油浸式变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法研究

介绍了一种基于有限元法的变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器二维模型,采用有限元法求解变压器内磁通密度分布;并计算变压器铁心及绕组损耗。随后,采用多物理场间接耦合方法将损耗作为热源加载条件求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流速度及温度分布。对35 kV油浸式变压器进行二维电磁-流体-温度场分析,将温度仿真结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了方法的有效性和正确性。     

基于格子玻耳兹曼的等离子射流场数值模拟

采用格子玻耳兹曼(LB)方法建立了等离子射流温度场和速度场的计算模型，与传统数值方法相比，LB方法具有直观的物理背景．用正六边形7-bit网格划分计算区域，通过选取适当的两套平衡分布函数和采用Chapman-Enskog展开及多尺度技术导出了等离子射流场的宏观方程，并将计算结果与已有文献的实验结果进行了比较，验证了计算模型的有效性；计算结果表明，减小紊流粘度可以提高射流的能量密度和有效长度．     

基于旋转弱耦合与强耦合计算方法的大型汽轮发电机转子流体场与温度场研究

针对大型空冷汽轮发电机转子旋转状态下,转子内部流体流量和转子线圈温度难以准确测量的问题,对转子内部流体流动规律和温度分布进行了流体场和温度场研究.以一台100MW空冷汽轮发电机为例,建立了三维流体与传热耦合计算模型.基于旋转弱耦合与旋转强耦合两种有限元计算方法,对该发电机的转子进行流体场和温度场计算.弱耦合计算方法主要根据流体流动的伯努利方程与计算流体力学相关方程联合求解,强耦合计算方法主要通过计算旋转流体力学方程求解.研究了转子额定励磁电流,转速3 000r/min时,转子内部通风道流体温度与转子绕组温度的相互关系.并将两种计算方法对同一转子的流体流量和线圈温升结果做了对比分析,最后将两种计算方法所得的转子线圈温度计算结果与试验实测结果对比.结果表明:弱耦合计算方法与实测值误差为4.6%,强耦合计算方法与实测值误差为2.6%,两种计算方法均能满足工程计算的误差要求,旋转强耦合计算方法计算精度高于旋转弱耦合计算方法.     

方腔内20～720 K温差下自然对流变物性模型

提出了适合于在温差20～720K下层流自然对流计算的变物性流体模型.在不可压流体模型的基础上,该模型考虑了流体密度、粘度和热导率随温度的改变.开发了非均匀同位网格下的SIMPLEC修正算法.用该模型对20K和720K温差下和不同Ra数(103～105)下的方腔内自然对流问题进行了数值计算,得到速度场分布、温度场分布和热壁处平均Nu数.计算结果与基准解,以及与基于Boussi-nesq假设的不可压流体模型计算结果进行了比较,验证了该模型及算法是行之有效和简单的.     

场协同下板翅式换热器效率的研究

在对板翅式换热器的传热与流动进行分析的基础上,对Prasad的模型进行了改进,通过数值计算得到了温度场分布.在错流情况下与试验结果进行了比较,二者比较相符.利用场协同原理,研究了不同的流道布置下板翅式换热器的温差均匀性因子,结果表明:不同的流体组织结构的变化,使得换热器的速度场和温差场的协同性不同,直接带来温差均匀性因子不同,从而导致换热器的换热性能的改善或恶化.     

永磁电机温度场分析基础

采用流体场与温度场耦合的求解方法,建立温度场计算模型,对永磁电机内的流体以及温度分布特性进行研究.首先推导出导热微分方程,然后结合温度场求解过程中边界条件的分类和确定方法,通过对导热微分方程的离散,最终推导出温度场求解总体合成方程.     

用低雷诺数NH模型模拟室内混合对流气流组织

利用标准两方程模型、低雷诺数NH模型,分别对室内空气流动换热的速度场、温度场、湍动能场进行了模拟,将计算结果与实验结果进行了对比分析.研究表明,低雷诺数NH模型能对室内空气流动换热的速度场、温度场、湍动能场进行较好的数值模拟,标准两方程模型的模拟的准确性较差.     

氧气高炉多流体数值模拟与分析

为研究不同氧气高炉操作流程及操作参数对高炉内部过程产生的影响,预测氧气高炉流程各参数的变化规律,基于多流体理论、冶金传输原理、冶金反应动力学与热力学理论以及计算流体力学建立了普通高炉多流体模型,并在此基础上修改边界条件及内部相关参数,建立氧气高炉多流体数学模型。通过建立的模型分别对普通高炉和气化炉氧气高炉(GF-FOBF)流程中的氧气高炉进行了模拟计算,得到两种工艺流程下高炉内温度场、浓度场和速度场等典型参数的分布情况。通过对计算结果的对比,分析了氧气高炉操作条件下炉内状态的主要特征和相对于普通高炉发生的变化,发现氧气高炉内部速度场、温度场均发生变化,特别是气相组分的均匀分布问题明显。本模型可为氧气高炉流程试验及流程开发提供参考。     

灯泡贯流式水轮发电机通风冷却的计算研究

本文采用多学科理论和数值计算相结合的方法,从损耗的角度对灯泡贯流式水轮发电机内部流体场和温度场的耦合关系进行研究,建立了灯泡贯流式水轮发电机三维流体场和温度场的数学模型,采用有限元法计算灯泡贯流式水轮发电机的流体场、温度场,以及二者的耦合关系,为灯泡贯流式水轮发电机的通风冷却系统的设计以及结构优化设计提供了理论依据。     

管内切向三维紊流旋流流动和传热数值研究

在引进先进的通用化CFD软件(PHOENICS)的基础上,采用目前工程实际中应用最广泛的K-ε湍流模型,通过编制PHOENICS输入文件Q1,对直管内切向旋流湍流的压力场、速度场、温度场和密度场进行了数值模拟,开发出能够计算直管内三维可压缩流体有粘切向旋流紊流流动和传热的一些有价值的结果.     

钨极氮弧焊焊接电弧数值分析

以直流钨极氮弧焊电弧为研究对象，根据磁流体动力学理论构建轴对称两维数学模型，建立模型时考虑阴极的几何形状，在此模型上对氮气保护TIG焊接电弧进行数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布规律显示氯气电弧的最高温区出现于近阳极区域，这个结果与试验情况相当吻合，并与相同条件下氩气电弧的温度场进行了比较．在此基础上对电弧压力和电流密度以及等离子速度场进行了模拟分析；同时分析了不同电流和弧长对等离子流速度分布的影响，结果表明等离子体速度值随着电流的增加而增大。随着弧长的增加而减小．     

直流电弧炉炉内熔体温度场及流场

通过将麦克斯韦方程、纳维-斯托克斯方程及能量平衡方程相结合,提出了一个描述单电极直流电弧炉炉内熔体温度场及流场的数学模型。通过实验室规模的直流电孤炉的温度实测和模型计算表明,熔体内的温度分布是均匀的,电弧附近的一定区域除外;熔体的流动是高度紊流的;操作电流为0.8～1.2kA时,热浮力是控制熔体流动的主导力量。     

电力变压器铁芯温度场的数值模拟研究

变压器铁芯温度场是比较典型的流体-构件耦合场.本文系统论述了这种耦合场的数值模拟方法,对铁芯工作磁密、油道尺寸、油流速度、进油温度等影响铁芯温升的因素进行了分析计算.试验结果表明,适当提高工作磁密、合理设计油道尺寸、综合考虑油道设置、尽量采用较高油流速度和较低进油油温对提高变压器运行效益、降低铁芯温升是有实际意义的.     

焊接速度对GTAW三维温度场影响规律的数值分析

基于有限元软件SYSEWELD,采用双椭球体热源模型,建立了运动电弧作用下的GTAW焊接不锈钢薄板三维瞬态焊接热过程的数值分析模型。利用所建模型,预测了焊接速度对三维焊接温度场与熔池形状参数的影响,并进行了试验对比。计算所得焊接温度场与熔池形状特征参数随不同焊接速度的变化规律与实际情况基本一致。     

底吹电弧炉熔池流动状态的解析

采用激光多普勒测速仪测量底吹电弧炉熔池在中心底吹和内三孔底吹两种布置方式下，气体搅拌熔池水模型的速度场，利用ＳＩＭＰＬＥＣ算法计算两种底吹布置方式下水模型流场，结果表明：内三孔布置方式下的流场分布优于中心布置方式下的流场分布。     

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟，得到了流速与换热系数的关系，以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场，并首次利用场协同原理进行了分析。结果表明：当流速很低时，速度与换热系数几乎成线性变化，场的协同性很好；随着速度的增加，场的协同性变差，换热系数随速度增加的程度减弱。     

Biot理论的数值研究

本文用数值计算方法研究了流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论。分别在80Hz、20kHz、500kHz频率下计算了多孔介质的孔隙度、渗透率、流体粘度和孔径大小对三种体声波波速和衰减的影响。计算结果表明,各种波的波速均随孔隙度有较大变化。渗透率、流体粘度和孔径的变化对声速几乎无影响。但当声波频率为80Hz时,除孔隙度的变化对声波的性质有影响外,其它参数对声速和声衰减几乎无影响。有些结果与实验室和现场测量结果相一致。     

柴油机旋流器导流片参数对气体流动的影响

研究柴油机旋流器导流片的形状尺寸对导流片之间气体流动性能的影响.使用CFD软件对导流片间的二维流场进行模拟计算,在不同导流片形状参数下,对计算得到的评价导流片导流性能的参数--出口气体平均流速和流动损失系数进行了对比.计算结果表明,当导流片出口角较小,出口直段较长,导流片圆弧半径较大时,出口气体水平平均流速较大;导流片出口角较大、入口和出口直段较短、圆弧半径较大时,流动损失系数较小.计算结果与旋流器的稳流试验结果基本一致.     

用差压新方法确定模型环道蜡沉积厚度

用于计算模型环道蜡沉积厚度的传统差压法未考虑测试段流场畸变对测试段压差的影响。利用Fluent软件对测试段的流场和温度场进行了数值模拟 ,考虑到近壁处油温的下降及管内流场的畸变 ,给出了确定蜡沉积厚度的差压新方法。模拟结果表明 ,在测试段管外冷却水的作用下 ,近壁处油温低于管中心附近的油温 ;冷却水与管壁的换热热阻及钢管管壁的导热热阻的存在使贴壁处油温与冷却水的温度有差异 ,离测试段入口越远 ,它们之间的差值越小 ,管内速度分布发生畸变 (近壁处流速减小 ,管中心附近流速增大 ) ,管段压差增大。流场畸变造成管段压降增加近 10 %。     

自由湍流射流热流量的测定

本文给出一种在用单热线和热偶测量流场有关参数的基础上利用湍流经典理论计算流场热流量分布的方法,并在对自由湍流射流实际测量与计算后与理论结果进行了比较,表明了该方法的准确性与可行性.