本文關(guān)鍵詞：微型間歇式回熱器流動及換熱特性研究

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【摘要】：近年來,微型內(nèi)燃機憑借其能量密度高的巨大優(yōu)勢正成為新一代便攜式電源的發(fā)展趨勢。本文正是基于中科院廣州能源所、工程熱物理所、南京航空航天大學提出的微型三臂擺動式發(fā)動機概念,針對其熱工效率低于10%的情況,開展了對其能量損失的主要途徑的分析,提出了通過加裝回熱器進行余熱回收的方法來提高發(fā)動機熱工效率,發(fā)明了一種帶回熱器的微型擺式發(fā)動機混合循環(huán)原理,同時,對回熱器中存在著的小尺度小流量以及間歇式換熱這兩大特性進行了分析研究,主要工作和結(jié)論如下:發(fā)動機運行多缸混合循環(huán)時,回熱器可通過回收發(fā)動機尾氣中以及腔體泄漏的熱量加熱預混壓縮氣體,在理論上不僅可以保證發(fā)動機正常運行并且有效提高了熱工效率。對于小尺度小流量的特點,先在二維平行平板通道中討論了兩種經(jīng)典的熱邊界條件——恒熱流與恒壁溫條件的適用性,結(jié)果表明:冷熱氣體進口熱容相同,換熱情況近似恒熱流;固體材料導熱系數(shù)增加,換熱趨于恒壁溫,但仍不可用后者替代;雷諾數(shù)極小時,比表面積較大的因素決定了換熱近似恒壁溫。接著,采用恒熱流邊界條件代替熱氣,數(shù)值模擬單圓管通道中Re?150~1500的層流流動與換熱,結(jié)果表明:流動方面,阻力系數(shù)變化規(guī)律與常規(guī)尺度趨勢相同,但低雷諾數(shù)時需考慮管徑的影響,管徑越小,阻力系數(shù)越小;傳熱方面,氣體物性隨溫度變化較大;軸向?qū)嵝?yīng)惡化換熱效率且受幾何尺寸的影響。最后,設(shè)計了套管換熱器,并著重分析了軸向?qū)嵝?yīng)對換熱有效度的影響,發(fā)現(xiàn)不同幾何參數(shù)、固體材料導熱系數(shù)對軸向?qū)嵝?yīng)影響程度不同,根據(jù)所得結(jié)論,對回熱器進行優(yōu)化,把有效度的下降值控制在5%之內(nèi)。對于間歇式換熱的特點,對前文已設(shè)計的套管換熱器在簡化工況下進行數(shù)值模擬研究,得到了不同于定常換熱的兩個主要特點,分別為:固壁軸向?qū)嵝?yīng)顯著以及固壁溫度隨時間的產(chǎn)生周期波動。并提出了評價兩個特性的無量綱參數(shù)氣固傳熱熱阻與固體軸向?qū)釤嶙璞?R以及氣體與固壁熱容量比*C,分析了影響這兩個參數(shù)的因素以及作用機制。基于前文對小尺度間歇式流動及換熱的研究,初步設(shè)計了應(yīng)用于擺式發(fā)動機的管殼式回熱器,發(fā)現(xiàn)了真實工況下的換熱有效度低于簡化定常設(shè)計工況約26%,增加阻流板強化換熱的方法理論上可提升10%,設(shè)計試驗進行驗證時發(fā)現(xiàn)壁面散熱以及管路導熱嚴重影響試驗結(jié)果,有待進一步研究。
【關(guān)鍵詞】：微型擺式發(fā)動機 微型回熱器 細小尺度流動與換熱 軸向?qū)嵝?yīng) 尺度效應(yīng) 間歇式換熱
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-22
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 微型回熱器設(shè)計技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 細小尺度通道流動及換熱國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 間歇式流動及換熱國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 研究目標與主要內(nèi)容20-22
• 第二章 帶回熱器的混合循環(huán)微型擺式發(fā)動機原理分析22-31
• 2.1 微型擺式發(fā)動機回熱技術(shù)的可行性分析22-24
• 2.2 帶回熱多腔室擺式發(fā)動機結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)原理分析24-28
• 2.3 擺式發(fā)動機的回熱器工況分析28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 小尺度通道內(nèi)流動及換熱特性研究31-62
• 3.1 數(shù)值模擬中的相關(guān)問題31-32
• 3.1.1 重要公式及參數(shù)的描述31-32
• 3.1.2 數(shù)值計算中的一些問題及解決方法32
• 3.2 平行平板細通道層流流動及換熱研究32-39
• 3.2.1 平行平板細通道選取說明32-33
• 3.2.2 流動特性分析33-34
• 3.2.3 換熱特性分析34-39
• 3.3 細圓管通道層流流動及換熱研究39-49
• 3.3.1 幾何方案選取及計算參數(shù)設(shè)置39-40
• 3.3.2 流動特性分析40-41
• 3.3.3 換熱特性分析41-49
• 3.4 小型回熱器設(shè)計分析49-53
• 3.4.1 換熱器變量和g -NTU設(shè)計法49-50
• 3.4.2 套管換熱器尺寸設(shè)計50-53
• 3.5 套管換熱器數(shù)值模擬分析53-60
• 3.5.1 網(wǎng)格繪制及邊界條件設(shè)置53-54
• 3.5.2 軸向?qū)嵝?yīng)對總壓損失以及換熱效率的影響分析54-56
• 3.5.3 套管換熱器有效度影響因素及優(yōu)化設(shè)計56-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第四章 間歇式流動及換熱研究62-72
• 4.1 間歇式換熱初步分析62-65
• 4.1.1 流動簡化及邊界條件設(shè)置62-63
• 4.1.2 重要參數(shù)定義及初步理論分析63-65
• 4.2 間歇式換熱特性研究65-71
• 4.2.1 間歇式換熱兩大特性分析65-67
• 4.2.2 影響間歇式換熱兩大特性的因素分析67-71
• 4.3 本章小結(jié)71-72
• 第五章 應(yīng)用于擺式發(fā)動機的回熱器強化換熱及試驗研究72-88
• 5.1 應(yīng)用于擺式發(fā)動機的回熱器強化換熱理論分析72-81
• 5.1.1 微型管殼式回熱器設(shè)計72-73
• 5.1.2 微型管殼式回熱器數(shù)值模擬分析73-77
• 5.1.3 微型管殼式回熱器強化換熱分析77-81
• 5.2 微型回熱器試驗研究81-87
• 5.2.1 試驗平臺介紹81-82
• 5.2.2 回熱器試驗測量方案及試驗流程82-84
• 5.2.3 試驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析84-87
• 5.3 本章小結(jié)87-88
• 第六章 總結(jié)與展望88-91
• 6.1 總結(jié)88-89
• 6.2 展望與建議89-91
• 參考文獻91-94
• 致謝94-95
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文95

【參考文獻】

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本文編號：588253