耦合传热

摘要： 在自然通风状态下,室内空气和屋面是耦合传热过程,文章建立轻质保温屋面和室内空气耦合传热的三维物理及数学模型,分析了屋顶有无保温措施和保温层厚度对屋顶隔热性能及室内热环境的影响。分析表明:轻质保温屋顶比传统无保温屋顶能显著降低屋顶内表面温度波动,保温厚度增加到200 mm,温度波动衰减几乎不变;在延迟效果上,有保温屋顶对温度的延迟效果明显,延迟程度随保温厚度增加逐渐减弱。

摘要： 基于实际工程应用,采用CFD软件,建立了内管为螺纹管的新型螺旋套管式换热器的三维实体模型,并使用管程流体与壳程流体耦合计算的方法进行模拟计算,重点分析了螺纹槽高和槽距等结构参数对管程流体流动与传热特性的影响。结果表明:螺纹的扰流和导流作用,改变了管程螺旋通道横截面上的二次流结构,除在横截面外侧区域形成一个不规则主涡外,还在截面内侧区域的近螺纹处产生了大小不一的附加涡旋。主涡和附加涡共同作用加剧了壁面和中心区流体的热质交换,强化了换热效果。在研究范围内(Re=8000~40000),螺旋套管式换热器内管采用螺纹管与内管采用光管相比换热效果提高了约36%~143%。螺纹槽高及槽距对管程流体传热影响较大,Nu和f随槽高的增加而增加,随槽距的增大而减小。

摘要： 考虑壳程流体和管程流体的耦合传热,对套管式换热器管程流体的流动特性和换热特性进行数值分析。对比不同模型的管程流体的Nu和f,发现了螺纹管传热的优越性,结合管程流体速度场、温度场的细观信息,揭示了管程流体的换热性能和流动特性,并分析了不同流体介质对其管程换热效果的影响。结果表明:内管采用螺纹管时,螺旋套管式换热器管程流体的换热性能明显优于光滑内管,在研究范围内,内管采用螺纹管的Nu是采用光管的1.76~1.9倍,流体受离心力、螺纹扰流和螺旋槽导流的复合作用,强化了管程流体的传热。在同一雷诺数下,30号透平油的Nu最大,约为空气的3.8~5.01倍,然后依次是水、水蒸气、空气。

摘要： 为研究某复合结构喷管的传热特性,并计算喷管工作过程中喉衬受到的热应力,针对某型发动机钨渗铜喉衬复合结构喷管,建立了喷管内流场与结构耦合的三维计算模型,采用计算流体动力学软件Fluent对复合结构喷管的稳态流场和传热过程行了数值仿真,得到了喷管的流动参数和固体域温度场计算结果。采用单向流固耦合计算方法,分析了钨渗铜喉衬在不同时刻下的热应力。分析结果表明,喷管固体域温度随时间推进逐渐升高,隔热层最高温度出现在入口等直段,达到约2800 K,喉衬最高温度出现在喉部,达到约2100 K,温度变化率在固体域材料交界面处出现明显间断;喉衬的热应力随温度升高而增大,背壁出现两个明显的压力峰值,大小约为135 MPa和90 MPa;最大应力出现在喷管内壁面喉部附近,大小约为155 MPa。

摘要： 准确预测蒸汽发生器的管内外耦合传热、管内流量分配及管外三维流动传热对U形管和螺旋管蒸汽发生器的传热和结构优化设计具有重要意义。本文基于多孔介质两流体模型研发了通用蒸汽发生器三维热工水力特性分析程序SGTH-Porous3D,并利用实验数据对程序进行了验证。提出了基于局部坐标系的直管、U形弯头和螺旋管管束通用多孔介质参数化方法,建立了壳侧三维粗网格分析模型以及适用于U形管、螺旋管的管内单相、两相流动传热模型,发展了管侧流体三维并联多通道简化方法以及管壳侧跨尺寸网格数据映射和耦合传热方法。结果表明:SGTH-Porous3D程序可预测U形管和螺旋管等多型蒸汽发生器管、壳侧三维流动传热特性,可支撑蒸汽发生器的三维传热设计和流致振动分析。

摘要： 阐释环境条件下LNG空温式气化器动态耦合传热机理,针对传热过程的时变性、非线性及多因素影响性,提出利用机器学习对LNG空温式气化器的天然气出口温度进行预测.通过阐述最小二乘支持向量机的基本原理,指出最小二乘支持向量机模型的精度在于输入向量、惩罚因子和核函数的选取.基于厂站实测数据对模型的输入向量进行分析,得到输入向量为环境温度、运行时间、太阳辐射照度以及一段时间内的天然气出口温度实际监测值.采用粒子群优化算法对惩罚因子及核函数中的相关参数进行参数优化,通过均方根误差、平均绝对误差、平均相对误差和最大绝对误差对模型预测结果进行评估,结果表明采用线性核函数或者多项式核函数的最小二乘支持向量机模型能够很好地解决LNG空温式气化器整体耦合传热性能预测问题.

摘要： 利用多场耦合方法,研究微通道热沉传热性能及其优化设计方法.基于间断有限元算法,分析其影响因素,提出微通道几何结构的数学优化模型.数值模拟了35 mm×35 mm微通道热沉的温度和流场分布,分析不同几何结构参数与最优参数对微通道热沉的温度、压力降以及综合传热因子等参数的影响.结果表明优化后模型的综合传热性能提高了65.4％,充分证明优化模型的可靠性.

摘要： 为了研究腔体倾角和内热源位置对封闭腔内对流冷却效果的影响规律,采用RNG k-ε模型和DO辐射模型对有内热源、上下壁面导热的封闭腔内湍流自然对流耦合传热特性进行了数值分析.结果表明:使得热壁面总的平均努塞尔数取得最大值的热源距热壁面的无量纲最佳长度D=0.5,腔体最佳倾角Φ=75°,比D=0.4、Φ=0°时提高了20.5％;热壁面平均辐射努塞尔数对热源位置的敏感性较腔体倾角Φ强;腔体热壁面上Nutotal为表面发射率的增函数.

摘要： 对高温燃气与带有平行冷却通道的再生冷却面板之间的三维耦合传热开展了数值研究,其中冷却通道内冷却剂为超临界压力煤油,并结合理论分析探讨了冷却面板构型对耦合传热的影响.结果表明:随燃气侧壁厚以及冷却通道宽度和高度的增大,燃气侧壁面温度升高,热流密度降低.研究还发现:冷却通道不同壁面传递给煤油的热量占比几乎不随燃气侧壁厚变化,但随冷却通道宽度和高度的改变而变化.

摘要： 舱内热环境的有效预测是优化飞行器热控与防热设计、减小系统冗余并保障飞行器热安全的重要基础.在国家数值风洞(NNW)工程支持下,针对目前舱内热环境多尺度、多机制复合传热特点及其数值预测面临的精度与效率提升难题,发展了多区域协同推进的时空耦合模型及流/固界面的自适应分辨率识别算法,建立了基于热格子Boltzmann方法(TLBM)与有限体积法(FVM)相互耦合的舱内复合传热跨尺度预测方法,开展了典型飞行器仪器舱的综合热分析,验证了耦合方法的计算精度及效率.研究表明,相关方法可实现舱内热环境的局部精细化与整体大规模的协同模拟,用于开展整体自然对流与设备局部热量传递的多尺度数值模拟,掌握不同环境参数对舱内热质传递过程的影响规律,从而为飞行器热防护/热管理一体化设计提供重要技术支撑.

摘要： 本文采用数值方法研究了具有气膜和冲击复合冷却结构的耦合传热和综合冷效.复合冷却平板模型布置了两个交错气膜孔和若干排冲击孔,气膜孔和冲击孔均采用圆柱孔型.分别研究了吹风比、毕渥数和冷气量分配对综合冷效、流场结构、对流换热特性等的影响规律,结果表明:复合冷却具有更高、分布更为均匀的综合冷效,且明显受到吹风比影响;随着毕渥数逐渐减小,综合冷效分布变得更加均匀;适当调节冷气量的分配,能够明显提高综合冷效.

摘要： 本文实验研究了耦合传热与对流传热边界条件对尾缘柱肋通道传热特性的影响.柱肋通道耦合实验由导热系数为1.71的微晶陶瓷加工而成,通过调整通道特征厚度和传热系数,使得柱肋通道的Bio数在0.5左右,与真实燃机0.1-1.7的范围是匹配的,因此本文柱肋耦合实验能够反映不同热边界条件对真实燃机叶片内外表面温度场的影响.研究结果表明:耦合条件下能够看到内、外壁面都存在热点、冷点,而对流边界条件下无法得到此种现象.另外,对流和耦合传热边界条件下柱肋通道外壁面温度场分布存在较大差别:对流边界条件下温度沿流程呈现条状分布,而耦合条件下在柱肋对应区域存在明显低温区;内壁面温度在耦合条件在柱肋的前缘和尾缘区域分别存在热点和冷点,而对流条件没有.冷点、热点对燃机叶片的热应力和温度极限进而是寿命有很大影响,因此,很有必要研究叶片内部通道的耦合传热特性.

摘要： 建立了多层隔热结构瞬态传热计算模型,采用罗斯兰德扩散近似模型将辐射传递处理为具有与热传导中傅里叶定律相同的形式,进而求解出辐射导热系数,采用有限体积法求解能量方程.对多层隔热结构瞬态传热进行了数值模拟,分析了辐射对隔热结构中温度场与热流密度分布的影响.研究结果表明,在高温条件下,辐射使多层隔热内部温度扩散加快,同时对热流密度的影响较大,当考察隔热结构内部或边界上传热特性时,不应忽略辐射的作用.

摘要： 文章以某1000MW超超临界塔式锅炉炉膛为研究对象，本文采用区域法对炉内大空间进行二维分区,合理简化辐射和对流过程,建立耦合传热的壁温计算模型.BMCR工况下壁温计算值与实测值的最大误差为5.26％.在此基础上,利用坐标搜索法研究火焰中心偏移时蒸发受热面的壁温特性.结果表明:达到管材最高许用温度时,火焰中心最大偏移距离约为3m;管壁温度随火焰偏移加剧而升高,增幅随偏移角度增大而减小,最大增幅约为30-40°C,且主燃区比燃尽区增幅高约10°C;火焰偏移时,中间区域管段壁温高于炉墙四角,两者温差在主燃区可达到95°C,而在燃尽区约为50°C.

摘要： 为了研究辐射与自然对流非线性耦合问题,本文在自主软件GTEA 基础上,针对封闭方腔内参与性介质的辐射与自然对流耦合换热进行模拟,计算结果与文献经典算例及现有商业软件Fluent 结果吻合较好.并分析了普朗克数和介质散射反照率的变化对方腔内温度和速度的影响,结果表明:随着普朗克数的减小,增强了辐射换热的影响;考虑各向同性散射介质时,随着散射反照率的减小,中心处的温度有所增大,靠近绝热壁面处,速度U 的变化更剧烈.

摘要： 实际燃机透平工作在恶劣的高温高压工况下,这与一般的实验环境有很大差别.文中基于耦合数值方法,分析在高温气膜冷却系统中导热/对流/辐射多场耦合作用机理及高温影响特性.研究分别分析了同Re、同Re比及考虑辐射下的综合冷却效率分布.结果可以得出,保证Re及吹风比相同可以基本保证综合冷却效率结果一致;同一Re比下Re越高,综合冷效结果越低;辐射在低温工况作用不大,高温工况下作用明显,TBC的存在抑制了辐射所带来的换热增强效果.对于耦合实验工作,需要评估高温工况的影响,以实现对实验结果的有效分析;在透平设计中,必须综合考虑辐射及TBC在耦合传热中的影响.

摘要： 本文研究了界面为半透明处于对流边界条件下的二维辐射-导热耦合换热问题.给出了半透明界面下耦合传热边界条件和辐射强度边界条件的公式,采用伽辽金自然单元法对能量方程和边界条件进行了离散.半透明界面厚度可认为等于零,所以根据布格尔定律,界面无能量吸收,吸收率与发射率都等于零,界面的辐射包括环境投射辐射的透射部分和介质侧界面的反射辐射.为了验证本文处理的可靠性,对四侧半透明界面受到环境对流作用的辐射-导热耦合换热进行自然单元模拟,通过设定对流换热系数无穷大逼近第一类边界条件,计算结果和文献吻合很好.在此基础上,对二维矩形区域耦合换热进行了求解,计算区域一侧界面为半透明受到环境流体的对流冷却作用,一侧绝热,两侧固定壁温.研究了辐射—导热耦合参数和散射系数对非稳态过程温度场的影响.

摘要： 本文应用分形的方法构建了一系列的三维热显著性的血管树形网络结构。基于该血管网络，利用comsol软件求解低温手术过程中三维热显著性血管网与组织之间的耦合传热问题。计算结果显示，三维血管网络不仅对组织的温度场存在显著影响，而且还明显改变了肿瘤内部的温度分布。本文还定量分析了低温手术过程中临界致死温度（-40°C）等温面所包含的区域体积与血管网中心平面与肿瘤中心距离的关系。相对于以往研究结果而言，本文的计算模型和方法更接近于临床真实情况。

摘要： 燃气轮机中透平是整个机组的核心部件,承受高温高压并且担负了对外输出功的任务.要使燃气轮机的效率有所提升,主要途径是提高工质的透平进口温度,然而透平进口温度受透平叶片金属材料的限制,因此需要采取一系列措施来减小透平叶片的温度,热障涂层(TBC)是其中之一.本文主要对TBC的数值模拟方法进行研究,在高温实验台的基础上,本文对含TBC和气膜孔的平板进行了数值方法研究,集成并验证了三维时导热/对流/辐射耦合复杂情况下TBC传热的算法,并和实验做出对比,证明了算法的有效性.

摘要： 燃气轮机中透平是整个机组的核心部件,承受高温高压并且担负了对外输出功的任务.要使燃气轮机的效率有所提升,主要途径是提高工质的透平进口温度,然而透平进口温度受透平叶片金属材料的限制,因此需要采取一系列措施来减小透平叶片的温度,热障涂层(TBC)是其中之一.本文主要对TBC的数值模拟方法进行研究,在高温实验台的基础上,本文对含TBC和气膜孔的平板进行了数值方法研究,集成并验证了三维时导热/对流/辐射耦合复杂情况下TBC传热的算法,并和实验做出对比,证明了算法的有效性.

摘要： 本发明涉及一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置及传热管服役行为评价方法，试验装置包括装夹传热管的第一装夹机构、装夹对磨件的第二装夹机构、带动第二装夹机构运动进而使对磨件运动并与第一装夹机构上的传热管接触摩擦的作动装置，试验装置还包括用于对第一装夹机构上的传热管进行应力加载的加载机构，本发明的传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置，能够建立磨损‑应力‑腐蚀耦合作用试验过程，可在更接近实际服役工况下研究传热管的服役行为，获得多因素耦合作用下的关键行为数据，揭示磨损‑应力‑腐蚀耦合作用下传热管的失效机制，为构建传热管服役行为评价方法提供基础。

摘要： 本发明公开了一种电磁耦合处理提升镍基合金传热管传热性能的方法，包括S1、将待处理镍基合金传热管材通过夹具夹持并连接两端铜电极接入脉冲电场电路；移动励磁线圈到预设位置，将镍基合金传热管置于磁场中央；并采用电磁耦合处理装置处理镍基合金传热管；S2、启动电磁耦合处理装置，先施加脉冲磁场，间隔5s后施加脉冲电场，S3、预处理10s后向镍基合金传热管同时施加脉冲电场和脉冲磁场，脉冲电场电压为0.5～2.5V，电场脉冲频率为35～50Hz，脉冲磁场强度为1～1.5T，磁场脉冲频率为35～50Hz，脉冲电场和脉冲磁场施加时间为90～120s；S4、降低脉冲电场电压为0.5～1V，电场脉冲频率为10～35Hz，降低脉冲磁场强度为0.5～1T，磁场脉冲频率为10～35Hz，脉冲电场和脉冲磁场施加时间为50～60s。

摘要： 本发明公开了一种电磁耦合处理提升镍基合金传热管传热性能的方法，包括S1、将待处理镍基合金传热管材通过夹具夹持并连接两端铜电极接入脉冲电场电路；移动励磁线圈到预设位置，将镍基合金传热管置于磁场中央；并采用电磁耦合处理装置处理镍基合金传热管；S2、启动电磁耦合处理装置，先施加脉冲磁场，间隔5s后施加脉冲电场，S3、预处理10s后向镍基合金传热管同时施加脉冲电场和脉冲磁场，脉冲电场电压为0.5～2.5V，电场脉冲频率为35～50Hz，脉冲磁场强度为1～1.5T，磁场脉冲频率为35～50Hz，脉冲电场和脉冲磁场施加时间为90～120s；S4、降低脉冲电场电压为0.5～1V，电场脉冲频率为10～35Hz，降低脉冲磁场强度为0.5～1T，磁场脉冲频率为10～35Hz，脉冲电场和脉冲磁场施加时间为50～60s。

摘要： 本申请提出一种直接接触传热与间接接触传热耦合的蒸发设备及方法，蒸发设备包括：间接接触传热蒸发设备，间接接触传热蒸发设备包括并管换热器和分离室，并管换热器包括壳体、隔板和传热管，隔板将壳体分隔为第一换热区和第二换热区，传热管设置于壳体的内部用于使浓缩液通过，传热管和分离室通过管道形成能够循环的闭环通道，分离室设置有分离室排气口，分离室排气口连通第一换热区；以及直接接触传热蒸发设备，直接接触传热蒸发设备设置有蒸发器排气口，蒸发器排气口连通第二换热区。通过直接接触传热蒸发与间接接触传热蒸发结合使用，使直接接触传热蒸发的烟气和间接接触传热蒸发的二次蒸汽中的热量得到回收利用，使燃气消耗量降低。

摘要： 本发明涉及一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置及传热管服役行为评价方法，试验装置包括装夹传热管的第一装夹机构、装夹对磨件的第二装夹机构、带动第二装夹机构运动进而使对磨件运动并与第一装夹机构上的传热管接触摩擦的作动装置，试验装置还包括用于对第一装夹机构上的传热管进行应力加载的加载机构，本发明的传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置，能够建立磨损‑应力‑腐蚀耦合作用试验过程，可在更接近实际服役工况下研究传热管的服役行为，获得多因素耦合作用下的关键行为数据，揭示磨损‑应力‑腐蚀耦合作用下传热管的失效机制，为构建传热管服役行为评价方法提供基础。

摘要： 一种U型管蒸汽发生器全耦合共轭传热计算方法，该方法主要包括如下部分：1、U型管蒸汽发生器一、二次侧几何模型简化；2、划分U型管蒸汽发生器一、二次侧流体域与固体域几何计算区域与对应节点；3、U型管蒸汽发生器一、二次侧流体域与固体域共轭传热边界传递；4、建立U型管蒸汽发生器一、二次侧流体域与固体域计算模型；5、以全耦合方式整体离散各区域方程组并求解。其中，模型简化将实际U型管蒸汽发生器简化为便于划分几何区域、网格的形式；建立简化后的几何模型，并划分网格；定义中间变量，实现固体域与流体域边界条件传递；分别在固体域与流体域建立数学模型；最后采用全耦合离散求解，模拟U型管蒸汽发生器的共轭传热过程。

摘要： 本申请提出一种直接接触传热与间接接触传热耦合的蒸发设备，蒸发设备包括：间接接触传热蒸发设备，间接接触传热蒸发设备包括并管换热器和分离室，并管换热器包括壳体、隔板和传热管，隔板将壳体分隔为第一换热区和第二换热区，传热管设置于壳体的内部用于使浓缩液通过，传热管和分离室通过管道形成能够循环的闭环通道，分离室设置有分离室排气口，分离室排气口连通第一换热区；以及直接接触传热蒸发设备，直接接触传热蒸发设备设置有蒸发器排气口，蒸发器排气口连通第二换热区。通过直接接触传热蒸发与间接接触传热蒸发结合使用，使直接接触传热蒸发的烟气和间接接触传热蒸发的二次蒸汽中的热量得到回收利用，使燃气消耗量降低。

摘要： 一种流体－固体耦合传热的松耦合建模方法，其特征在于忽略流场的瞬态变化过程，假设全局瞬态传热过程在“准稳态”流场下进行。具体计算流程包括：A)更新流场：单独以流体作为求解对象，将流固耦合壁面设为流体的固定温度边界，用稳态CFD算法求解流场；B)计算瞬态传热：同时以流体和固体为求解对象，将流固耦合壁面设为传热耦合边界，关闭流体的动量方程和湍流方程，计算瞬态传热直到下次流场更新和/或计算终止；C)重复步骤A)和B)，交替进行流场更新和瞬态传热计算，直到到达瞬态传热终止时刻。针对管内空气强迫对流换热过程，利用本发明的建模方法与Fluent商业软件紧耦合计算结果相比，绝对误差在1K以下，计算效率提高一个数量级，满足工程计算需求。

摘要： 一种流体－固体耦合传热的松耦合建模方法，其特征在于忽略流场的瞬态变化过程，假设全局瞬态传热过程在“准稳态”流场下进行。具体计算流程包括：A)更新流场：单独以流体作为求解对象，将流固耦合壁面设为流体的固定温度边界，用稳态CFD算法求解流场；B)计算瞬态传热：同时以流体和固体为求解对象，将流固耦合壁面设为传热耦合边界，关闭流体的动量方程和湍流方程，计算瞬态传热直到下次流场更新和/或计算终止；C)重复步骤A)和B)，交替进行流场更新和瞬态传热计算，直到到达瞬态传热终止时刻。针对管内空气强迫对流换热过程，利用本发明的建模方法与Fluent商业软件紧耦合计算结果相比，绝对误差在1K以下，计算效率提高一个数量级，满足工程计算需求。

摘要： 本发明公开了一种核反应堆事故工况下耦合传热传质的包壳氧化分析方法，步骤如下：1.建立包含β‑Zr，α‑Zr(O)和ZrO2的包壳几何结构；2.建立计算模型的控制方程，包括氧原子扩散方程、锆原子守恒方程和导热方程；3.建立相界面的迁移方程；4.设置相界面处的边界条件；5.对包壳几何划分网格，离散控制方程，通过迭代求解获得下一个时刻收敛的温度场、氧原子浓度场、锆原子浓度场和变形速度场；6.计算在此次时间步长内相界面的位移，更新包壳的几何结构；7.若计算时间大于终止时间，则结束计算，否则对更新后的包壳几何划分网格，并执行步骤5～7。本发明可分析核反应堆事故工况下包壳的复杂氧化行为，对核反应堆安全分析具有重要意义。