宏强

  为探究电池极片涂层传热传质特性，基于动态网格法和多孔介质干燥理论建立了极片涂层干燥数理模型，采用了文献中实验数据验证了该模型的可靠性，其中模型的误差在±15%以内。基于该模型，对比研究了不同设计参数下涂层的传热传质特性影响规律。结果表明，随初始涂层厚度的增大，涂层的蒸发速率和孔隙排空速率先显著增加再降低。同样地，随初始极片运动速度的增大，涂层的蒸发速率和孔隙排空速率先显著增加再降低。随初始含水饱和度的增大，涂层的蒸发速率和孔隙排空速率线性增大。这是因为涂层在传热传质过程中会经历升速干燥阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段，其在运动干燥过程中干燥位置不断发生变化，局部区域会提前达到恒速干燥阶段和降速干燥阶段，受到上述综合影响，不同设计参数下涂层的干燥速度不同。其中，工程建议初始运动速度采用0.15m/s，可获得涂层更大的蒸发速率。本研究可为电池极片涂层的传热传质特性的改善提供理论依据。

• 具有顶部间隙的翼型肋阵微通道流动及换热特性研究

  李伟,李佳星,杨昆

  通过数值模拟方法研究了一种新型的具有顶部间隙的翼型肋阵微通道热沉的流动及换热特性。分析了流体在肋上部空间和肋两侧的耦合流动模式。结果表明：流体在肋上部空间和肋两侧的耦合流动模式会使得流体在流经肋片的全过程中都会对形成垂直于主流方向的二次流，极大地增强了流体的扰动。在雷诺数为800时，顶部间隙为0.1的翼型肋阵微通道有着最大的努塞尔数和综合评价指数，其值为124.5和3.2，相较无顶部间隙的翼型肋阵微通道分别提高了16.9%和15.1%；当顶部间隙在0.05~0.2之间时，具有顶部间隙的翼型肋阵微通道的综合评价指数均大于无顶部间隙的翼型肋阵微通道。

• 自由圆湍流射流流动及卷吸特性研究

  段鼎立,葛海涛,辛宇航,奚修智,杨竹强,张 博

  基于FLUENT对亚音速自由圆湍流射流进行数值模拟研究，改变直喷嘴进口压力和收缩喷嘴收缩角度，研究射流的流动和卷吸特性。研究结果表明：射流锥角对压力和收缩喷嘴收缩角度不敏感，相同轴向位置上的速度厚度和涡量厚度相差不大，最大偏差为1.1 mm，速度厚度及涡量厚度增长率均维持在0.12~0.16之间；直喷嘴射流卷吸率随压力的升高不断降低，两者的变化满足二次曲线关系：\mathrm{\varepsilon=}{\mathrm{-0.074lg}}^\mathrm{2}\mathrm{P+0.011lgP+2.430}。改变喷嘴形式，将直喷嘴改为收缩喷嘴，卷吸率大幅度增加，增幅可达16%，但是收缩喷嘴收缩角度则对卷吸率影响不大。

• 汽轮机低压缸小流量工况下喷水减温调节特性研究

  吴昕

  本文建立了由末5级叶栅通道所组成的低压缸通流区域三维模型。共选取了四种喷水减温喷嘴布置方式，分别布置于外缘位置上游、下游和内缘位置上游、下游。利用计算流体动力学软件CFX数值计算探究了在不同喷水方式下汽轮机低压缸低压流场和温度场以及末级叶片水蚀特性。研究结果表明：向外缘上游喷水时，喷水液滴与上游蒸汽产生换热，喷水下游区域蒸汽温度明显降低，末级动叶吸力面顶部区域受到雾化水滴的水蚀。向外缘下游喷水时，喷水位置上游蒸汽低温区消失，末级动叶基本没有受到雾化水滴水蚀的作用。当向内缘上游喷水时，末级动叶后的回流卷吸雾化水滴回流，末级动叶叶根下游区域的低温区域进一步扩展，大量雾化水滴受到回流卷吸的作用撞击到末级叶片表面，产生了较为严重的水蚀。当向内缘下游喷水时，末级动叶叶根下游区域的低温区域继续扩大，较强的卷吸作用导致末级动叶水蚀效果明显。