热态沥青混合料铺筑热扩散影响因素分析

为进行热态沥青混合料铺筑热扩散影响因素的分析,将铺筑热扩散影响因素划分为环境条件、铺层条件和下承层条件三类。首先基于可信性得到验证的仿真模型进行了三类因素的仿真试验,其次应用正交试验法和方差分析对不同类中的各因素进行了敏感性分析。结果表明：环境条件中气温和风速有显著影响,太阳辐射和有效辐射的敏感性较弱;铺层条件中厚度、混合料类型和摊铺温度影响敏感,混合料的集料类型敏感性弱;下承层条件中的材料类型有显著影响,厚度对铺筑热扩散不敏感;基于本文所提出的上述规律量化,可预测不同工程条件下的回避条件,或在不利环境下采取针对性技术方案,进而保证铺筑压实质量。     

材料热物理参数对沥青路面温度场影响的模拟分析

首先在考虑沥青路面与周围环境热交换过程的基础上,利用ADINA有限元软件构建了沥青路面温度场评估模型,并确定了模型的边界条件,然后通过数值模拟的方法分析了导热系数、表面传热系数和路面反射率这3个材料热物理参数对沥青路面各结构层温度场的影响.结果表明：沥青路面的温度变化主要发生在其表层和面层（即沥青层）,而基层、底基层和土基的温度变化很小;相同条件下,沥青路面各结构层的日温度差会随着各结构层深度的增加而减小;沥青路面各结构层的温度会随着结构层深度的增加出现变化相位逐渐滞后的现象;修铺沥青路面时所用材料的导热系数越大、表面传热系数和路面反射率越小,沥青路面的温度越高,因此,为使整个沥青路面温度降低,铺筑沥青路面时应使用导热系数较小、表面传热系数和路面反射率较大的材料.本研究可为沥青路面的选材设计提供理论支撑,有助于改善沥青路面的温度场,减小沥青路面对城市环境造成的不良热效应.     

玻壳模具传热过程的建模与仿真

玻壳模具冷却系统的设计直接影响到生产效率和最终成型制品的质量,采用仿真工具辅助模具设计,有利于较好地确定冷却系统结构和工艺条件,提高设计质量.鉴于常规的温度场模拟方法用于玻壳模具计算时会遇到许多困难,文中提出了周期平均稳态温度场的概念,其中模具内部的传热被考虑为周期性稳态三维热传导,玻璃熔体内部的传热当作瞬态一维热传导,模具表面与冷却介质的传热处理为稳态的对流换热.模具区域与制品区域分别采用三维边界元法和一维有限差分法求解,两者通过型腔表面的温度和热流量匹配来耦合.最后,通过与实验测试数据的对比分析验证了所提出模型的正确性.     

皮肤组织传热过程的研究

为了获得生物皮肤组织在不同条件下传热特性的数学模型及其传热规律，分别在一雏直角坐标系和一维圆柱坐标系下，建立了稳态条件下基于皮肤组织单层结构和多层结构的传热数学模型．通过数值模拟，获得了不同皮肤组织结构模型下上臂皮肤组织内的稳态温度场和90℃高温热源作用15s后皮肤组织内的温度分布，以及皮肤组织热损伤深度的变化、常热流作用下皮肤组织表面的温升曲线和表面绝热条件下皮肤组织内的稳态温升分布．研究结果表明，皮肤组织的多层传热数学模型更能真实地描述皮肤组织内的传热过程，因此值得在实际工作中推广应用．     

功能梯度材料及其在内燃机燃烧室中的应用

功能梯度材料是一种新型的复合材料,综述了其特征和性能及其热-机械理论分析的研究进展,包括一维稳态温度场的精确解,动态热载作用下的复合材料层合板模型,热载作用下的裂纹问题.并综述了功能梯度材料目前常采用的一些制备方法及使用情况,包括火花等离子烧结技术、粉末冶金法、离子结构工艺等.还综述了功能梯度材料常用的一些研究方法,如衍射法、优化方法、变形模型、设计的模拟模型以及功能梯度材料在内燃机零部件中应用研究的情况及研究的方法.最后提出了将功能梯度材料应用于内燃机燃烧室的设想.     

高超声速飞行器结构热气动弹性优化设计

基于高超声速飞行器X-43外形尺寸,构建含有隔热层的全机结构有限元模型。根据分层求解思路,考虑了气动热载荷作用下结构温度的稳态特性,忽略气动热对气动力和结构弹性力的弱耦合效应。使用三阶活塞理论对其进行频域内气动力计算,采用参考焓法求得模型表面的热流密度,进而计算出经过隔热层作用后,蒙皮表面的温度分布以及相应的热应力;在对结构的刚度矩阵进行修正后,采用p-k法迭代求解其临界颤振速度。以复合材料铺层角度和铺层顺序为设计变量,在全机结构、重量保持不变的情况下,对其进行以临界颤振速度为优化目标的气动弹性优化设计,使结构的颤振特性有了较大的改善。     

功能梯度涂层材料的研究进展

功能梯度材料(FGM)是一种新型的复合材料,文章综述了其特征和性能及其热——机械理论分析的研究进展,其中包括一维稳态温度场的精确解、动态热载作用下的复合材料层合板模型、热载作用下的裂纹问题。并综述了功能梯度材料目前常采用的一些制备方法及使用情况,其中包括火花等离子烧结技术、粉末冶金法及离子结构工艺等,从而预见其具有很好的发展前途。     

基于拉普拉斯变换的路面一维时变温度场预测

提出了一种基于拉普拉斯变换及高斯积分法数值反演的预测多层路面结构体系的一维时变温度场解析方法.采用热传导方程建立自然环境下路面结构的一维时变温度场数学模型,应用基于最小二乘近似的内插三角函数多项式拟合一定周期内的气温和太阳辐射强度,据此确定路表边界条件;利用高斯积分公式进行拉普拉斯数值反演,可以很容易地得出一维时变路面结构温度场的解析解;通过与旧水泥路面加铺沥青层路面结构夏季和冬季实测温度场数据的对比验证,发现预测的各路面深度处温度和实测温度的最大偏差在3℃以下,表明利用文中模型预测路面结构温度场的精度非常高.     

热夹层条件下沥青路面温度梯度分布特征研究

为探讨热夹层条件下沥青路面温度梯度变化与外界环境因素之间的相关关系,采用三维有限元数值计算方法,分析了不同热夹层条件、路表环境温度及对流系数下沥青路面结构温度场的空间分布规律,构建了外界环境参数、热夹层温度与热稳态路表温度的对应数据库,并基于多元线性回归分析方法,建立了沥青路面热夹层温度预估分析模型.结果表明:无热夹层条件下道路表面环境温度是影响路表热稳态温度的主要因素,对流系数的变化对沥青路面温度场空间分布几乎没有影响;有热夹层条件下路表热稳态温度随路表环境温度的下降而降低,且对流系数的增大对路表热稳态温度的下降速度有推动作用;所构建的沥青路面热夹层温度预估模型具有高度显著性,模型系数的置信概率较高,热夹层温度预测值与理论值之间误差较小,模型精度良好.研究成果为低温地区结冰路面热夹层温度控制提供了理论依据.     

铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

以铝青铜为基材、铜镍合金为熔覆粉末,采用压粉方式实现激光熔覆加工.对此过程建立二维温度场数值模型,考虑温度变化对铝青铜热物理参数的影响以及表面对流换热、内部结晶潜热等因素,用C++语言编写激光熔覆过程中温度场模型的计算程序.结果表明,激光熔覆加工过程中的温度场变化是由非稳态到达稳态的过程,激光光斑附近温度梯度较大,远离光斑处温度梯度较小.由温度场分布图得知,为优化加工质量,满足熔覆要求,试验应采用由高到低的功率进行熔覆.     

异径双辊连铸薄带坯凝固传热的数学模型

给出了轧辊上一维传热的数学模型及其解析解,从而导出透热深度;利用焓法建立了在薄带坯铸轧中钢液凝固传热过程的数学模型,并通过离散化和差分法给出各节点处温度及焓值的数学模型;预示凝固前沿x_3 与时间的对应关系;通过模拟计算分析了传热系数h对凝固场的影响,辊材对温度场的影响,确定临界速度。为控制铸轧速度与辊材的选择提供了科学依据。     

非稳态环境下塞式热流传感器的仿真与分析

非稳态的热流密度测试是一项在工业、航天等领域的重要研究内容。本文针对爆炸场非稳态测试环境恶劣，气体高速流动，温度变化迅速的问题，对塞式热流传感器的组成材料、热敏元件等进行了重新选择。根据塞式热流传感器的组成结构和测量原理进行了理论推导，得到了塞式热流传感器测量热量的数学模型。针对非稳态爆炸场环境特点，对塞式热流传感器的热敏元件进行了爆炸冲击波下的应力仿真，获得了抗压力冲击的热敏元件参数，之后进行了非稳态热流的热力学仿真，得到了传感器热敏元件的温升曲线，最终确定了热敏元件的厚度与直径等要素。仿真结果表明，所设计的塞式热流传感器量程为0～9.6 MW·m-2，响应时间为70 ms，测量误差为3.1%。此结果在一定程度上可满足爆炸场热流密度测试需求。     

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。     

日光温室中土壤—空气换热器作用下热湿环境的研究

土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度调节具有良好的效果。为了研究日光温室中土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿分布特性,建立了土壤-空气换热器作用下日光温室热湿环境数值模拟模型。该模型基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,利用FLUENT15.0进行了稳态和非稳态的数值求解;采用组分运输模型和DO模型分别对湿度和太阳辐射进行了三维数值模拟。结果表明:模型能够对土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿环境特性进行较准确的研究。在距日光温室地面0.5~2.5 m处,土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度处理具有良好的效果。     

空调客车厢体结构传热数值分析

将空调汽车的围护结构视为由多层不同的材料及钢制骨架构成的复杂平板结构，以太阳辐射和强迫对流为外边界条件，数值分析了非稳态情况下复杂结构平板三维温度场分布。结果表明．车身的骨架结构引起的热桥传热造成的局部附加热损失较大，对车室内的空调负荷影响不能忽略。     

受热表面被另一物体周期覆盖的受热体温度场求解

本文在用有限单元法求解非稳态温度场时,将燃气温度、换热系数与边界都在时间域内离散化,建立逼近真实物理过程的离散化方程.并通过优化方法反求换热系数,大大地提高了计算精度,为求解这种物体的温度场提供了新途径。     

真空预压影响区地下水位变化的计算

基于渗流理论,采用一维非稳定渗流模型,阐述了边界为变水头条件下的真空预压影响区地下水位变化的解析方法。利用加固区平均地下水零压线作为边界条件,推导了排水边界上降深随时间变化的一维非稳定渗流,得出影响区土体中地下水位的变化规律。通过算例,分析了影响区渗透系数以及预压区排水速率等因素对影响区地下水位的影响。结果表明,对于渗透性较低的软黏土而言,采用非稳定渗流分析是必要的,影响区渗透系数是区外地下水位变化的主要因素。预压区排水速率只影响区外渗流趋于稳定的时间,对渗流范围的影响较小。     

河网非恒定流的有限元数值解

在前人工作的基础上,根据配置法加权剩余原理,利用完全圣维南方程组有限元数值解,导出类似四点隐式差分的河网非恒定流的有限元计算模式,该模式物理概念明确,适用范围较广,引入双消除解法(追赶法)后,使得计算内存减少、运算速度加快、解法易于掌握,文章最后给出珠江水系西江干流虎跳门水网区域的一个应用实例。     

寒区隧道围岩初始温度场及保温材料对非稳态温度场的影响

本研究利用商用模拟软件FLUENT,分别使用非稳态初始条件和均温初始条件,对寒区隧道围岩内温度场随时间的变化特性进行了模拟仿真,表明隧道围岩的初始温度场分布对准确模拟寒流导致的围岩温度分布有重要影响。分析了不同保温层材料对隧道围岩结构温度分布的影响,由于三种保温材料的热导率均比较小,5 cm厚保温层后的围岩温度相差不大,但是5 cm厚保温层不足以保证所依托隧道结构不发生冻害;需要根据寒区隧道的气象条件铺设主动加热带,从而有效防止冻害现象的发生。