摘要：基于参数化设计和模拟方法,采用VB开发了放射状散热器参数化设计模拟软件,可自动生成高质量的六面体网格和进行数值计算.利用该软件快速对风扇散热器组件的结构参数进行性能分析和讨论,加深了对风扇散热器组件各主要参数在散热器整体性能中影响程度的认识.采用并行计算流体力学方法,基于组合优化策略以熵产最小为目标函数对多参数结构风扇散热器组件进行优化,曲线型散热器优化结果比初步设计方案的性能提高了7%.

摘要：根据热力学第二定律,提出采用多目标优化方法对飞机环境控制系统进行最小熵产分析.选取起飞、加速爬升和高空超音速巡航为设计点,以系统熵产最小为目标函数建立优化模型,并进行了优化计算,分析了热交换器流比、引气流量、涡轮和压气机压力比在不同飞行阶段对系统熵产的影响.为克服在不同飞行阶段使系统熵产减小对设计变量的要求不一致的问题,将各设计点系统熵产最小作为不同目标函数建立多目标优化模型,并应用NSGA-Ⅱ算法进行优化计算得到了非劣最优解集,在此基础上进行方案决策.仿真结果验证了方法的有效性.

摘要：为了使设计工况下匹配的增压器性能更优从而提高系统能量利用率,针对自由活塞发动机匹配的电动压气机,采用遗传算法对原压气机进行了优化,研究了优化前、后压气机内部流场特性,以熵产分析的方法量化了3种不可逆因素导致的流动损失,并将优化前、后压气机熵产和涡度分布对比分析,进一步明确了压气机的优化策略.结果表明:叶轮和扩压器中湍流耗散、传热耗散和黏性耗散的比例近乎为6∶3∶1.不可逆损失主要集中在叶顶间隙和叶片压力面,损失来源为间隙泄漏流与部分主流掺混形成的反向涡团.压壳中湍流耗散占比超过85%,具体表现为局部损失和沿程损失.优化后压气机等熵效率提高了6%,流道内涡团的范围、幅值大幅减小,不可逆流动损失降低.上述工作揭示了压气机流场中不同耗散机制的不可逆因素对能量损失的影响机理,为压气机气动优化设计提供指导.

摘要：从热力学第二定律出发,将普适体系的熵产表达推广于降膜蒸发过程熵产分析并得到熵产计算式.引入单位熵产数并得到Reynolds数大于1450(cpμ/λ)-1.06(0.5-0.25ω)-1情况下和Reynolds数之间的定量关系,据此揭示了降膜蒸发过程熵产随降膜管内液膜厚度减小先降低再增大的规律,对应存在最小熵产数.与30×2×6000传热管内磷酸降膜蒸发实验数据对比结果吻合良好,表明本文熵产计算式可以根据过程的热力参数表达降膜蒸发过程的熵产规律,对过程强化和提高热力学效率具有实际指导意义.

摘要：将熵产理论引入翼型的多目标气动优化设计,通过理论推导湍流流场熵产率计算公式,进而阐述熵分析方法在翼型气动优化中的作用。通过CST参数化方法对翼型进行参数化建模,并将多目标优化算法与CFD计算耦合起来,计算翼型升阻比和流场熵产率,建立一种以最大升阻比和最小熵产率为目标的翼型优化方法,进而得到优化翼型的Pareto解,并与传统翼型优化方法进行对比。与初始种群相比,优化翼型具有更优的气动性能,在升阻比提高的条件下,流场熵产率减少,能量效率提高。采用多目标遗传算法得到的非支配解集分布均匀,质量较高,设计者可以根据设计需要选择具有相对低熵产的一组翼型来改善空气动力性能。结果分析表明,本文所建方法具有较强的全局收敛性,具有一定的工程应用前景。

摘要：建立篦齿熵产分析的数值模拟方法并经试验验证方法的准确性,进而揭示了台阶式篦齿的倾角、齿顶宽度、齿高、台阶高度变化下的流动熵产机理及导致熵产的主要流动特征。在此基础上最终从系统熵产视角对篦齿进行优化和特性分析。结果表明:篦齿齿顶区域相对耗散强度较大,导致该区域存在的齿顶涡具有较强增阻作用,对于提升篦齿局部熵产,降低系统熵产有重要作用。通过主动构造齿顶涡(增阻涡)可以实现增强篦齿局部熵产、减小泄漏量的设计目标。优化后的台阶式篦齿结构较初始台阶齿的封严性能提升24%。

摘要：随着仿生学的发展,仿生技术具有较好的减阻、传热效果。受自然界鱼鳞启发,本文提出了3类仿生强化传热管,通过数值模拟研究了湍流状态下(雷诺数Re在15700~62900范围内)仿生强化传热管不同深度、间距和角度对管内流体流动传热特性的影响。结果表明,3类仿生强化传热管均具有良好的强化传热效果,深度越大、间距越小、角度越小,则强化传热效果越好。相同条件下,对仿生强化传热管综合性能和熵产进行分析发现,类型2仿生强化传热管的综合性能最优,其评价准则数(PEC)最大,功率损失最小。

摘要：为揭示旋流泵运行过程中的能量损失特性,通过数值模拟的方法分别对60%,100%和120%设计流量工况下旋流泵的内部流场进行分析和研究,同时基于熵产理论对旋流泵各个过流部件的流动损失进行定量分析.结果表明:旋流泵在运行过程中总熵产先减小后增大,其中能量损失最大的区域是无叶腔和后腔部分,约占总熵产的70%以上.叶轮区域的熵产随着流量增加逐渐增大,设计流量、大流量工况下叶轮区域的熵产占总熵产的比例超过20%.进口延长段区域的熵产随流量增加逐渐减小,设计流量、大流量工况下熵产占比低于1%.流场分析显示,在小流量工况下,蜗壳隔舌前端和进口流道有明显的大尺度涡团和回流.设计流量、大流量工况下流动不稳定区域主要集中在叶轮区域,该区域涡核几乎充满所有流道,且有大量旋涡产生造成流道阻塞和回流.研究结果能够为旋流泵的优化设计提供一定的参考.

摘要：为探究水泵水轮机组因频繁改动活动导叶开度而引起的机组不稳定运行机理,基于熵产理论与涡量理论,采用数值模拟与试验相结合的方法,针对水泵水轮机小流量、高效率和大流量这3种工况开展能量损失特性分析.结果表明:随着活动导叶开度的增加,转轮区域总涡量值增大,高涡量值分布区域及主流区熵产率先减小后增大,壁面熵产率增大;能量损失与流态紊乱程度呈正相关,转轮区域的旋涡流、冲击、摩擦等现象是引起能量损失的重要原因.对相同工况模型进行试验,其结果与数值模拟结果类似,此研究结果为水泵水轮机的设计与效率提升提供了重要依据.

摘要：部署在开阔水域的潮流能水平轴水轮机经常不可避免处于偏流中并造成一定的负面影响,为了研究其在偏流条件下的熵产及水力特点,通过求解雷诺平均(RANS)方程并结合熵产理论对一水平轴潮流能水轮机进行了三维数值模拟研究。结果表明,随着偏流角的增大,涡轮机的输出功率及推力逐渐减小,最高点所对应的尖速比(TSR)逐渐向低位移动,同时输出功率及推力的波动幅度变大。在相同的偏流角下,熵产随TSR的增大而增大。在不同的偏流角下,熵产在较低的TSR下随偏流角的增大而减小,而在较高的TSR下随偏流角的增大而增大。增加偏流角同样也会导致熵产波动幅度的变大。此外,流场分析表明偏流角决定了下游尾迹的偏转方向并显著改变了尾迹形状。大部分的熵产出现在水轮机的叶尖和轮毂后方,这是因为此处形成了较大范围的流动分离和涡流,这也是导致水轮机出现高熵产的主要诱因。研究结果揭示了水平轴水轮机在偏流条件下的熵产和水力特点并准确定位了熵产集中区域,为水平轴水轮机的优化设计提供了一定的参考依据。