基于POD降阶模型的正弦波翅片扁管板翅式换热器流动与传热特性研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w527369
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
扁管板翅式换热器的结构设计及运行优化往往需要对多种参数同时改变的复杂计算工况进行数值模拟,而传统数值计算方法作为目前流动与传热研究领域的主要技术手段仍存在计算负荷大、效率低、与实际生产需求不符等一系列弊端,从而影响工业产品的设计效率。POD(Proper orthogonal decomposition,本征正交分解)降阶模型凭借其降阶求解以及无网格化的优势能够极大程度提高数值计算效率,但采用POD方法的已有研究主要集中在结构较为简单的理想化模型,对于物理结构以及数学描述更为复杂的正弦波翅片扁管板翅式换热器流动与传热特性的POD分析,还未见报道。因此,POD降阶模型的应用、改进及推广具有重要的工程实际意义。本文相较以往研究,建立了对分析不同类型的正弦波翅片扁管板翅式换热器流动与传热特性适用性较强的POD降阶模型,对比分析了POD降阶模型应用于复杂流动与传热现象的可靠性和经济性,并对POD降阶模型的工程应用前景作了进一步探讨。主要工作为:(1)采用FVM(Finite volume method,有限体积法)计算结果作为POD降阶模型的高阶样本数据,并采用壁面平均努塞尔数、空气侧压降以及强化传热JF因子作为换热器性能的评价指标,对不同翅片类型的扁管板翅式换热器流动与传热特性进行定量分析以及结构优化设计;(2)基于适体坐标变换理论,建立了适用于多种型式正弦波翅片扁管板翅式换热器的适体坐标,采用SVD(Singular value decomposition)分解获得较高平均能量的模态以求取POD降阶模型的基函数;并通过一元、二元以及三元线性插值的方法分别求取了POD降阶模型的谱系数;(3)基于求取的POD降阶模型基函数和谱系数,对3种不同的参数变化形式(单参数、双参数和三参数变化)分别构建POD降阶模型,并对POD重构物理场与FVM数值结果作了计算相对偏差及计算效率的对比分析,进而考查POD降阶模型的可靠性和普适性。研究得到:采用相同的方法求取谱系数和基函数得到POD降阶模型对物理场分布的预测精度随空气侧雷诺数的增大呈下降趋势;单参数和双参数变化时POD降阶模型重构温度场与FVM计算结果的相对偏差集中表现在正弦波翅片表面区域,且沿主流方向呈减小趋势,两种方法所得速度分布的差异主要集中在主流区域;相对其余两种参数变化形式,三参数变化时POD降阶模型对正弦波翅片扁管板翅式换热器流动与传热特性的预测精度较低;将POD降阶模型应用于正弦波翅片扁管板翅式换热器性能优化设计计算,能够极大程度地提高计算效率、降低计算成本,三参数变化时的计算效率相对单参数和双参数变化有所下降,但其计算耗时仍远远低于FVM方法。本文基于POD降阶模型对多种类型正弦波翅片扁管板翅式换热器流动与传热特性进行研究,对于提高工业生产中流动与传热计算效率具有重要的指导意义,同时也大大拓展了POD降阶模型的应用范围。由于本研究严格控制了参数变量的个数和取值范围,所得结论有一定的局限性,对于结构和数学描述更为复杂的降阶模型构建,还需要从POD关键技术开发、适体网格生成以及降阶模型建立的手段等方面进行突破。
其他文献
作为速度为250km/h以上的旅客专用运输系统,高速列车近年来因其速度和生态友好性而越来越受欢迎。目前,我国在高速铁路建设上居于世界前列,然而关于高速列车动力学模型的完善和相应的列车控制系统的研究还需要进一步提高。建立更符合实际的高速列车动力学模型来准确描述其动态运行特征,研究更加高效安全的列车控制系统来实现准确跟踪具有重要意义。本文主要研究动车组协同巡航控制问题,分别针对单动车组和动车组群系统模
近十几年,我国形成了贯通东西南北的高速铁路网。铁路的建设离不开桥梁的联系,尤其是在地形复杂、山高坡陡的西部地区,特殊的地形决定了桥梁多为高墩大跨度桥梁结构,其中刚构—连续梁桥最为常见,由于地形的限制,这类桥梁的墩高、跨度和各墩高差往往较大。随着墩高和跨度的不断增大,以及地震带分布广泛的严重威胁,使得这类高墩大跨桥梁的结构与运营安全正面临着严峻的挑战。因此,急需开展铁路高墩大跨桥梁的易损性研究。本文
随着我国城市化进程的快速发展,工业排放和汽车尾气等一系列因素对环境造成了一定程度的污染,使得雾、霾等恶劣气象条件的发生概率大幅增加。在雾天中,空气中悬浮着大量气溶胶形式的颗粒以及微小粒子,其产生的散射和吸收作用严重干扰了光线在路径中的传输过程,而户外视觉成像系统在雾气环境中的工作效率受到限制,不利于后续对图像分类分割,目标识别检测,自动驾驶等任务的处理。因此优化计算机采集系统在雾天条件下的成像质量
无背索斜拉桥结构新颖,外观优美。随着社会的不断发展,人们对桥梁的跨径要求不断提高,因此有必要对无背索斜拉桥的跨径限制因素及合理结构参数做出研究,在合理结构参数的范围内探索无背索斜拉桥的极限跨径,拓宽该类桥型的适用范围。本文以甘肃省境内某桥梁为工程背景,对无背索斜拉桥跨径限制因素及合理结构参数开展了相关研究。(1)基于荷载平衡理论及索膜假定,考虑斜塔倾角因素,推导多种索面布置下的主梁轴力解析式,并与
根据城市轨道交通的规划和建设的初衷,轨道交通建设期间必然对城市核心区的正常生产生活带来各类不同程度的负面影响,相较于其他工程类型,轨道交通具备建设规模大、社会影响广泛、工期一般较长、制约因素多、资金投入大等特点,加之工程本身建设存在安全风险隐患,再者与周边施工环境的诸多复杂情况交织,城市轨道交通施工期的各个环节风险控制和管理则显得十分重要。由于城市轨道交通施工大多处于城市繁华地段,与周边环境(如管
作为国家级非物质文化遗产的上党梆子,是“山西四大梆子”①之一,主要流行于山西省东南部太行山一带的上党地区。其自形成以来,曾在当地人们的历史社会生活中占据和发挥过重要的地位与作用。而上党梆子的传承与发展,离不开历代表演艺术家的杰出贡献。目前,上党梆子国家级代表性“非遗”传承人有六位,分别为马正瑞(已故)、吴国华、张保平、张爱珍、郭孝明和张志明。其中,张爱珍与郭孝明对上党梆子在新时代的传承与发展做出了
学位
学位
短时客流预测对城市轨道交通系统运力资源配置和运营组织等决策具有重要作用。由于节日期间旅游、探亲等出行活动的影响,城市轨道交通枢纽类、旅游类站点节日期间进站客流量相比平日大规模增长,且体现出较强的瞬时性、突变性特征。此外,节日短时客流预测过程面临历史可用样本少的问题。为了确保节日期间车站运营过程的安全、提高客流疏解的效率,有必要研究和探索节日期间站点进站客流短时预测模型。论文以西安地铁四个不同类型车
随着社会经济及电子商务的快速发展,仓配一体化服务模式成为现代商贸流通的主流,仓配一体化企业在城市配送中也扮演着日益重要的角色,这种服务模式协调仓内分拣和仓外配送的多个物流环节,可以满足不同客户小批量、高频次的城市配送需求。越来越多的品牌商、零售商、电商企业为了降低自身的生产成本,积极寻求与仓配一体化企业的合作。如何为客户提供专业的仓库管理和高效的配送服务,是仓配一体化企业亟待解决的问题。传统车辆路