基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析

基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.     

浮空器副气囊体积对环境适应性的影响分析

副气囊是浮空器的重要组成部分,其内部填充空气,通过充气或放气维持浮空器气囊内外压差在安全范围内,从而保证浮空器在空中长时间连续安全地工作。本文通过理论推导,建立了浮空器副气囊体积的数学模型,并对浮空器副气囊体积对环境适应性的影响进行了仿真分析。结果表明,本文方法对浮空器副气囊的设计有一定参考价值。     

浮空器载荷舱热特性研究

根据浮空器的特点,分析了其载荷舱内的基本传热途径,建立了自然对流与辐射耦合传热问题的三维稳态数学模型,运用CFD软件进行数值模拟,得到了舱内气体的温度和载荷的表面温度,为载荷舱热特性的进一步研究奠定了基础。     

平流层飞艇太阳能电池热性能数值模型

平流层飞艇太阳能电池的温度对电池转化效率有着显著的影响;同时在正午时分可能对飞艇蒙皮以及内部浮升气体的温度造成不利的影响,并恶化飞艇的"超热"、"超压"现象。因此,很有必要对平流层飞艇太阳能电池热性能进行分析;但是相关研究却不是很全面。建立了平流层飞艇太阳能电池热性能分析数值模型,包括太阳能电池的太阳辐射模型、多层热传递模型。基于该数值模型,开发了MATLAB仿真程序。设计并开展了飞艇太阳能电池温度地面测试试验,对所建的热模型进行了验证。在研究过程中,分析了太阳能电池在一天内的温度变化情况。此外,详细讨论了日期、隔热层、太阳能电池外部封装层透波率以及风速等因素对于太阳能电池温度的影响。可以为平流层飞艇太阳能电池的设计提供有用的参考信息,为平流层飞艇热控制及热设计提供依据。     

平流层飞艇光伏电池传热特性

太阳能是平流层飞艇的理想能源,其热特性与飞艇浮力,蒙皮强度息息相关。准确预测飞艇的温度场是飞艇设计的重要步骤,但现有研究缺乏对太阳能电池的热特性分析。本文提出了一种包括太阳辐射,天空、地面长波辐射,蒙皮红外辐射和对流换热的飞艇模型,将几何模型离散化,编写C++程序计算了和分析了光伏电池的转化效率,吸收率、发射率、热阻和飞艇朝向对飞艇热性能、光伏阵列输出功率的影响。结果表明,较大的光伏阵列转化效率,发射率和等效热阻有利于改善飞艇“超冷”和“超热”现象的改善。光伏电池的辐射特性对光伏电池和氦气温度的影响最大：吸收率从0.5增加到0.9,主氦气囊昼夜温差升高约11.2K,光伏电池最高温度升高约29.8K;发射率0.1增加到0.9,主氦气囊昼夜温差降低约15.3K,光伏电池最高温度降低约50.2K。本文计算结果为飞艇的热稳定性的优化提供参考。     

等离子体射流中陶瓷颗粒的运动与加热

以格子Boltzmann等离子体射流模型和颗粒运动随机算法为基础，采用气态非平衡热传导方程计算颗粒表面和内部温度变化，对等离子体射流中陶瓷颗粒的热运动进行了数值模拟．模拟结果表明，陶瓷颗粒在等离子体射流中加热时颗粒内部可能出现相当大的温差，此温差取决于所经过的等离子体温度，陶瓷颗粒表面温度可以高于也可以低于中心温度。离喷枪出口越近，沿射流横截面颗粒群平均速度和平均温度波动越大，波动较小的高速区滞后于波动较小的高温区，     

基于FLUENT的TIG焊三维熔池热场与流场的数值模拟

用FLUENT软件对TIG焊三维熔池进了数值模拟,考虑熔池金属流体的湍流、相变潜热、材料热物理性能参数随温度变化等问题。结果表明,FLUENT可以很方便地对TIG焊接过程进行数值模拟,给出的可视化图形结果可以直观地显示熔池内部热场与流场的分布状况。对研究和指导焊接过程具有积极的意义。     

低层近空间飞艇热环境数值模拟

为建立低层近空间飞艇平台各种传热模型,利用FLUENT中的太阳加载模型,综合考虑太阳辐射、环境温度、风速等因素的影响,开发了平流层中飞艇环境温度和风速的UDF程序,建立了平流层太阳能飞艇传热模型.研究结果表明:飞艇表面及艇内平均温度会随风速的增加呈现下降趋势,但随着风速的进一步增加,温度下降趋势减缓.该结论说明采用数值模拟飞艇热环境是一种经济而且可行的方法,此规律可为真实飞艇的囊体材料热防护和飞行控制实验提供一定的理论参考依据,必将很大程度的降低平流层飞艇的研发费用和周期.     

数据机房热管散热器结构设计与性能分析

该文设计了一种用于数据机房散热用的热管散热器,建立了数值分析模型,通过热分析软件ICEPAK,对其使用时的温度分布、流速分布进行了数值模拟分析。采用热力学理论,对其换热性能进行了计算,得出其换热功率可达900～1000W。并通过试验进行了验证。     

多管火箭武器伺服控制系统的热设计仿真

为了对某多管火箭武器伺服控制系统的温度进行控制,建立了火箭武器伺服控制系统热分析模型,应用有限体积法模拟和优化了伺服控制系统的内部结构参数对自然对流的影响,获得了控制柜内的温度分布,对数值模拟结果进行了实验验证.结果表明:控制柜内的平均温度下降约20%,数值模拟结果与实验值吻合,说明该文的模拟和优化分析方法切实可行.     

平流层飞艇热力学建模与仿真研究

文章基于对飞艇热状况形成机制的分析,建立了针对临近空间飞艇的热力学模型,主要有对流换热数学模型和辐射换热数学模型,并编写了热特性仿真计算软件,对飞艇在巡航阶段艇内气体温度变化进行仿真分析。结果显示:平流层飞艇氦气平均温度的变化主要受太阳辐射强度的影响,夜晚较低,白天较高,温差约为55℃;副气囊空气温度的变化趋势基本与氦气一致,且氦气和空气最大超热都超过40℃。     

微铣刀磨损对工件温度场影响的数值模拟

针对微铣削加工过程中的温度难以准确测量和精准控制的问题,主要从温度的角度出发建立了有限元数值分析模型.选取ALE自适应网格技术和热-机耦合方法,按照实际情况合理设置所需参数,并结合刀具磨损后其微切削刃半径变大这一重要条件,对工件温度变化的影响进行了数值模拟仿真.数值仿真结果表明:工件各温度区的温度变化趋势基本符合实际的微铣削加工过程温度场的变化趋势.这一数值分析结果将对微铣削实验加工有一定的指导意义.     

围合式建筑布局形式冬季的附加节能效应

相对于行列式建筑布局形式,围合式建筑内部庭院空间的空气环境受外界环境影响较小,建筑物附近局部空间的空气温度介于大气与室内空气之间并且气流速度较小,这将使得供暖建筑的热损失减小,从而产生相应的附加节能效应.通过对全围合建筑内部庭院空气温度进行实测,分析了其温度分布特征,利用数值模拟计算方法给出了不同围合程度建筑布局的附加节能效率,实测和模拟结果均显示了围合式布局可能带来的附加节能效果.     

开式机箱电子设备热设计的数值研究

基于电子设备热分析与热设计的前端设计思想，应用现代计算流体技术和数值传热技术对某一开式机箱内的电源器件和电路板表面的热行为进行了数值计算，获得了现有设计条件下设备内部电源与电路板表面的温度分布及平均温度水平；同时模拟了机箱内冷却气流的流动状态，给出了不同剖面上的流场分布和温度分布，分析和讨论了计算结果，为优化和改善所研究设备的热设计方案提供了理论依据。研究表明，电子设备的前端热设计与以往的热设计相比具有操作方便，省时全面的特点，有利于方案优化，有助于缩短电子产品的开发周期和降低设计成本。     

基于接触热阻模型的笔记本电脑散热性能分析与优化

为改善笔记本电脑表面温度高、热流密度大等问题,基于接触热阻理论建立了某笔记本电脑的数值分析模型,并对其内部温度场和气流场进行数值模拟,对散热结构进行优化.采用热成像仪、热电偶对其温度场和关键点温度进行实验验证.结果表明:原样机的进风口和热管设计不合理,不利于芯片散热.通过调整笔记本电脑进风口位置使其内部流场更加合理;改变热管布置解决了热量集中的问题,CPU的最高温度降低了6.0℃;优化散热肋片的尺寸,有效地提高了系统的散热能力.研究结果对笔记本电脑以及其他电子产品的散热设计有很好的参考价值.     

燃烧室偶合系统不稳定传热的数值分析

本文在轴对称不稳定热传导有限元分析模型的基础上,提出了一个内燃机燃烧室的活塞与缸套偶合系统的不稳定传热数值分析模型。该模型考虑了在燃气与边界的对流和热幅射非线性热交换条件下运动着的活塞、活塞环、缸套和润滑油膜之间在传热过程中的相互作用和影响,可以预测上述系统各部分的温度波动分布、瞬态温度场以及瞬态热流分布。     

漳州盆地深部岩层温度数值模拟及热储量估算

分别采用一维和二维热传导数学模型,对漳州盆地典型区域深部温度进行了数值模拟,并进行了热储量的初步估算。首先由实测样品数据得到地表生热率和热导率等参数,再由所得地表生热率计算深部生热率,依据地球物理勘探解释结果,给出地层结构和厚度等参数。然后分别利用一维分层热传导模型和二维稳态热传导模型进行数值模拟,得到不同条件下5 000 m以浅不同深度的温度值。最后基于数值模拟参数,给出了研究区分层热储量的计算结果。     

矩形水箱保温过程数值模拟与试验研究

文章对矩形太阳能蓄热水箱在保温过程中的温度场进行了数值计算,并对水箱内部流体出现的温度分层现象进行了试验研究。数值计算和试验结果表明:矩形水箱在蓄热结束后,其内部流体已经形成一定的温度梯度;在38h试验时间内,水箱中下部温度分层良好,即水箱内部流体各测点温度均没有出现较大的温度波动,基本呈线性下降趋势。壁面的对流换热以及顶部检修口的漏热,是水箱内部流体温度分层现象产生的主要原因。依据试验数据并结合工程实际,该文提出了太阳能蓄热循环温差设置的改进方式。     

斯特林发动机热力循环的分析方法

基于机械损失以及加热器和冷却器的温度校核,对斯特林发动机循环的二阶分析法进行修正。以斯特林发动机为模拟对象,数值模拟了GPU-3斯特林发动机内部的交变流动和换热过程,得出其内部压力、温度、速度、功率和效率等参数的变化规律。数值模拟结果与NASA给出的测试结果进行比较,两者结果符合。运用修正后的二阶分析方法,分析了发动机转速、工质以及平均压强对发动机输出性能的影响。该修正后的二阶分析方法功率误差均小于20%。该分析方法为斯特林发动机的优化设计和工作特性分析提供一个有用的工具。     

动态光热参数情形下激光牛肌肉组织光热响应模拟

以牛肌肉组织为模拟对象,考虑到其光热光学和热学参数对温度的依赖性,运用有限元方法模拟了激光在牛肌肉组织中的传输以及动态热响应过程.通过数值求解热传输方程,得到牛肌肉组织内部的温度场分布,并与静态光热参数情形下的结果进行了比较.结果表明:若不考虑光学参数以及热学参数随温度变化的影响,将高估牛肌肉的温升;与热学参数相比,动态光学参数更大程度地影响牛肌肉组织的温度响应;在激光辐照的过程中,牛肌肉组织表面附近将会形成一个光学屏障,影响组织表面和内部的光子数分布,该结论通过Monte-Carlo方法模拟组织内部光子数的分布情况得到了验证.