基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

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。     

有体积热源的矩形空腔内层流自然对流的数值模拟

对具有内热源方腔的稳态层流耦合自然对流换热进行了三维的数值模拟,采用的模拟代码基于连续介质计算力学的开源库OpenFoam,解决了自然对流换热与固体传热的耦合问题.Ra数的变化从105到109.对外壁面为常温、方腔内充满含体积热源流体的自然对流计算结果表明,温度场、速度场与非耦合的工况有很大差异.     

地道风在建筑通风空调中的利用研究

利用地道风节约建筑空调和通风能耗,开发、利用新能源及可再生能源具有应用前景.在分析地道风降(升)温技术研究现状的基础上,分析并计算了土壤温度分布特性,将第4类边界条件即耦合边界条件引进地下工程的动态传热数值模型中,建立空气和壁面之间传热的数学模型.在非等温、非等热流边界条件下,对空气和地道换热过程进行模拟分析,系统地分析了各种因素对地道风降(升)温的影响,计算出在不同条件下室外空气经地道换热后的空气终温,为地道风在通风空调中的应用提供了依据.     

飞机后设备舱自然对流换热的实验与模拟

飞机后设备舱内换热是涉及自然对流与辐射换热耦合的复杂问题,选择合适的计算模型,利用CFD数值模拟进行计算分析是解决此类问题的简便方法.针对这一问题,搭建了一个可控热边界的实验台,通过实验测量了壁面温度等作为CFD数值模拟的边界条件,采用RNG k-ε湍流模型和DO辐射模型进行计算预测.通过对比实验结果与CFD模拟计算结果,发现RNG k-ε湍流模型能较好地预测封闭空间自然对流温度场和流场,自然对流换热和辐射换热分别占总换热量的89%,和11%,.     

壁面辐射对耦合传热系统的影响

本文研究了有壁面辐射时竖平板两侧膜状凝结与自然对流的耦合传热问题.文中通过壁面的耦合条件得到一组确定壁面温度分布及液膜厚度的常微分方程,并在很宽的参数范围内计算了壁面温度分布,液膜厚度,液膜及自然对流边界层内的速度及温度分布,以及壁面的温度梯度.     

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟

为研究封闭方腔内饱和多孔介质自然对流传热,采用控制体积法,运用多孔介质局部热平衡假设,整体求解方腔内的温度场和流场,根据计算结果着重分析瑞利数Ra和达西数Da对多孔介质方腔内自然对流换热特性的影响.计算结果表明:当Ra取定值,壁面平均努塞尔数Nu随Da数的增加而增大;当Da数取定值,壁面平均努塞尔数Nu随Ra的增加而增大;随着达西数Da数的增加,临界瑞利数Ra逐渐减小.     

热壁面位置对矩形腔内自然对流影响的数值分析

对矩形腔内冷热壁面位于侧壁不同相对位置时的自然对流换热问题进行了数值模拟.腔体左侧局部壁面维持恒定高温,右侧局部壁面维持恒定低温,左右侧壁的其它部分以及顶部和底部壁面绝热.按照冷热壁面的相对位置是否左右对称,通过改变Rayleigh数的大小,分析了不同工况下矩形腔内温度场、流场和热壁表面平均Nusselt数的变化,得到了Rayleigh数在103~106之间的结果.冷热壁面对称分布时,位于侧壁中部的换热作用最强;不对称分布时,热壁面位于侧壁中部、冷壁面位于侧壁上部的换热作用最强.     

宾汉流体在同心环空内的传热分析

结合运动方程、能量方程及本构方程,建立了宾汉流体在内管作轴向运动的环空内流动和换热充分发展时的数学模型,利用因次分析法对数学模型进行了处理,并在内管恒热流、外管绝热和内管绝热、外管恒热流两种边界条件下得到了宾汉流体在环空内的速度、温度分布和管壁内、外表面的对流换热系数.结果表明,屈服应力对努塞尔数(Nu)的影响与内管的运动方向有关,并且屈服应力越小,环空内的温度分布越平缓.塑性粘度对传热的影响只有在内管运动的情况下才体现出来.内管运动方向、运动速度及边界条件的类型都对环空内的温度分布和管壁Nu产生影响.     

单侧周期性温度边界下多孔介质方腔内自然对流传热数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔左侧壁面温度正弦波变化的边界条件下,应用SIMPLER算法数值模拟研究了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流,主要探讨了不同正弦波波动参数N、振幅A及方腔的高宽比M/L对方腔内自然对流与传热的影响规律。计算结果表明:方腔左侧壁面附近出现了周期性的正负变化的温度场分布,壁面局部传热系数出现了周期性的震荡现象;存在一个最佳温度波动参数N=3,此时流体相壁面的平均Nu达到最大值;存在一个最佳的方腔高宽比M/L=0!1,使得多孔介质方腔内自然对流传热效果最好,增加或减小高宽比都会在一定程度上削弱多孔介质方腔内的传热效果;相对于温度均一的边界条件,正弦波温度边界条件能够增大壁面的平均Nu数,起到强化传热的作用。     

多场耦合下大体积混凝土初次蓄水的温度应力问题研究

在大体积混凝土坝初次蓄水时,温度较低的库水必然会对坝体温度场产生较明显的影响,从而影响坝体的变形,甚至产生温度裂缝.为分析大体积混凝土初次蓄水的温度应力,本文将混凝土类多孔介质视为连续介质,综合运用水力学、热学和固体力学等基本理论,根据动量守恒、质量守恒和能量守恒方程建立了以位移、孔隙水压力、孔隙气压力、温度和孔隙率为未知量的多场耦合数学模型,在此基础上编制了有限元计算程序,并对大体积碾压混凝土块的渗流场、温度场和应力场进行了耦合分析,结果表明,考虑耦合后块体温降幅度及温度大主应力均较不考虑耦合条件下大.     

钢筋混凝土空心楼盖在竖向荷载下的简捷计算方法

根据刚度等效的原则,将钢筋混凝土空心楼盖等代为正交密肋梁体系,板上荷载转化为等效节点荷载后,利用现行通用结构分析软件对受各种竖向荷载作用下的钢筋混凝土空心楼盖作精确分析,方便地得到楼盖的内力和挠度.并用实验进行了验证,结果表明,用该简捷方法得到的计算结果与实验结果吻合良好.     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

高温养护混凝土及衬砌结构力学特征研究现状与分析

随着深部矿井和深长隧道的建设需要,混凝土结构面临着更加复杂的高地温环境。高温养护混凝土水化动力过程和力学特征规律与常温养护存在较大差异。概述了深部矿井和深长隧洞结构面临的高地温环境,分析了高温养护条件下混凝土水化动力过程,对高温养护混凝土力学性能演化机制和改善方法进行了综述;总结了不同高地温环境对衬砌结构黏结性能、温度场分布规律和受力特性的影响规律以及支护体系优化方法。认为高温养护混凝土水化反应机制不明确、温-湿条件耦合影响的非线性、工程研究领域和性能指标的单一性是高温养护混凝土性能演化表征及优化改性研究存在的主要问题。应加强高温养护条件下混凝土水化动力学模型的研究,建立温-湿度耦合养护条件下混凝土性能预测模型,拓展高温养护混凝土应用领域和强度等级的研究,以便更好地为高地温环境深地工程混凝土结构设计和应用提供指导。     

冻土温度场与水分场耦合计算分析方法在某公路路基中的应用研究

对路基温度场和水分场藕合计算进行计算分析,并对未来路基温度场的分布进行预测,最终将这种方法与具体工程结合起来,说明温度场与水分场耦合计算在工程实践中的应用。     

电大开孔箱体内部场线耦合等效电路模型

基于混合算法提出了一种用于电大开孔箱体内部场-线耦合效应分析的等效电路模型.基于Cohn模型和镜像原理,计算电大开孔箱体内部任意观测点处电场解;推导了箱体内部电偶极矩辐射场的标量格林函数,并在其基础上建立了描述箱内场-线耦合的积分方程;采用矩量法对该积分方程求解,并基于所得线性方程组设计了箱内场-线耦合的等效电路模型;结合传输线终端边界条件,对终端响应电流进行计算.面波入射（φ=0,θ=0,φ=π/2）条件下,对5组实验的箱内传输线终端响应进行仿真分析,结果表明:等效电路模型精度与传输线细化指数η成反比,当η=0.375时,相关系数达到0.987 8;仿真0~3 GHz范围内1 001个频点的平均耗时比为1:9.2,从而验证了等效电路模型的高效性;等效电路模型与TLM数值算法计算结果的相关系数均值达到0.984 4,而绝对误差均值和标准差为12.445 dBA和16.438 dBA,从而验证了等效电路模型的准确性.      

方形竖槽道内受浮力驱动旋转火焰及热流场特性

 针对受限空间内受浮力驱动的旋转火焰及热流场所表现出的复杂特性,采用实验方法对一尺寸为2.0m×2.0m×15.0m的有单侧缝的方形竖槽道内产生的火旋风流场进行研究,并对中心轴线上的温度进行测量.同时采用基于大涡模拟技术的数值方法进行了模拟计算,验证了构建的数学模型对于预测该方形竖槽道内的热流场的准确性.通过对火旋风在稳定期内热流场的平均压强、温度、密度在高度方向和径向的分布情况和变化规律的分析,验证了火旋风的斜压影响机制,确定了温度和压力在高度上的分层特性,并发现等密度面更易于表现旋转火焰的变化情况.整个实验与数值计算结果都可为受限空间内的旋转火焰研究提供参考.     

寒旱地区混凝土箱形渡槽湿热耦合效应

针对冬季渡槽的湿热全耦合效应问题,避免渡槽在冬季输水过程中出现裂缝现象,以寒旱地区某渡槽为工程背景,利用湿热耦合传输理论分析,实测2023年1月5至1月20日的环境温度、环境湿度及风速,采用Fluent有限元软件建立了不同环境参数的混凝土箱形渡槽温度场、湿度场、湿热耦合场有限元模型。并分析不同工况对冬季渡槽的非耦合和全耦合状态下的温度效应的影响。分析结果表明,渡槽通水时冬季最不利温差为-14.7℃,不通水时为-6.3℃;渡槽通水时冬季最不利横向温差为-10.2℃,不通水时为-6.2℃;在湿度扩散过程中,沿板厚方向湿度由内向外逐渐减小,且吸水速度随时间的增大而减小;在湿热耦合过程中,全耦合场温度值小于非耦合场温度值,湿热全耦合作用的挠度变化值小于湿热非耦合作用下的挠度变化值,湿热耦合作用的拉应力小于湿热非耦合作用下的拉应力值,因此,湿热全耦合作用对渡槽结构变形有利。     

模拟退火算法在电磁兼容领域的应用

解决了LCD控制电路主芯片对带铆接屏蔽壳主板内部的耦合干扰所产生电磁辐射的优化问题;采用模拟退火法优化带接地铆接点的个数,最大限度的减少谐振频率的出现,使目标函数的电场强度最小,对屏蔽层的穿透能力最弱,辐射干扰最低。实验数据证明,模拟退火算法是优化产品结构参数的有效手段。     

弹性长方体封闭结构腔声辐射建模与分析

基于Dowell的结构-声耦合理论、瑞利积分和声波透射理论,由各阶声压模态对应的声压振幅响应和各阶板模态对应的速度振幅响应公式推导出了由6块四边简支弹性板构成的封闭矩形腔外的辐射和透射声场解析解.在此基础上论述了声场的物理特性,并指出腔体外的声场主要为辐射声场.为进一步验证结果的正确性,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与解析结果进行比较,验证了理论推导的正确性.