国家自然科学基金(51136004) 作品数:30 被引量:180 H指数:7 相关作者: 陶文铨 李增耀 何雅玲 张虎 曹涛锋 更多>> 相关机构: 西安交通大学 同济大学 航天材料及工艺研究所 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 国家重点基础研究发展计划 国家科技支撑计划 更多>> 相关领域: 动力工程及工程热物理 理学 医药卫生 一般工业技术 更多>>
接触热阻对燃料电池温度分布影响的数值模拟 被引量:8 2015年 本文采用三维、非等温、以及考虑各向异性扩散层性质的燃料电池模型分析了气体扩散层和流场板肋板之间的接触热阻对电池温度分布和性能的影响。计算结果表明,接触热阻对电池最高温度及温度分布均有很大影响。电池输出电压为0.3 V时,有接触热阻工况电池最大温度高于无接触热阻工况约8.5 K。此外,有接触热阻计算工况扩散层内温度变化平缓,而无接触热阻计算工况扩散层内温度变化较快。因此,对于燃料电池温度分布的准确预测,不能忽略接触热阻的影响。 曹涛锋 母玉同 丁靖 何雅玲 陶文铨关键词:质子交换膜燃料电池 数值模拟 温度分布 接触热阻 DES湍流模型计算Re=3900的圆柱扰流 被引量:2 2013年 本文使用DES(Detached eddy simulation)湍流模型,计算了Re=3900时的三维圆柱扰流。采用一种简化的二阶精度的浸入边界方法处理无滑移固体边界,时间上二阶精度的投影算法求解不可压流体NS方程。只使用了36万网格数,远远低于文献中大涡模拟计算的网格数。计算结果验证了DES模型的可靠性,为进一步开展湍流模型的多尺度计算打下基础。 李兆辉 张剑飞 陶文铨关键词:DETACHED EDDY 浸入边界法 高瑞利数下封闭腔内自然对流的数值模拟 被引量:22 2014年 为了推广应用高瑞利数下的自然对流换热技术,有必要对自然对流流动与换热特性进行深入研究。采用不引入人工扰动的直接数值模拟方法,对发生在高宽比为4的封闭腔内的自然对流流动与换热进行了研究,分析了平均温度、平均主流速度、涡量和局部努塞尔数的分布特性。研究结果表明:从静止等温流体初始条件出发,不引入任何人工扰动自然对流可以顺利发展到湍流,节约了计算资源;即便瑞利数等于1010,自然对流的平均温度、平均主流速度、涡量和局部努赛尔数分布都具有边界层型流动和换热的特征;在普朗特数为0.71~500的范围,当封闭腔内自然对流换热出现湍流换热特征时,局部瑞利数处于10^7~10^8量级。 阳祥 陶文铨关键词:封闭腔 湍流 自然对流 直接数值模拟 电热水器能耗数值计算及保温性能优化分析 被引量:3 2018年 电热水器中的能量传递过程主要包括电加热丝对内胆中水的加热过程,内胆中水的自然对流过程以及通过保温层的散热过程.本文采用多尺度数值模拟方法:用LBM确定保温材料导热系数作为基于连续介质的Fluent的输入数据,对发生在电热水器中的流动和耦合传热过程进行了数值模拟,并采用UDF来控制电加热丝的动态间歇加热工作过程,建立了模拟电热水器24 h固有能耗系数测试过程的数值模拟方法.采用该方法模拟得到的能耗系数与实验值符合良好,证明了该模型的准确性。同时模拟获得了电热水器中水在加热和散热阶段的流动特性、温度分布,以及各个区域的散热占比和热流密度。提出了优化电热水器保温隔热性能的判据,为电热水器保温结构的优化提供了依据. 靳蒲航 粘权鑫 方文振 陶文铨关键词:电热水器 数值模拟 带环状翅片管式相变储热器的数值模拟 被引量:21 2012年 相变材料的低导热性是相变储热器传热过程的主要障碍。在相变材料侧进行强化,是目前提升相变储热器蓄热速率的主要方法。本文采用有限容积法对带有环状翅片的管式相变储热器的蓄热过程进行了数值模拟,得到了温度场、相界面随时间的变化。在此基础上,本文对翅片导热系数、翅片厚度和翅片间距等影响储热速率的因素进行了计算和分析。为相变储热器的优化设计提供了一定的参考。 凌空 封永亮 陶文铨关键词:PCM 数值模拟 强化换热 非均匀网格泊松方程高阶紧致离散及加速方法 被引量:2 2014年 本文将非均匀网格直接离散的高阶紧致格式从二维推广到三维,结合附加修正多重网格方法提高了传统迭代方法的收敛效率,并且验证了该格式在不同边界条件的数值表现。结果表明:该方法可以有效的求解NS方程中的压力泊松方程. 李兆辉 封永亮 陶文铨关键词:高阶紧致格式 气凝胶单元体模型结构参数与等效热导率研究 被引量:4 2012年 本文基于二氧化硅气凝胶的微观结构特点,运用小球构成的立方阵列单元体纳米孔隙模型,结合固相导热和气相传热的尺度效应,计算得到了一定尺寸范围内材料的等效热导率,分析了材料密度、颗粒接触面积、材料比表面积等因素对材料等效热导率的影响。结果表明:存在使气凝胶等效热导率取最小值的最佳密度;在一定的密度范围内,孔隙率一定时,材料的等效热导率随比表面积的增大而减小;颗粒间接触界面直径与固相颗粒直径的比值越大,等效热导率越低,在该比值一定时,气孔的尺寸和分布成为影响模型等效热导率的关键因素。 刘鹤 李增耀 胡子君 陶文铨混合气体在典型多孔介质内扩散过程的数值模拟 被引量:5 2012年 为研究孔径大小对扩散过程的影响及组分之间在扩散过程中的相互作用,采用Maxwell-Stefan模型对混合气体在典型多孔介质内的扩散过程进行了数值模拟.首先引用前人的实验结果验证了该模型及数值方法的可靠性.在此基础上,采用该模型研究了孔径大小对CH4/Ar二元混合气体在多孔介质内扩散过程的影响,以及CH4/Ar/H2三元混合气体在多孔介质内扩散过程中各组分之间的相互作用.研究表明:当孔半径小于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程随孔半径的增大而加快,当孔半径大于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程不受孔半径的影响;当不同组分之间的相互拖带作用大于自身的浓度梯度作用时,可能产生逆向扩散、局部压力回升现象;小分子较大分子扩散得快;Maxwell-Stefan模型能够有效地模拟多元混合气体的扩散过程. 谷伟 张虎 李增耀 陶文铨关键词:多孔介质 孔径大小 遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响 被引量:20 2014年 纯气凝胶对近红外波长几乎透明,遮光剂的加入可以显著抑制气凝胶的高温辐射性能。采用Mie散射理论计算出掺杂不同种类、粒径遮光剂时复合气凝胶的平均消光系数,从而比较它们的遮光效果。采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk TPS2500S导热仪测量了不同温度下复合气凝胶的热导率,获得了遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响规律,并与理论分析结果进行了对比。理论计算获得的不同温度下复合气凝胶的热导率与实验值符合良好,表明:在研究的范围内,掺杂的最佳遮光剂粒径在3.5μm左右;SiC的遮光效果比TiO2、ZrO2好;存在一个最佳的遮光剂体积含量(3.75%左右)使得复合气凝胶的整体隔热性能最好;所建立的理论模型可用来预测掺杂遮光剂的影响规律。 方文振 张虎 屈肖迪 何雅玲 陶文铨关键词:气凝胶 遮光剂 MIE散射 瞬态平面热源法 纳米多孔材料 质子交换膜燃料电池动态响应性能实验研究 被引量:6 2016年 本文实验研究了质子交换膜燃料电池负载变化时的动态性能,分析了氧气计量比流量和流场板结构的影响。结果表明,在本文的操作条件下,燃料电池动态响应能力的控制因素为质子交换膜水含量及液态水传递过程。随着氧气计量比流量的增加,电池性能及动态响应能力提高。采用不同流场板结构时,在输出电流较小的运行区间,平行流场板电池性能较好,随着平行流道数目减少,电池性能逐渐变差。 曹涛锋 丁靖 母玉同 何雅玲 陶文铨关键词:质子交换膜燃料电池 动态性能