太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相加后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

方腔蓄热模型优化及蓄热过程数值模拟研究

为研究方腔式蓄热单元内有机相变材料融化过程的传热规律,数值模拟了不同体积分数石墨烯纳米片填充下复合相变材料融化过程的液相分数和努塞尔数的变化;针对方腔蓄热单元热量在顶端聚集的问题,构建了分层模型,模拟了不同模型中复合相变材料的融化过程。结果表明：当石墨烯纳米片体积分数分别为1%、3%和5%时,复合相变材料完全融化时间分别为32.1、20.0、17.5 min,与纯质石蜡相比,融化时间分别缩短了70.47%、81.62%和83.92%;方腔上下等分时,融化时间相比于未分层时缩短11.88%;将方腔上下部分别填充体积分数1%与5%的复合相变材料,相比于未分为层时,整体填充3%的复合相变模型融化时间缩短了25.83%。由模拟结果可得,在石蜡中添加石墨烯纳米片可以使其导热性能有很大程度的提高,同时黏度增长程度较小,对自然对流产生的影响也比较小。综合考虑可以发现,在石蜡中添加石墨烯纳米片可以强化其传热性能;分层模型可以缩短相变材料融化时间,合适的填充方案能够进一步加快矩形方腔的融化过程。     

有限元数值模拟技术在结构设计中的应用

随着计算机技术的飞速发展以及有限元理论的日益完善,数值模拟技术在结构设计中发挥着举足轻重的作用。本文即采用有限元数值模拟技术对多个工程中的结构进行了数值模拟,包括墩台、防潮墙、高桩码头、抛锚杆等的线性分析以及套管的非线性接触分析等,通过计算显示出数值模拟技术在结构设计中不可替代的优势。     

螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟与系统优化

对地源热泵供热系统中,利用低谷电蓄能的相变蓄能装置进行研究,以提高供热系统的经济性．在研究中对相变材料蓄热装置结构进行改进,提高了相变材料蓄热能效．利用相变材料能量守恒原理,确定合理的边界条件,对蓄热工况的传热过程进行了三维数值模拟优化．模拟结果显示,当蓄热初始条件相同时,不同装置结构中相变材料发生相变的程度会不同,出现死区的面积也不同;结合相变材料传热特性和过程,通过改进装置结构,采用螺旋管中间连通直管段的圆柱体蓄热装置,改善了蓄热效果,解决了相变材料熔化过程存在死区的问题,相变材料熔化率由原来的72％提高到93％,蓄热总量有了明显提高．同时还对采用低谷电蓄热、高峰用能放热的经济性进行了分析．结果表明采用相变材料蓄热可充分利用谷电,节约运行成本,具有良好的经济性．     

过渡期开采矿山的有限单元法数值模拟

研究数值模拟在露天转地下过渡期开采矿山的应用，是一项很有价值的工作。着重探讨了有限元数值模拟的方法和技巧，如边界条件的确定、岩体力学参数的确定以及模型的建立等等，并结合石人沟铁矿进行了验证，提出了相应的保证边坡稳定的防护措施。     

相变蓄热水平套管内凝固过程的数值模拟

该文针对相变蓄热水平套管相变过程,考虑相变区内的自然对流效应,利用计算流体力学软件Fluent软件内的凝固/融化模型对套管内十八烷相变材料进行模拟,得到了不同时刻下套管内传热流体与相变材料耦合问题的温度场、流速场的变化规律.结论表明凝固过程开始阶段,对流换热对换热的影响十分强烈,不能忽略不计.研究结果对蓄热套管在工程实际中的应用具有一定的参考价值.     

凝固过程数值计算的模拟

通过对铸件凝固过程中各换热边界条件的研究,建立了凝固过程的二维非稳态温度场计算数学模型;并运用了有限差分方法对模型进行离散,得到大型方程组,并利用超松驰迭代法(即SOR法)解该方程组,据此,利用Turbo C编制了计算机程序.上机运行结果表明,可较满意地模拟铸件凝固过程温度场的分布.     

相变蓄热水箱蓄热性能数值模拟研究

在封闭静止的蓄热水箱中添加相变材料可以增加水箱热容量、延长水箱升温时间。分别建立了有、无相变单元蓄热水箱的物理模型,利用有限体积分析法对蓄热水箱加热过程进行数值模拟,探讨了封闭水箱加热过程中相变单元的熔化规律和相变单元对水箱温升的影响规律。研究结果表明相对于纯水蓄热水箱,当蓄热水箱中加入占水箱容积9.05%(体积分数)的相变单元、其平均温升29 K时,蓄热水箱的整体热容量提高了25.58%,加热时间延长了1 100 s;蓄热水箱内只在垂直方向上存在热分层,导致含有相变单元的蓄热水箱较高位置处的相变单元先熔化,降低了较高位置处水的温升速率,使得相变蓄热水箱和纯水蓄热水箱的热分层剧烈程度存在差别;以最大温差值作为判断水箱热分层剧烈程度的依据,不同加热功率下相变蓄热水箱的热分层特征变化规律大致相同,但加热功率越大,热分层现象越剧烈。     

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2 ℃,夜间垫面温度达到30.2 ℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45 ℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2 974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1 240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM₁₀6.8 kg等,节能减排量显著。     

蓄热式换热器流动传热的数值模拟

以炼铁厂的蓄热式热风炉为例,根据热风炉的实际运行状况对热风炉内的流动与换热过程进行合理简化,应用二维模型,采用有限容积法对热风炉内的流动与换热情况进行数值求解,得到了热风炉在不同工况下的气体温度与蓄热体温度的分布情况,模拟计算结果表明：在内燃式热风炉蓄热体中气体的温度分布大致为对数曲线,并且在热风炉中同一高度上气体与蓄热体温差较小,与实际情况相符,这对优化热风炉的运行与设计有参考价值。     

双排桩支护结构土压力的数值模拟

为了更准确的设计双排桩支护结构,结合FLAC3D软件,运用数值模拟方法研究了双排桩土压力的分布.研究表明:前、后排桩桩前被动土压力分别呈S形和线性分布,其值接近静止土压力,后排桩桩前土压力在基坑开挖面以上小于静止土压力,以下大于静止土压力;前、后排桩桩后土压力较接近静止土压力,基坑开挖面以上小于静止土压力,以下大于或存在大于静止土压力的部分;各种排距下桩间土对前后排桩桩侧土的压力大致相等.     

火灾条件下混凝土柱温度场的数值模拟分析

采用非线性有限元方法对火灾时混凝土构件的温度场进行了仿真计算,计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上计算了多种火灾情况下混凝土受压柱的温度分布情况,为灾后建筑物的检测评定与加固设计提供了一定的依据。     

水化热对冻土地区桩基热影响分析

针对冻土区灌注桩基础施工会给冻土引进一定的热量,破坏冻土的稳定冻结状态问题,研究水化热对桩基沿径向温度变化规律及影响桩周冻土温度场的时间。基于桩和冻土的三维非稳态温度场控制方程,并考虑边界条件和冻融相变过程,建立了桩基非稳态温度场控制方程。对桩周温度场的热影响分析表明,浇筑混凝土后水化热在第5 d达到最大,水化热对桩长范围内桩侧土体径向温度变化的影响程度大于桩底面以下土体径向受水化热影响程度,水化热对桩周围土体有较大的影响而且时间长。得出的一些结论可为冻土区桩基设计施工提供参考。     

混凝土厚壁箱形墩温度场观测与数值模拟

在现场实测温度资料的基础上,分析了某混凝土厚壁箱形墩在日照温差作用下的温度分布,并参照国内外规范及经验公式,用指数函数形式拟合出了最大温差时刻的温度梯度模式,分析结果对研究贵州地区混凝土墩柱结构的温度分布规律及同类型桥梁的设计和施工有一定的参考价值.采用有限元程序ANSYS对箱墩温度场进行了数值模拟分析,其理论计算结果与实测值吻合较好,从而证明了用ANSYS模拟温度场的可行性.该方法同样适用于同类型混凝土结构的温度场模拟.     

预制高强混凝土薄壁钢管桩抗弯试验与数值模拟

预制高强混凝土薄壁钢管桩(TSC桩)是通过在钢管内部离心浇注混凝土而制成的管桩,其在受力和施工方面有诸多优点.为了研究该类管桩的极限抗弯承载力及其破坏机理,对3根直径800mm、长10m的TSC桩进行了抗弯试验,并对加载过程中的变形和破坏情况进行了监测.试验结果表明,TSC桩的抗弯能力较高,且在弯矩作用下有着很好的延性.同时利用有限元分析软件,考虑了材料的非线性以及钢管对混凝土的约束强化作用,对抗弯试验进行了全过程数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了通过有限元分析来计算TSC桩抗弯承载力的方法是可靠的.     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出:在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间。     

蓄冷冰球中相变传热过程的数值分析

对蓄冷冰球中的相变传热进行分析,建立传热的数值方程.试验测量冰球中心的温度曲线,该曲线计算和试验结果的对比表明,文中的数值方法可以对冰球中的相变传热过程进行准确计算.计算结果亦反映出,直径100 mm冰球完全相变所需时间约为50 mm冰球的2.4倍.球壳和传热流体的对流传热系数较小时,增加对流传热系数对提高相变速率有显著影响.冰球相变所需时间和相变材料的初温呈线性关系,传热流体温度接近相变温度时,传热流体温度变化对相变时间有显著影响.计算结果可用于指导蓄冷冰球的传热参数设计.     

随机凹凸型骨料在混凝土细观数值模型中配置算法研究

混凝土细观结构随机骨料数值模型的建立及其损伤破坏力学分析,可为混凝土宏观强度分析研究提供依据.适于满足各类指定的骨料级配曲线,针对任意形状、大小的骨料颗粒的生成与投放过程提出了一种改进算法,突破了传统凸形骨料的投放限制,使细观数值模型更接近于混凝土试件断面的实际.具体实现过程中,基于计算机图形学多边形重叠判断及区域填充算法,来消除预投放骨料间的交叠现象.此外,利用粒径极值比来控制骨料形状.还提出骨料颗粒投放过程的用户微干预方法,比较传统完全随机法,提高了投放的成功率及效率.算例验证了骨料的实际投放效果.