一种改进的格子玻尔兹曼方法及其在流固耦合传热问题中的应用

含热源颗粒的方腔自然对流是一种常见的流固耦合热流动问题.本文提出一种使用分布函数修正的浸没边界格子玻尔兹曼方法来处理流固耦合和流场及温度场耦合问题,并把该方法运用到含移动热源颗粒的方腔自然对流的数值模拟中,分析了方腔内的速度,温度,热源颗粒的轨迹和受力,探究其热源颗粒对传热机理的改善,解决了含热源的自然对流情况下流固耦合传热问题.     

数字接收机ASIC封装芯片的热分析

该文介绍了数字接收机ASIC芯片的封装模型与工艺,分析了该芯片的散热模型与散热方式.通过ABAQUS软件,仿真分析了ASIC芯片在自然对流、空气强迫对流以及液冷三种散热条件下的温度分布,仿真结果为后续ASIC芯片的正常使用提供了可靠依据.     

基于圆环孔合成射流器的LED前照灯散热控制

采用实验方法明确圆环孔合成射流器的速度分布特征,利用参数化方法获得最佳散热距离,将其与发光二极管(LED)前照灯组合后采用实验方法明确合成射流器对LED前照灯的散热效果。基于大涡模拟对该部件的流场及温度场进行解算,在验证仿真方法有效性的同时明确温度及换热系数的分布规律。采用正交分解法对该部件流场及铝基板表面对流换热系数进行分析,表明壁面对流换热系数的分布特征及合成射流器的散热控制效果主要由流场中的大尺度涡结构所决定。     

脉管制冷机内自然对流影响的数值分析

通过对脉管内自然对流的数值模拟,在相同的冷、热端温度条件下,研究重力的方向对脉管内自然对流的流场、温度场及脉管内热交换的影响,并进行了对比分析。采用二维圆柱坐标,引入Boussinesq假设,计算稳态的自然对流。计算表明,冷端在下（冷面朝上）时,自然对流对脉管内的换热有抑制的作用,有利于保持两端的温差,从而使得在冷端与冷端温度相同、热端与热端温度相同的情况下,冷端在下时端部所需的导热量是冷端在上时的31％。这一结论与实验测试结果一致。所做的理论分析对脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

固壁辐射对轿车热舒适性计算影响的分析

采用SIMPLE算法、k-ε紊流模型,考虑了自然对流换热的影响,应用整体求解法计算气固耦合传热问题;讨论了固体壁面间辐射对计算的影响,结果表明,固壁辐射对处于低流速区域的壁面温度有较大影响,不应忽略。进、回风口的布置不仅影响车室内气流速度和温度的具体数值大小,而且决定了整个流场和温度场的分布结构。     

饱和氢气加注过程中低温贮箱降温特性及热应力分布的数值研究

为了获得低温贮箱在饱和氢气加注过程中的降温特性以及箱体壁面的热应力分布,通过计算流体力学软件FLUENT计算了一定加注流量下贮箱内部流体区域的流场、温度场和壁面内的温度场变化,分析了加注过程中贮箱内的流动特性和降温特性;采用单向流固耦合方法进行壁面热应力分析,得到了3种不同进、出口约束条件下热应力在壁面中的分布以及最大热应力随时间的变化情况,并分析了进、出口弹性支撑约束条件设置的合理性;考虑贮箱内的压力变化,进行了箱体壁面的综合应力分析。计算结果表明:加注过程可以分为3个阶段,前2个阶段贮箱内部的流场、温度场和壁面温度分布特性依次由入口强制对流和壁面自然对流单独决定,第3阶段由入口强制对流及壁面自然对流共同决定;在3种不同的约束条件下,箱体壁面中的最大热应力均出现在贮箱加注口和排气口处,在进、出口弹性支撑条件下,壁面最大热应力随时间先增大而后趋于稳定,在稳定应力状态下,热应力的存在使箱体壁面总应力增加了15%左右。     

极寒条件下油浸式变压器冷启动过程温度场和流场仿真分析

国内外针对极寒条件下变压器油纸绝缘的击穿特性研究已取得了丰富的实验数据,但对极寒条件下变压器冷启动过程中温度场和流场的研究较少。为探究极寒条件下油浸式变压器冷启动过程中温度场和流场的分布情况,本文以云南通变电器有限公司生产的SFZ11-10000/35型35kV油浸式风冷变压器为例,利用COMSOL建立其二维轴对称导热模型,对极寒条件下变压器冷启动过程中的温度场和流场进行仿真模拟,并设计实验验证了模型数值计算的正确性。仿真结果表明：冷启动过程中,铁芯和绕组上方形成多个小范围油流循环区域,随冷启动的进行小范围油流循环不断扩大并融合成一个大范围油流循环,420min以后温度场和流场逐渐趋于稳定,最高温度为64℃,最大速度为91mm/s,局部存在的较大温度场和流场梯度造成变压器内温度分布不均和油流不稳定现象的出现。     

开口空腔内湍流自然对流与表面辐射的耦合传热

对具有单个加热壁的二维方形开口空腔内的湍流自然对流与表面辐射的耦合传热进行了数值研究。结果表明,辐射强烈地影响腔内的流场及温度场,它既可增强也可减弱空腔的湍流自然对流换热;不同Rayleigh数和温差比下,空腔的总换热率及辐射所占份额均呈现不同的变化规律。     

快充条件下18650锂离子电池热-力耦合分析

为研究锂离子电池温升所产生的热应力和形变分布,建立了快充条件下18650锂离子电池的热模型,仿真得到不同环境温度下电池的温度场分布,并在此基础上建立顺序热-力耦合模型,进一步分析电池的热应力和形变分布.结果表明:随着环境温度增加,电池最高温度增大,温差减小,充电末期电池温度稍有下降且降幅随环境温度增加而减小;最大应力值出现在电池柱面外边中间部分,最小应力分布在轴向两端;最大形变分布在电池轴向两端,最小形变出现在电池中心区域;电池的应力和形变随环境温度增加分别呈减小和增大趋势.     

火灾下混凝土空心板的温度场

为了研究火灾下混凝土空心板温度场分布,基于流固耦合传热理论,采用流体动力学软件FLUENT,建立空心板混凝土和封闭空洞内空气耦合模型并进行计算.通过典型算例,对相同外形尺寸下混凝土实心板和空心板温度场的分布进行了比较;对空洞内空气的自然对流和内壁面间辐射换热进行了分析;同时考虑了内壁面取绝热边界条件的可行性.分析结果表明:延火1 h内,空心板与实心板温度场分布相近,随后差异明显;空洞通过内部空气自然对流与壁面间辐射换热对空心板温度场分布产生影响,并随延火时间增长而愈加明显;内壁面取绝热边界条件会高估空心板空洞附近的温度.空气一混凝土耦合传热系统模型可以解决常规单独计算混凝土空心板传热无法确定其空洞内边界条件的问题.     

用格子Boltzmann研究多孔介质内的自然对流换热问题

用格子Boltzmann方法研究了方腔内二维多孔介质由于不均匀温度分布产生的浮力效应而引起的自然对流传热问题.通过数值模拟得到了多孔介质内流体的流场和温度场.详细讨论了孔隙度对自然对流传热的影响,并对孔隙度变化情况下的自然对流传热问题也进行了探讨.研究结果表明,在孔隙度恒定,且Da数比较小(≤10-6)的情况下,当Ra数较低时,孔隙度对自然对流传热的影响很小,当Ra数足够大时需要考虑孔隙度变化的影响;而在Da数较大(≥10-2)情况下,孔隙度对自然对流传热的影响非常明显.在孔隙度线性变化情况下,中间孔隙度c对自然对流传热有一定的影响,且对流与传热随着c的增大而变得剧烈.     

高压喷射式熔断器的温升试验与仿真验证

由于高压喷射式熔断器是靠发热元件熔体来开断电路的,其发热计算对于熔断器的研发设计和性能改进都具有重要的意义。高压喷射式熔断器各部分的温升是兼具发热和散热的一个复杂过程,很难建立一个能考虑所有影响因素的解析公式,通过高压喷射式熔断器的温升试验和仿真研究,验证了各部分的温升特点及温升值最高点。     

可更换连梁保险丝抗震性能试验研究

连梁是联肢剪力墙结构中重要的耗能构件.传统的钢筋混凝土连梁破坏后修复或更换非常困难,代价昂贵.近年来,国内外学者提出了可更换连梁的概念,即在连梁的跨中设置一个耗能构件,称之为保险丝,通过保险丝的塑性变形耗散能量,而且在地震后对连梁的保险丝部分进行更换比较方便.鉴于连梁的保险丝对连梁的耗能有着决定性的作用,提出了3种不同类型的连梁保险丝,通过低周反复加载试验对这3种保险丝的抗震性能进行了全面研究,比较了3种保险丝的滞回性能、强度和刚度退化性能、耗能能力和疲劳性能.研究表明,3种保险丝各有优势,综合考虑保险丝2的抗震性能最优,并对保险丝1和3提出了相应的设计改进建议.     

基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算

多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-热-流耦合物理场有限元模型,将电磁场、温度场及排管内空气流速场耦合求解。首先通过求解电磁场计算电磁热损耗,然后作为载荷施加于传热模型进行温度场分布计算。该模型对电缆复杂的邻近效应、趋肤效应进行直接仿真计算,考虑了金属材料电阻率随温度的变化关系,且传热模型中耦合了空气自然对流、热辐射和固体热传导3种导热方式。利用所提模型对6种排列方式下的电磁热损耗和温度场分布进行计算;并利用二分法计算相应的载流量。结果表明,排列方式对电缆间的邻近效应有较为显著的影响,优化排列方式可降低电缆损耗、提升载流量。     

分离式热管小倾角蒸发段传热特性的试验研究

由于分离式热管蒸发段水平及小倾角布置的重要工程应用意义,在试验台上进行了1∶1的模型试验,对分离式热管蒸发段的传热特性进行了试验研究.试验确定了工作温度、热流密度、充液率、倾角等因素对传热特性的影响;用核态沸腾理论对蒸发管的换热特性进行了无因次分析,回归试验数据得到了无因次对流换热准则关系式,它与试验结果有很好的一致性,相对误差在15%以内.研究结果表明,随着热流密度的增加,换热系数增加;工作温度增大,换热系数也增大;倾角增加时,换热系数增大;合理充液率为65%~90%,在此范围内,充液率对换热系数的影响很小.此研究结果为大型小倾角布置的分离式热管换热器的工程设计提供了依据.     

基于不同对流下加热系统的数值模拟与实验研究

采用多孔介质导热方程、DO辐射模型以及标准κ-ε湍流模型,建立三维热物理模型。应用有限体积法计算了室内沙疗室气固耦合传热问题。首先在自然对流条件下,即沙疗室不开风扇、处于无风状态时,改变其加热方式,分别为单面加热和双面加热。对比分析不同加热方式下,空气层以及沙体层温度场的变化。其次在双面加热条件下,改变其对流方式,分别为自然对流与强制对流。对比分析不同对流方式下,空气层温度场、速度场的变化,以及沙体层温度场的变化。最后,通过实验加以验证。研究发现强制对流条件下的双面加热能够加快空气热对流速度及沙体传热速度,使沙体层温度分布均匀化,进而提高沙体的传热效率。     

铝电解槽壳垂直平板肋的传热模型

运用数值计算，研究铝电解槽壳垂直平板肋的稳态自然对流与表面辐射的耦合传热模型，求解肋板的温度分布、散热量等参数，对肋板性能进行分析，并进行现场实测检验·设计的数值计算程序能简单、精确、快速地计算电解槽垂直平板肋的散热量，程序计算所得结果比原来算法所得结果包含更多的信息量．     

圆内开缝圆不同开缝方向自然对流换热

采用SIMPLE方法对圆内开缝圆在不同开缝方向时的自然对流换热进行了数值模拟,根据数值结果,分析了开缝圆不同开缝方向的自然对流换热规律和特性.数值结果表明:采用SIMPLE方法的计算结果与已有文献相同工况的实验结果相吻合;同一开缝方向,平均当量导热系数Keqs随着瑞利数Ra的增加而增大.当Ra较小时,Keqs基本不随开缝方向的改变而变化;当Ra继续增大,同一Ra下开缝方向从竖直到水平随角度φ增大Keqs值变小;当Ra超过一个临界值时,Keqs数值结果出现了振荡,且这个临界值与开缝方向相关;研究水平开缝的圆内开缝圆自然对流换热,随着Ra的增加,能够获得稳定解、周期性振荡解及非周期振荡解,最终为混沌.     

垂直矩形封闭空腔内自然对流传热的数值计算

对由两个不同温度的垂直等温壁和两个绝热或导热的水平壁所组成的二维封闭空腔内的自然对流传热进行了数值模拟；分析了瑞利数（Ｒａ）及Ａ值（高宽比）对腔内温度分布和空腔传热性能的影响，并提出了传热系数关联式．此外对高Ｒａ下在空腔中心出现的“逆向温差”现象也作了合理的解释，并校核了由Ｅ．Ｒ．Ｇ．Ｅｃｋｅｒｔ和Ｓ．Ｈ．Ｙｉｎ 提出的传热状态分区图．