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公司简介热声斯林发动机的三维CFD数值模拟-第一范文网
尤其是内部的复杂流动。   三维模拟结果的物理场分布图更能帮助我们了解真实的物理系统,平均力略有升高,同时,对热声斯林发动机实验系统进行了三维数值模拟。

但由于二维模拟需要对实验系统进行拓扑转化,

  计算结果能与实验结果较好吻合[6]。热声斯林发动机的三维CFD数值模拟-第一范文网lanxicy.com第一范文网文档专家当前位置:长1535mm长45mm紫铜内径80mm,然后到次室温端换热器,是研究热声斯林发动机的重要工具。

具体可参考文献6。

因此需要抑制它。

由于回热器的较大阻,由于该抑制过程与二维计算结果相同,北京相似文献(3条)1.期刊论文余国瑶.罗二仓.胡剑英.戴巍.吴张华.YuGuoyao.LuoErcang.HuJianying.DaiWei.WuZhanghua热声斯林发动机热动力学的CFD研究――第一部分:热声自激振荡演化过程-低温工程2006,

(3)β和C2分别是渗透系数和惯阻力系数。

  长240mm长22mm紫铜1.5m等径直管+3m锥形谐振管+0.5m等径气库计算中采用了与实验相同的工况, 换热器、   6×(T0.)kg/(ms)k=0.00T0.716W/(mK)其中,主

温端换热器、.ac.cn)摘要:北京)(Tel:进一步的工作将增加网格量并改进多孔介质模型以提高计算精度。   本文的计算模型建立在热声斯林发动机实验

系统基础上

[2],热声斯林发动机三维CFD0前言热声斯林发动机是利用热声自激振荡进行工作的新型热力机械,   (1)(2)对于系统的核心部件――换热器和回热器,   对高频驻波热声发动机和热声斯林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟.计算模型具有与实验系统相同的几何结构、本站导航本文不再赘述,我们采用Fluent对热声斯林发动机实验系统进行了二维数值模拟,数值模拟还给出了发动机内部的非均匀温度场和流场等复杂三维效应。不需要采用其他模型,页>>交通运输>>热声斯林发动机的三维CFD数值模拟中国工程热物理学会学术会议论文工程热力学与能源利用编号:并且考虑了重力场的影响。计算中对气体工质――氦气,   1计算模型1.1物理模型如图1所示,   胡剑英,加热功率为2000W,图4直流量大小在系统内的分布图5中轴面瞬时温度分布 由于三维模型更接近实验系统,""(4)采用商业计算流体动力学(CFD)软件Fluent6.0对热声斯林发动机热动力学进行了热声自激振荡演化过程的数值模拟研究.主要研究了边界条件、2005年,图3表明,也难以对热声斯林发动机驱动热声制冷机等耦合系统进行模拟。   荷兰的Lycklama等先采用商业软件CFX成功地对热声行波发动机的想系统进行了二维的数值模拟[5]。能模拟热声系统内部的所有物理现象,罗二仓,(b)初始放大过程图2给出了在高温端换热器施加加热量后主室温端换热器表面的波动力演化过 程。关键词:因而无法真实获得90°弯角和三通等处的复杂流场信息,计算模型具有与实验系统相同的几何结构、

可靠高和潜在热效率高等突出优

点,为进一步了解三通处的流动,1.2边界和初始条件为获得与实验中相同的加热过程,   该系统主要由一环路结构和谐振管组成。相邻图的时间间隔为1/4个周期。   可以看到,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,渝北区工商局   因此需要发展非线的理论工具。β?系统的平均力为1.5MPa,   非均匀的温度场和三通处的复杂流场。

绝热或自然对流的热边界条件,

计算结果表明三维CFD数值模拟是深入研究热声斯林发动机内部的复杂物理机制的重要手段。捕捉到了力波振幅放大和饱和以及行波回路的Gedeon声直流等非线现象。

此外,

参考文献[1]Backhaus.S,Gedeon声直流仅存在于环路中,计算流体动力学方法基于基本的质量、而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯林发动机的模拟.计算结果成功观测到了非司马懿老婆 温度在热缓冲管内的分布很不均匀,

  尺寸和运行工况.对计算模型的有效进行了研究,一般纳税人认定标准

考虑到高精度、吴张华中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,1.3解算器和计算格式由于热声发动机内部流动、尤其是作为目前热声发动机设计和优化的主要工具――线热声理论,2007年,同时给出了两种在回热器内部建立温度梯度的方法,   计算结果也捕捉到了非线的热声声流现象。   高温端本文研究获杰出青年基金()和中科院三期方向项目(KJCX2-YW-W02)支持。Email:

  这应该和目前三维模型的网格量有关,

,我们在计算中对高温端换热器采用了加热量的方法,满足行波斯林发动机内部声场和阻匹配;而声场在谐振管内则近似为一驻波场分布。在某一临界温度时,

回热器、

此外,这些分布与二维CFD计算结果[6]和准一维模拟计算结果[9]相符。由于流动是立体的,

但要推进其工程化应用,

相比二维计算结果,长80mm120目不锈钢丝网长58mm紫铜内径80mm,,

Si=?

热和热力过程高度耦合,因此,   计算结果成功观测到了非线的自激振荡演化过程,因此较难画出流线图,其对非线效应的无能为力和大振幅声场下误差较大的缺陷制约着热声发动机的发展,作者单位:指定其表面温度为300K。环路包括馈管、

v+C2ρfvv?

k为热导率。该动量损失项可以表达为?热缓冲管和次室温端换热器。给出了发动机内部的声场分布、动量和能量守恒方程,三维模型采用的网格量较少,系统内的初始速度为零,我们采用Fluent的多孔介质模型[8]。   模拟中所采用的渗透系数和惯阻力系数在 表格2中给出。   它基于流体与固体的局域热平衡设,   计算结果显示了热缓冲管的非均匀温度场和三通处的复杂流动。具有结构简单、   本文采用CFD方法对热声斯林发动

机实验系统进行了三

维的数值模拟。初始条件和数值离方法对模拟瞬态、三维计算结果与实验的误差较大,这可能与三通处的复杂流场有关。   根据实验系统的工作条件模拟为有限厚度和无滑移固体壁面,

Swift.G.W.,

我们进行了大量的数值实验,而对于冷端换热器和次冷端换热器,

计算结果表明非耦合求解器适用于热声系统的计算,

2?二阶迎风空间差分、计算结果成功观测到了非线的自激振荡演化过程,   采用计算流体动力学(CFD)方法,并通过在动量方程中附加动量损失项来模拟流动通过多孔介质的力损失。给出了发动机内部的声场,初始温

度设为3

00K。时间步长为1.5×10秒。0热声斯林发动机的三维CFD数值模拟1余国瑶罗二仓戴巍胡剑英吴张华(中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室,此外,

  计算结果表明三维CFD方法是预测和优化热声斯林发动机能的重要工具。

该直流的存在会严重影响发动机的能,31(1)采用计算流体动力学(CFD)方法,重庆进出口许可证

余国瑶,

随着高温端换热器表面温度的升高,还需要深入的理论和实验研究。模拟中次采用了加热量的方法和准实验工况,PISO的速度力修正方法和PRESTO!图4是周期积分平均质量流率在系统内的分布,   导致计算结果与实验结果有相对较大的误差。μv1vv?戴巍,   后到谐振管的右侧。?波动力迅速放大,坐标原点设置为谐振管与环路的连接三通处,表2多孔介质参数部件回热器换热器材料不锈钢紫铜β1.89E

-102.16

E-7?由于个人计算机硬件条件的限制,由于计算机硬件条件的限制,采用了变温物[7]μ=0.412×10?   因此只有定的解算器和计算格式才能成功实现对热声斯林发动机的模拟。一阶式

差分格式

会引起较大的人工粘。2计算结果和分析(a)(b)图2波动力演化过程(a)整个演化过程,AthermoacousticStirlingheatengine.>斯林发动机的三维CFD数值模拟作者:近些年研究取得的巨大进展[1-4]显示出诱人的应用前景。

(a)1/4周期时刻(b)2/4周期时刻(c)3/4周期时刻图6中轴面三通处的流场(d)4/4周期时刻表格3二维与三维计算结果的对比(P1,

  (a)(b)图3声场分布(a)波动力和体积流率振幅分布,(b)相位差分布图3给出了系统达到稳定状态后波动力振幅、热缓冲管,系统的其他部件均为不锈钢管,同时回热器内的相位差从-8.5°到27.4°,

可以看到系统的大部分均处于室温环境中,

同时随着回热器内温度梯度的建立,计算模型的几何结构和尺寸等均与实验系统相同,但在2/4周期时刻点和4/4周期时刻点依然能观测到流动的涡结构。图1热声斯林发动机示意图表1热声斯林发动机实验系统的主要结构参数部件馈管主室温端换热器回热器高温端换热器热缓冲管次室温端换热器谐振管尺寸其他内径80mm,图6给出了中轴面三通处的流场分布,

可缩、

交变流动的和计算模型,在高于功产生的临界温度梯度时,我们将二维、三维和实验结果进行了初步对比,波动力振幅被显著放大.本研究初步验证了该CFD研究的有效.2.期刊论文余国瑶.罗二仓.戴巍.胡剑英.吴张华.YUGuo-Yao.LUOEr-Cang.DAIWei.HUJian-Ying.WUZhang-Hua热声发动机的CFD数值模拟-工程热物理学报2010,横截面上有较大的温度梯度,我们在计算中选用二阶时间式,尺寸和运行工况。此后由于非线效应和发动机内各种损失的增加,从图中可以看出,表3给 出了对比结果。体积流率振幅和它们的相位差(波动力相位-体积流率相位)在系统内的分布。力离[8]格式。自激振荡随之发生,进一步加密网格应该会获得较为精确的计算结果。

在模拟计算结果中我们也观测到了非线的Gedeon声直流现象。

  μ为气体的动力粘度,2000W)频率/Hz二维三维实验65.564.166.9加热温度/K508446620直流量/kg/s0.001450.00132/力振幅/MPa0.0820.0950.076在上述计算结果的基础上,固体材料属采用变温物。这对于了解实际系统的声场和流场并进一步开展热声发动机驱动热声制冷机耦合系统的模拟具有重要意义。在谐振管中为零。非线的热声系统的重要影响,高温端换热器,

.ac.cn,

图5是中轴面的瞬时温度场分布图,4C24.4592E41.0627E3此外,[10]此外,而对于离格式,未抑制直流,而体积流率幅值则较小,表1给出了它们的主要结构参数。1.5MPa,   3总结本文成功地对热声斯林发动机实验系统进行了三维的数值模拟,回热器内的波动力振幅有明显的下降,回热器,

三维模型的网格量仅有个节点,

计算结果观测到了非线的自激振荡演化过程,计算模型的网格量为个节点,力振幅达到饱和并逐渐趋于稳定。整个起振过程与实验观测的结果较为吻合。比较了它们对应的不同自激振荡演化过程.模拟结果表明,X的正方向定义为依次从馈管到主室温端换热器,
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