亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        流速及進(jìn)出液口形式對板式熱沉換熱性能影響

        2012-11-28 02:22:14劉波濤
        航天器環(huán)境工程 2012年5期
        關(guān)鍵詞:板式邊界條件壁面

        張 磊,劉 敏,劉波濤

        (北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所,北京 100094)

        0 引言

        熱沉作為空間環(huán)境模擬設(shè)備的重要組成部分,其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣極大地影響模擬設(shè)備的工作性能[1]。目前,空間環(huán)境模擬設(shè)備的熱沉多采用管板式結(jié)構(gòu),即通過在管上焊接翅片以增加面積來強(qiáng)化傳熱[2-4]。由于管板式結(jié)構(gòu)將接收到的輻射熱再以熱傳導(dǎo)的方式與工質(zhì)換熱,其傳熱熱阻較大,承受熱負(fù)荷的能力差,而且溫度均勻性不易控制。不銹鋼板式熱沉是將兩層不銹鋼板四周密封焊接而成,夾層之間的流體通道有蜂窩型、拱狀型等形式。板式熱沉實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)與熱沉表面直接接觸,所采集到的輻射熱直接與工質(zhì)換熱,因此換熱效率高,而且承受熱負(fù)荷的能力較強(qiáng),溫度均勻性好。目前,國外已有空間環(huán)境模擬設(shè)備采用不銹鋼板式熱沉,實(shí)際使用效果好[5-6]。而在我國,目前的研究重點(diǎn)仍集中在管板式熱沉結(jié)構(gòu)上。姜傳勝等人[7]分析了不同熱沉片結(jié)構(gòu)對支管流量分配的影響;于濤等人[8]對影響管板式熱沉熱均勻性的因素進(jìn)行了研究;袁修干等人[9]提出了改進(jìn)管板式熱沉溫度均勻性的理論計(jì)算和工程設(shè)計(jì)方法。我國還沒有空間環(huán)境模擬設(shè)備采用不銹鋼板式熱沉。

        本文通過建立不銹鋼板式熱沉的幾何結(jié)構(gòu)模型,用流體力學(xué)理論和有限元方法對熱沉換熱性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。通過仿真計(jì)算得到在不同流速和進(jìn)出液口布置形式條件下的熱沉表面溫度場分布,并利用計(jì)算結(jié)果擬合出流速v與努塞爾數(shù)Nu、壓力降ΔP之間的關(guān)系曲線。通過對計(jì)算結(jié)果的分析,探討通過改變流速和進(jìn)出液口布置形式來強(qiáng)化板式熱沉的傳熱效果,為熱沉的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供參考。

        1 熱沉幾何模型

        板式熱沉結(jié)構(gòu)單元如圖1所示,其中流體通道的傾角α=60°、深度H=10 mm、通道間距L=75 mm。圖2為板式熱沉三維結(jié)構(gòu)計(jì)算圖,熱沉有效尺寸為φ1 000 mm×1 500 mm,采用下進(jìn)上回的流體進(jìn)出方式,進(jìn)出口管徑為32 mm。

        圖1 板式熱沉結(jié)構(gòu)單元示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the plate-style heat sink

        圖2 板式熱沉三維立體圖Fig. 2 Three-dimensional graph of the plate-style heat sink

        2 仿真模型建立及計(jì)算

        仿真模型建立需要作如下假設(shè)[10]:

        1)工質(zhì)為不可壓縮的牛頓流體;

        2)重力和由于密度差所引起的浮力均忽略不計(jì);

        3)由于熱沉內(nèi)流體流速較低,忽略流體流動(dòng)時(shí)的黏性耗散所產(chǎn)生的熱效應(yīng);

        4)熱沉內(nèi)流動(dòng)為受迫流動(dòng),忽略板片與流體之間的輻射。

        2.1 數(shù)學(xué)模型

        對流換熱問題的完整數(shù)學(xué)描述包括連續(xù)方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。其中連續(xù)方程為

        式中:u、v、w分別為速度矢量在x、 y、z方向上的分量。

        i方向直角坐標(biāo)系中的動(dòng)量守恒方程為

        式中:ρ為流體密度;p為壓力;υ為運(yùn)動(dòng)黏度;Ui為i方向的速度分量。

        能量守恒方程為

        式中:a為熱擴(kuò)散系數(shù);t為流體溫度。

        當(dāng)采用上述控制方程來描述湍流流動(dòng)時(shí),u、p、t等均為瞬時(shí)值。針對湍流狀態(tài),一般采用RNG模型的k-ε方程進(jìn)行模擬[11],其方程為

        式中:Gk為由平均速度而產(chǎn)生的湍流動(dòng)能;C1ε、C2ε為模型常量,分別為1.42和1.68;αk、αε分別為k方程和ε方程的湍流Prandtl數(shù);μeff為黏度系數(shù);Sk、Sε為源項(xiàng),根據(jù)具體條件進(jìn)行定義。

        2.2 計(jì)算網(wǎng)格劃分

        考慮到板式熱沉內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),仿真模型計(jì)算中采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)。單元形式主要為六面體單元,局部有楔形單元。模型共劃分了約19萬個(gè)計(jì)算單元。通過Gambit的網(wǎng)格質(zhì)量檢查工具的檢查,整個(gè)模型的網(wǎng)格劃分良好,符合計(jì)算要求。

        2.3 計(jì)算工況與邊界條件

        本文主要研究在穩(wěn)態(tài)工況下,板式熱沉表面的溫度分布情況及內(nèi)部流體流動(dòng)情況。由于圓筒形熱沉左右壁面均勻?qū)ΨQ,計(jì)算時(shí)僅選取半個(gè)圓筒壁進(jìn)行仿真計(jì)算。熱沉中流體的流速分別選取0.1 m/s、0.5 m/s、1 m/s和3 m/s;進(jìn)、出口布置方式分為U字形和Z字形2種形式。

        計(jì)算時(shí)共有4個(gè)邊界條件,分別為入口邊界條件、出口邊界條件、內(nèi)壁面邊界條件和外壁面邊界條件。模擬時(shí)入口邊界條件采用速度入口,速度根據(jù)研究需要設(shè)定,入口溫度為198 K;出口邊界條件為自由流動(dòng)出口;內(nèi)壁面邊界條件設(shè)為無滑移速度邊界,溫度分布服從恒熱流條件,熱流密度為85 W/m2;外壁面邊界條件設(shè)為無滑移速度邊界,溫度分布服從恒熱流條件,熱流密度為40 W/m2。

        2.4 仿真計(jì)算過程

        根據(jù)劃分的計(jì)算網(wǎng)格和生成的計(jì)算節(jié)點(diǎn)將控制方程離散化,結(jié)合給定的邊界條件,對模型進(jìn)行仿真計(jì)算。湍流計(jì)算采用RNG模型的k-ε方程,壓力–速度耦合計(jì)算采用Simple算法,各參數(shù)的離散均采用二階精度的迎風(fēng)格式,而求解收斂的判斷準(zhǔn)則是相對殘差 R≤1×10-5。經(jīng)過迭代計(jì)算直至滿足收斂的判斷準(zhǔn)則,則仿真計(jì)算結(jié)束。

        3 計(jì)算結(jié)果及分析

        3.1 流速對熱沉溫度場分布的影響分析

        圖3為不同流速下的板式熱沉溫度分布。當(dāng)流速較?。╲=0.1 m/s)時(shí),熱沉壁面溫度均勻性較差,出口附近的流體溫度明顯高于進(jìn)口溫度。這是因?yàn)榱黧w的高黏度所致。當(dāng)流速較小時(shí),流動(dòng)狀態(tài)為層流,流體的黏度起主導(dǎo)作用;板式熱沉內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)作用受到黏度的阻滯,從而導(dǎo)致出口處的流速非常小,換熱效果差。當(dāng)流速達(dá)到0.5 m/s以上時(shí),熱沉壁面溫度分布均勻,溫差約為±1.5 K。當(dāng)流速從0.5 m/s繼續(xù)增加到3 m/s時(shí),熱沉壁面溫度均勻性變化不大。隨著流速的增加,流動(dòng)狀態(tài)由層流變?yōu)槲闪?,蜂窩結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)作用使得流體流向不斷變化,從而使流體均勻充滿蜂窩并增強(qiáng)換熱效果。由于熱沉的蜂窩結(jié)構(gòu)特性,當(dāng)流速增加到一定程度之后,反而會(huì)影響熱沉換熱性能和溫度均勻性?;谏鲜龇治隹芍槍Ψ涓C結(jié)構(gòu)的板式熱沉,從保證熱沉壁面溫度分布的均勻性角度,有一個(gè)最優(yōu)的入口流速要求。

        圖3 不同流速下的板式熱沉溫度分布圖Fig. 3 Temperature distributions in the plate-style heat sink at different velocities

        3.2 流速對熱沉換熱和流動(dòng)阻力的影響分析

        圖4和圖5分別為不同流速下Nu和ΔP的變化情況??梢钥闯觯涸诹魉儆?.1 m/s增加到3 m/s的過程中,Nu和 ΔP迅速增大。這是因?yàn)楫?dāng)流速較低時(shí),蜂窩結(jié)構(gòu)對流體的擾動(dòng)不是很明顯,換熱強(qiáng)化作用較??;隨著流速的繼續(xù)增大,則流體狀態(tài)由層流變?yōu)槲闪?,換熱強(qiáng)化作用逐漸增強(qiáng),但同時(shí)又導(dǎo)致流體的壓力損失增加。因此,在實(shí)際設(shè)計(jì)中不能單獨(dú)通過增大流速來提高熱沉的換熱性能,而應(yīng)綜合考慮傳熱和阻力問題,并結(jié)合系統(tǒng)整體性能要求來確定最優(yōu)的入口流速。

        圖5 ΔP隨流速v的變化曲線Fig. 5 Variations of ΔP with v

        3.3 進(jìn)出口布置形式對熱沉溫度場分布的影響分析

        圖6為不同進(jìn)出口布置形式對熱沉溫度場的影響??梢钥闯觯簩τ赨字形布置和Z字形布置,對熱沉壁面溫度場的影響很小,且分布都非常均勻。這是由于所選取的熱沉有效尺寸為 φ1 000 mm×1 500 mm,無論進(jìn)出口如何布置,各流道之間的有效流程相差不大。流體在板式熱沉中的流動(dòng)屬于擾流運(yùn)動(dòng),熱沉壁面各部分換熱更加充分。因此,改變進(jìn)出口布置形式對熱沉壁面溫度均勻性影響不大。對于有效尺寸較大的熱沉,進(jìn)出口布置形式對熱沉溫度場的影響將在今后的研究中開展。

        圖6 不同進(jìn)出口布置形式下板式熱沉溫度場分布Fig. 6 Temperature distribution in the plate-style heat sink with different inlet-outlet forms

        4 結(jié)論

        通過對板式熱沉的仿真計(jì)算及結(jié)果分析,得到以下結(jié)論:

        1)較小的流速會(huì)使熱沉壁面溫度均勻性變差,為保證熱沉壁面溫度分布均勻,需要滿足一定的流速要求;

        2)流速的增加可以提高熱沉的換熱效率,但同時(shí)也增加了流體的壓力損失,因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮傳熱和阻力問題,結(jié)合系統(tǒng)整體性能要求來確定最優(yōu)的入口流速;

        3)當(dāng)熱沉有效尺寸較小時(shí),進(jìn)出口布置形式對熱沉壁面溫度均勻性的影響不顯著。

        (References)

        [1]王浚, 黃本誠, 萬才大. 環(huán)境模擬技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1996: 490

        [2]劉波濤, 茹曉勤, 張立偉, 等. 小衛(wèi)星空間模擬器KM3B的研制[J]. 航天器環(huán)境工程, 2006, 23(4):232-235 Liu Botao, Ru Xiaoqin, Zhang Liwei, et al. Development of KM3B space simulator[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2006, 23(4): 232-235

        [3]Moon Guee-Won, Cho Hyokjin. Shroud system design for a large thermal vacuum chamber[C]// 49thAnnual Technical Meeting and Exposition of the Institute of Environmental Science and Technology, 2003: 479-484

        [4]Amlinger H, Bosma S J. Characteristics and performance of the ESTEC large space simulator cryogenic system,NASA-88N10849[R], 1986: 236-247

        [5]Bemco thermal vacuum chamber AH[EB/OL]. [2010-10-12].http://www.bemcoinc.com

        [6]ACS environmental testing division: Testing equipment for aeronautics and aerospace fields[EB/OL]. [2011-08-20].http://www.angelantoni.it

        [7]姜傳勝, 王浚. 大型空間環(huán)模器熱沉熱設(shè)計(jì)研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 27(3): 305-308 Jiang Chuansheng, Wang Jun. Quantitative thermal design of heat sinks in large space simulation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2001, 27(3): 305-308

        [8]于濤, 劉敏, 鄒定忠. 航天器空間環(huán)境模擬器熱沉熱均勻性分析[J]. 中國空間科學(xué)技術(shù), 2006, 26(6): 37-41 Yu Tao, Liu Min, Zou Dingzhong. Thermal uniformity analysis for heat sink of space simulator[J]. Chinese Space Science and Technology, 2006, 26 (6): 37-41

        [9]袁修干, 劉國青, 劉敏, 等. 大型液氮熱沉中流動(dòng)與傳熱均勻性數(shù)學(xué)模擬與分析[J]. 低溫工程, 2008(2):18-21 Yuan Xiugan, Liu Guoqing, Liu Min, et al. Simulation and analysis of flow and heat transfer uniformity in large liquid nitrogen heat sink[J]. Cryogenics, 2008(2): 18-21

        [10]楊世銘, 陶文銓. 傳熱學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社,1998: 134

        [11]Yakhot V, Orzag S A. Renormalization group analysis of turbulence: basic theory[J]. J Scient Comput, 1996(1):3-11

        猜你喜歡
        板式邊界條件壁面
        二維有限長度柔性壁面上T-S波演化的數(shù)值研究
        一類帶有Stieltjes積分邊界條件的分?jǐn)?shù)階微分方程邊值問題正解
        帶有積分邊界條件的奇異攝動(dòng)邊值問題的漸近解
        滑蓋產(chǎn)品的三板式注塑模具設(shè)計(jì)
        板式吊耳設(shè)計(jì)中的相關(guān)計(jì)算
        CRTSⅡ型板式無砟軌道板間接縫開裂修補(bǔ)技術(shù)的研究進(jìn)展
        江西建材(2018年4期)2018-04-10 12:36:48
        壁面溫度對微型內(nèi)燃機(jī)燃燒特性的影響
        帶Robin邊界條件的2維隨機(jī)Ginzburg-Landau方程的吸引子
        顆粒—壁面碰撞建模與數(shù)據(jù)處理
        考慮裂縫壁面?zhèn)Φ膲毫丫a(chǎn)能計(jì)算模型
        国产精品亚洲午夜不卡| 久久久久人妻一区精品| 伊人久久大香线蕉av一区| 摸进她的内裤里疯狂揉她动图视频| 欧美粗大无套gay| 无码超乳爆乳中文字幕| 久久黄色精品内射胖女人| 国产乡下妇女做爰| 18禁高潮出水呻吟娇喘蜜芽| 精品国产高清a毛片| 亚洲av调教捆绑一区二区三区| 色狠狠色狠狠综合天天| 国产剧情麻豆女教师在线观看| 国产精品激情综合久久| 亚洲中文中文字幕乱码| 99热在线观看| 午夜精品一区二区三区在线观看| 无码专区亚洲avl| 91久久国产香蕉熟女线看| 日本高清视频永久网站www| 国产AV无码专区亚洲AⅤ| 日韩精品极品免费观看| 日本免费在线不卡一区二区| 久精品国产欧美亚洲色aⅴ大片| 亚洲A∨无码国产精品久久网| 亚洲日本VA午夜在线电影| 久久青青草原亚洲av| 夜夜爽夜夜叫夜夜高潮| 国产美女露脸口爆吞精| 欧美日本国产亚洲网站免费一区二区| 成人国产一区二区三区av| 美女脱了内裤张开腿让男人桶网站| 亚洲精品国产美女久久久| 成人影院免费视频观看| 一边摸一边做爽的视频17国产| 国产99久久精品一区二区| 亚洲精品视频久久| 女同中文字幕在线观看| 日韩肥臀人妻中文字幕一区| 夜夜爽妓女8888888视频| 国产精品久久久久久久成人午夜 |