密闭腔体内空气故障电弧辐射模型的研究

本文基于磁流体动力学(MHD)法研究了密闭腔体内空气故障电弧的辐射模型。采用热电偶和光电倍增管相结合的方法测量了故障电弧辐射能量的暂态变化过程。采用净辐射系数(NEC)模型、基于NEC的半经验模型和P1三种辐射模型计算故障电弧的辐射传递过程,通过将不同模型计算的辐射能量和压力上升与实验测量结果进行比较,研究了不同辐射模型对空气故障电弧压力上升的影响。结果表明,低温区域的重吸收效应严重影响故障电弧的能量传输,对压力上升有着重要的贡献。NEC模型由于忽略了重吸收效应因此严重低估了压力上升,不适于故障电弧计算。与NEC模型相比,P1和0.7 α0.83的半经验模型更适合计算故障电弧的压力上升。     

电极材料对密闭腔体故障燃弧压力上升和能量平衡的影响

针对开关柜内部短路故障燃弧问题,基于实验研究了电极材料对密闭腔体中故障燃弧压力上升和能量平衡的影响。采用光电倍增管和热电偶相耦合的方法测量燃弧过程中故障电弧发射的辐射能量,基于建立的能量平衡关系定量估测了电弧焦耳热、光辐射、电极熔化和蒸发需要的能量、电极氧化反应产生的化学能和气体内能。研究表明:电极材料和电弧电流严重影响故障电弧内部的能量平衡过程,能量平衡的改变与压力上升特性密切相关;小电流(5 kA以下)情况下,电极烧蚀微弱,铜、铝和铁电极引起的压力上升差异较小;大电流(15 kA以上)情况下,铝蒸气与空气氧化反应释放大量化学能导致铝电极情况下的压力上升最高,而铁电极引起的最高电弧辐射使得其压力上升最低;随着电弧电流和电弧能量的增加,能量平衡的改变导致铜和铁电极情况下热传递系数k_p减小,而铝电极对应的k_p则趋于增大。     

气体熔池耦合活性TIG焊电弧传热传质过程的数值分析

针对气体熔池耦合活性TIG焊电弧,建立焊接电弧传热传质过程的数学模型.采用简化阴极边界层模型对阴极与电弧耦合求解,计算得到气体熔池耦合活性TIG电弧等离子的温度、氧气分布、等离子体流速、电势和电流密度等特征参数,并与传统TIG电弧进行对比.结果表明:氧气主要分布在电弧外围,只有少量进入电弧内部;与TIG电弧相比,相同焊接参数下气体熔池耦合活性TIG焊电弧温度上升,等离子体流速增大,电弧略有收缩,阳极表面电流密度、热流密度与电弧压力峰值均增大.     

钨极氩弧焊温度场三维动态模拟及红外测温

焊件温度场快速加热和冷却过程中的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件,文中建立了电弧运动下的三维焊接温度场的动态有限元计算模型,利用有限元分析软件Ansys编制了APD I程序,针对铝合金钨极氩弧焊焊接动态过程进行了模拟仿真.采用双椭圆热源模型进行计算,分析中考虑了材料热物理性能随温度的变化,以及辐射、对流、相变对温度场的影响.采用红外测温仪SAT-HY6800对焊接过程进行测温,加装滤光镜排除电弧辐射对红外测温的影响,实现了对焊缝区域温度的采集.将测量温度与计算结果进行了比较,两者基本吻合.     

炉排-循环床复合垃圾焚烧炉燃烧过程模型

建立了炉排-循环床复合垃圾焚烧炉的燃烧过程半经验数学模型,包括物料分布、挥发分释放、碳颗粒燃烧等模型.用该模型对实际运行的垃圾焚烧炉进行计算.炉膛内压力分布、物料浓度分布的计算结果与工业测试数据的一致性较好,而实际测得的O2、 CO2、 CO的浓度也处于设计过量空气系数(α=1.6)和较低过量空气系数(α=1.3)条件下的模型计算值之间的范围.模型中部分参数需根据试验或工业数据确定,该模型可用于指导该类焚烧炉的设计.     

湿地降温增湿效应的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究湿地对周边区域空气的降温增湿效应，建立了空气、水气的流动与扩散混合模型，描述给定空间的传热传质过程．控制方程包括连续方程、动量方程、能量方程和水气守恒方程．对每一相各自的流动，采用κ-ε双方程模型；对于两相的湍流流动，采用混合湍流模型．用FLUENT软件进行数值计算，得出给定区域的空气温度、相对湿度的空间分布．对实测案例进行了数值模拟，计算值与测定值符合良好，表明所建立的模型和计算方法可以很好地描述湿地对周边区域空气温度和湿度的影响．由等温线可以看到，低温空气的扩散在近湿地处，影响最大的区域距地面一定高度．冷空气从湿地边沿向远处及上下扩散，在温度最低区略有上升，到一定远处又下降至地面．对于相对湿度，在靠近湿地区域水气对地面附近的影响比气温影响明显，而远处水气对地面附近的影响不及气温影响大．     

民用飞机高压空气管路系统累积压力分析方法

本文介绍了一种民用飞机高压空气管路内气体压力累积现象,介绍了区域累积压力的分析方法。民用飞机高压空气管路由高压空气导管和调节活门等组成。在飞机起飞,活门失效或飞行员操作等情况下,管路系统中的调节活门处于关闭状态。由于活门的内部泄露,高压空气在管路系统内部不断聚集,在系统内部不同区域,空气聚集后形成不同内部压力。这一由空气聚集导致的管路压力升高的现象,称为管路系统压力累积。本文针对某型飞机高压管路系统,对管路进行了累积压力水平分析。高压管路系统设计需要确定系统在正常工作过程中的空气工作压力和温度水平,进而确定高压导管和调节活门的验证压力和爆破压力,保证管路和活门在该水平的压力温度条件下不发生失效。确定管路系统累积压力,对高压管路系统的设计和系统控制设计有非常重要的作用。     

粘弹性三维点辐射无限元

提出粘弹性三维点辐射8结点无限元模型,以坐标原点为极点,以球面为人工边界,用边界点的坐标和位移表示无限元内部任意点的坐标和位移.坐标映射函数和位移函数简单明了,能够方便地反映无限域内位移场的衰减特点.推导了辐射无限元的辐射阻尼矩阵.该模型能较好地模拟弹性半空间的弹性恢复力和辐射阻尼,数值计算时只需对边界进行无限元的单元划分,无需基本解.算例结果表明,本文方法具有良好的精度.     

复杂宽边界区域拓扑关系计算模型

宽边界区域是一种通用的处理各种不确定性的模型,在地理信息领域得到了广泛应用.扩展九交模型用宽边界区域的内部、宽边界和外部所形成的9个交来区分宽边界区域的拓扑关系.由于扩展九交模型只是一个概念模型,从概念上对宽边界区域拓扑关系进行查询语句定义和分析,而在计算机处理中需要一个可计算的模型.对于简单宽边界区域,其计算方法比较简单;而对于复杂宽边界区域,由于其结构的复杂性,必须有一个可计算的模型以实现拓扑关系计算、查询和分析处理.在分析复杂宽边界区域结构的基础上,定义了复杂宽边界区域的层次模型,并基于层次模型提出了复杂宽边界区域拓扑关系的计算模型.     

等效约束下风激励汽车前侧窗玻璃声辐射分析

为研究风激励下汽车侧窗玻璃表面湍流压力脉动激起玻璃振动而向车内辐射噪声的问题,以某试验车左前侧窗玻璃系统为研究对象,首先基于等效原理,将车窗密封条等效成系列弹簧约束,进行离散化建模,并搭建Matlab-Abaqus联合仿真优化平台,得到最佳等效弹簧刚度,建立侧窗系统约束边界等效模型.接着利用Corcos模型计算得到侧窗表面湍流压力脉动的功率谱密度,作为侧窗等效模型的激励,应用有限元方法计算车内驾驶员人耳处的声辐射.最后应用激光测振仪,获得侧窗表面振动速度分布试验数据,利用边界元方法(半仿真)计算车内声辐射.比较两种方法的计算结果,发现200Hz以上声辐射频谱特性吻合良好,证明了利用玻璃边界等效简化模型与Corcos模型作为激励源计算侧窗玻璃振动引起的声辐射有一定程度的适用性.     

外加纵向磁场对TIG电弧特性影响的数值分析

基于磁流体动力学方程组,建立外加纵向磁场作用下TIG电弧的三维稳态数学模型,并运用FLUENT软件求解,获得不同磁感应强度下电弧的温度场和流场等特征参数.结果表明:与普通TIG电弧相比,在外加纵向磁场作用下,电弧形貌呈现空心钟罩形;阴极附近等离子体温度略有上升,电弧中心区域温度降低;阳极表面电弧压力和热流密度呈双峰分布,且极值降低,阳极加热面积增大.     

六氟化硫气流中电弧热边界区特性的研究

本文以电弧参数测量和光学流动显示相结合的方法,对六氟化硫(SF_6)电弧的热边界区进行了研究。在实验中拍摄了电弧拉出喷口时的形象与气流场光学图象。运用 Abel 转换方法计算了热边界区内气体密度与温度分布。研究发现,在燃弧绝大部分时间,热边界区阻塞喷口,造成流量严重下降。同时,热区气体吸收了大量电弧能量。干涉图片还显示,热区直径在随电流变化中有明显滞止现象。热滞止效应使热区在电流零后可维持较长时间,从而造成了对介质恢复过程的影响。     

离心风机基频气动偶极子噪声的数值研究

运用计算流体动力学技术及声比拟理论研究了离心风机3个不同流量下蜗壳及叶片表面偶极子声源产生的基频噪声.风机内部三维瞬态流场由计算流体动力学模拟得到.根据气动声学的FW-H方程对蜗壳内表面提取偶极子声源,对于叶片噪声利用Lowson公式进行建模.为了使计算模型更符合实际,建立了以蜗壳为界的内外声学直接边界元模型,使用多区域声学边界元模型,考虑蜗壳对声传播的散射作用,内部噪声通过蜗壳的进出口传播到风机外部.结果表明:在非定常流场中,蜗壳表面的压力波动以基频为主,而叶片上的压力波动并没有明显的基频分量;蜗舌是基频噪声的最主要声源;随着流量变大,蜗壳辐射的噪声急剧增加;由叶片产生的偶极子基频噪声比蜗壳小,特别是在大流量工况下.     

SF_6中旋转电弧运动特性及形态的试验与分析

本文对大电流区域交流半波中旋转电弧的发展变化过程及零前500微秒内的电弧形态作了较细致的观察,对电弧电压和速度的极性效应进行了分析。文中还对运动电弧在SF_6和空气两种不同介质中的某些运动特性作了对比     

低渗透压裂井非对称区域三线性渗流模型

建立了低渗透压裂井非对称区域三线性渗流模型,与传统的理想对称区域模型相比,新模型考虑了更为复杂 的模型条件--考虑启动压力梯度和各种非对称边界组合的影响。利用拉普拉斯变换对模型进行了求解,得到了井 底压力在拉普拉斯空间的表达式,再利用数值反演,获得了试井分析样版曲线。新模型试井样版曲线与传统模型明显 不同：考虑启动压力梯度的压力及压力导数曲线后期呈上升趋势,启动压力梯度越大,曲线上升时间越早、上升位置 越高;非对称区域边界条数以及边界与压裂裂缝的相对位置（垂直或平行）对试井曲线有显著的影响,边界条数越多, 上翘幅度越大;相同情况下（边界类型和无因次边界距离相同）不同位置（垂直或平行）的边界反映在曲线上存在明显 差异。     

旋转式压缩机辐射噪声的预测与抑制

分析了储液器内部的气动噪声源,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟出内部包含所有声源信息的压力脉动,结合有限元和边界元方法计算了储液器的噪声辐射,并采用贡献度定位出对声场贡献大的部位;提出了降低储液器噪声辐射的改进措施.试验结果表明,该措施有效降低了储液器噪声辐射.     

空心环形件电渣熔铸内结晶器的对流换热系数

"空心环形件电渣熔铸"内结晶器对流换热系数αin是衡量其内结晶器冷却效果的核心参数.本文将实测的内结晶器铜板水冷面温度、流体温度值代入基本算式求取并利用有限元分析验证来确定αin的取值范围,通过比照水平环形套管对流换热系数的经验公式来确定计算αin的经验公式.该经验公式用温差函数、效应因子、速度函数解析了内结晶器水模型温差、短管效应、内外径及高度等形状因素对αin的综合影响,提供了αin数据库建立的理论依据.     

基于动网格的火炮制退机内部流场数值模拟

针对火炮制退机流场一维计算模型无法全面、准确反映其内部流场特征的局限,建立了基于动网格的制退机实际结构二维计算模型。利用流体计算软件Fluent,对火炮后坐过程制退机内二维流动进行了数值模拟。采用动态层变方法结合Profile运动边界驱动机制实现网格区域运动,确保模型符合实际运动规律。对比计算压力与实际压力,结果表明该方法具有较高精度,模拟结果显示了制退机内压力、速度分布,并清晰地捕捉到其内部流场的瞬时变化,揭示了典型机构处漩涡的生成、运动、合并与分裂规律。研究结果为进一步完善制退机结构设计提供了理论支持。     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

平屋顶水平封闭方腔空气层厚度数值分析

为分析平屋顶水平封闭方腔作为保温系统时其内部空气层的相对最佳厚度,通过建立二维数值模型,选择"Presto!"压力插值格式及SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)解耦算法,计算了在不同边界温差和边界材料导热系数下平屋顶水平封闭方腔内辐射传热量和对流换热量及其随空气层厚度的变化.在一定条件下,通过对计算结果进行回归分析,得到平屋顶水平封闭方腔在不同温差和不同边界材料导热系数下的相对最佳空气层厚度值.