电磁感应加热温度场建模方法的研究

为有效解决电磁感应加热过程中加热温度的控制问题,对电磁感应加热温度场的建模方法进行了研究.分析了电流透入深度对工件加热的影响及电磁感应加热过程中工件的温度分布情况,描述了感应加热时工件温度随工件半径和时间的变化情况.将温度场建模理论引入电磁感应加热系统的研究中,给出了电磁感应加热温度场的建模方法.实验结果表明,该方法能够成功地解决电磁感应加热温度的控制问题.     

PCR芯片中微腔室高度及加热器结构优化设计

对PCR扩增芯片中微加热器的传热及微腔(DNA反应液腔)室的高度优化问题进行了有限元分析,通过ANSYS软件模拟分析了单蛇形、双蛇形以及双螺旋形等典型结构微加热器的温度场分布,分析了不同腔室高度PCR芯片的温度场分布,重点探讨了不同微加热器结构、不同布线规律对PCR芯片微腔室温度分布均匀性的影响,PCR芯片中DNA反应液厚度与芯片上下表面温差的关系.仿真结果表明:均匀加热器比非均匀加热器温度分布均匀性更好;双螺旋形加热器较单蛇形与双蛇形加热器更能满足实际需要;DNA反应液厚度与芯片上下表面温度差之间具有良好的线性关系.同时根据分析结果得到了所设计的具有电极均匀分布双螺旋微加热器的PCR芯片微腔室最佳高度为340μm,能很好满足片上PCR芯片扩增所需的温度环境条件.     

真空渗碳炉加热系统结构优化数值模拟研究

为了优化加热系统结构,保证真空渗碳炉加热性能,采用COMSOL有限元软件建立真空渗碳炉加热过程数值模型,分析了加热系统中石墨加热管的数量、长度和分布半径等关键结构参数对工件表面热流密度、有效加热区温度分布的影响规律.模拟结果表明:加热功率恒定,减小加热管数量、长度和分布半径均可以使工件表面热流密度增大,加热效率提高;将加热管数量设为偶数,并适当减小加热管长度,增加加热管分布半径可以显著改善有效加热区内温度分布均匀性.该研究结果对真空渗碳炉加热系统结构设计优化具有一定指导意义.     

He-Ne激光折射法在矿物油温度分布测试中的应用

利用He-Ne激光在矿物油中的折射,对矿物油VG46中由金属细线加热所产生的温度分布进行了测量.经过理论计算与实验测量的对比分析,证实了测量的有效性.     

45#钢零件感应热处理过程温度场的有限元模拟及组织研究

利用ANSYS有限元分析软件,对45#钢特定形状底盘零件感应加热、冷却的全过程进行了温度场的二维有限元模拟分析,进而利用工件冷却前后内部温度变化的模拟结果和45#钢的CCT曲线获得了冷却后工件内部组织分布情况.利用工业条件下的零件热处理实验对温度场和微观组织的模拟结果进行了验证,实验与模拟结果吻合良好.     

螺旋翅片管轧制的中频感应加热数值模拟

在对钢管中频加热过程进行理论分析的基础上,从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,考虑了材料物理性能随温度变化对加热过程的影响,使用Ansys软件建立了钢管电磁-热耦合分析的有限元模型,对钢管中频感应加热问题进行了数值模拟计算. 计算结果中工件外表面温度与实测温度相差5.19%,吻合较好. 提出了感应透热深度的概念,并以此区分钢管内感应加热区域和热传导区域. 根据模拟结果讨论了钢管感应透热深度及温度分布的影响因素,并证明了双线圈感应加热工艺在工件温度分布、热效率及频率分配方面的合理性.     

微加热器温度场的数值求解与分析

为深入探讨微加热器表面产生周期性气泡的普遍规律,需要对微加热器的温度响应和分布进行研究.对微加热器和周围液体工质进行了无量纲固液耦合传热分析,以铂金属薄膜微加热器和液体工质水为例,通过对瞬态能量方程的理论分析和数值模拟,发现产生周期性气泡所需的无量纲加热时间与金属膜的厚度无直接关系,而与无量纲热源值密切相关;对周期性电压方波脉冲加热方式和周期性电流脉冲加热方式进行了对比,认为电压方波脉冲加热方式更符合实验需求;另外还提出了金属表面液膜的过热液层厚度和加热影响区.     

径向充磁圆筒永磁直线同步电机磁场分析

针对径向充磁圆筒永磁直线同步电机,介绍了一种基于圆柱坐标标量磁位的分离变量法的磁场解析计算方法,并对大气隙无槽电机的气隙磁场分布进行了理论分析,得出气隙磁场轴向和径向磁场分布的解析结果.对有槽电机引入卡特系数,得出了修正的解析结果表达式,解析计算了电机的推力.利用有限元分析法,对磁场和推力计算结果进行了验证.结果表明,该电机气隙磁场的解析法和有限元法的计算结果误差很小,从而验证了标量磁位分离变量法计算气隙磁场及解析计算推力的正确性和实用价值.     

双螺杆挤出机双通道机筒的热力耦合有限元分析

建立了双螺杆挤出机轴向加热双通道机筒的有限元模型,分别对试压工况、正常工况和极限工况等条件下,双通道机筒的温度分布、应力分布和变形进行了有限元分析。本算例3种工况的热力耦合载荷作用下的有限元分析结果表明,轴向加热双通道机筒的设计合理,能够满足强度和加热需要。对机筒进行的有限元分析,不仅对机筒结构的强度进行了校核,也对加热通道的优化设计有所帮助。     

基于Nelder-Mead算法的PVD加热器结构优化

为提高蒸发镀膜机内基板温度均匀性,以蒸发镀膜机为研究对象进行建模,采用COMSOL有限元软件对真空环境下的基板加热器温度场进行有限元仿真,并耦合PID算法用于温度控制,揭示了基板温度分布规律。在此基础上对基板温度均匀性的影响因素进行研究,并借助Nelder-Mead单纯形法对加热系统进行优化。结果表明,当顶加热丝间距与侧加热丝间距为1:1.23、加热距离为440 mm、反射距离为3.56 mm时,基板表面最大温差由优化前的16.5℃降低至9.9℃,温度均匀性得到改善。最后,结合实测数据分析显示,仿真结果与实测数据误差为6%,验证了优化的有效性。     

同心圆柱体间旋转气隙内对流换热的数值模拟研究

本文利用商用CFD软件对发电机气隙简化模型——同心旋转圆柱体间环形气隙内流体对流换热情况进行数值模拟,得到了不同泰勒数Ta下流场的速度分布、温度分布和热流密度分布。将模拟得出的平均努赛尔数Nu与经验公式的计算值进行了对比,误差在合理的范围之内,证明了数值模拟的有效性。计算结果表明,受流场中泰勒涡的影响,速度、温度、以及热流密度沿轴向的分布呈现周期性波动,波动频率与泰勒涡的数量相同,其中,速度与温度分布波动的变化趋势相同,热流密度波动的变化趋势与前两者相反;泰勒数Ta越大,流场的平均努赛尔数Nu越大,流场的对流换热性能越好。另外,本文还对带凹槽气隙模型进行了流动模拟,分析了泰勒-库特流能够强化传热传质的原因,为后续发电机环形气隙对流换热特性的模拟做准备。     

引射混合式加热器运用于火电厂的实验研究

为解决目前火力发电厂中低压加热器存在的问题,设计了一种能够用于火电厂的两级引射混合式低压加热器,并用实验方法研究了该加热器的加热性能,分析了工作流体压力、引射流体压力和进水温度对其引射系数、出口温升以及加热效率的影响,并对单级引射和两级引射两种结构形式的加热能力进行了对比.结果表明,在定蒸汽压力的条件下,工作流体压力越高,引射系数越小,出口水温降低,加热效率升高;当进水温度较低时,引射系数较大,加热效率较高;并且两级引射的加热效果明显优于单级引射,平均温升提高20%以上,加热效率高达99%,其加热性能优于传统的间壁式低压加热器,可望在火力发电厂混合式低压加热器中应用.     

可变加热速率线网反应器设计及验证

为了研究温度历程对气固反应的影响,根据可调加热速率和恒温温度的反应器的要求,设计了线网反应器的结构和控制电路.通过对所搭建的线网反应器实验台进行温度标定,并且进行实验,得到不同的升温速率和最高恒温温度对于煤热解特性的影响,通过与实验结果进行比较后,验证了反应器的可靠性.线网反应器实现了0~1 000 K/s的可调加热速率,并可在1 000 ℃以下的设定温度保持给定的停留时间,大大强化了对气固反应的研究能力.     

预加热磨削强化均匀性实验研究

针对磨削强化过程中磨削强化层沿工件磨削方向分布不均匀以及磨削后工件表面产生变形的情况,提出了一种基于温度补偿的磨削强化层均匀性改善方法.通过铜电极对工件导电加热,并在工件切入端安装304不锈钢垫片,通电后形成串联的闭合回路.利用304不锈钢的电阻率大,导热系数小的特性,在预加热条件下工件切入端形成局部高温,达到对工件切入端进行温度补偿的目的,从而提高切入端的磨削强化层深度,进而提高工件磨削强化层深度分布的均匀性.实验中研究了预加热温度和304不锈钢厚度对磨削强化层分布和工件变形情况的影响规律.实验研究结果表明:磨削力和工件磨削强化层深度随着预加热温度升高而增加;随着工件磨削切入端所加不锈钢垫片厚度的增加,磨削后工件变形减少,同时沿工件磨削方向磨削强化层深度分布的均匀性相应提高.     

切削温度的理论计算

金属切削加工中,切削热与切削温度是一重要的物理现象,切削温度及其分布直接影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量.本文采用了一种切削温度的计算方法,并通过切削试验对该方法进行了验证.结果表明,在干切条件下,该方法计算的切削温度与试验测得的切削温度吻合较好.     

金属切削温度分布计算机仿真及其实验研究

作为“二维正交金属切削温度分布计算机仿真理论分析”的续篇。本文介绍了关于刀—屑界面和刀具—工件—切屑系统温度分布的计算机仿真程序与结果,并且在较宽的切削速度范围内,在不同的前角等切削条件下以45°为例进行了实验验证.     

磨削淬硬温度场数值模拟与试验研究

磨削温度作为影响磨削淬硬工艺的重要因素,直接关系着工件的表面质量.为研究其在磨削淬硬过程的分布情况,确定磨削淬硬机理,建立磨削温度场的数学模型,并采用ANSYS软件对其进行有限元仿真研究,通过对磨削温度场的分布以及变化情况的分析验证磨削淬硬的机理,并根据仿真结果对淬硬层深度进行预测.最后进行磨削淬硬试验,对工件显微硬度进行测量,将预测结果和试验结果进行比较,验证仿真结果的有效性,表明可以通过仿真来对其进行研究.     

多晶硅铸锭炉加热器的优化及其热场模拟

以美国GT Solar公司DSS~(TM) 450型多晶硅铸锭炉为模型,提出了一种新的加热器优化设计方案。通过建立热力学三维模型,利用数值模拟的方法,对加热器优化前后铸锭炉内部的热场分布进行仿真,发现优化加热器对边缘区域的中间部分的温度有较好的补偿作用,在一定程度上改善了热场分布的均匀性;与未优化情况相比,热场分布的等温线更加平直,曲率更小;在同样的加热功率条件下,晶体硅可以被加热到更高的温度,优化后的加热器具有更高的加热效率。     

高温堆球床等效导热系数测量实验加热系统设计及可行性验证

为保障高温气冷核反应堆全尺寸堆芯球床等效导热系数研究实验装置在全工况温度范围内实验的顺利实施,详细设计了等效导热系数实验装置加热系统的选材、结构、绝缘及引出方式。进行了比例缩小的验证实验,分析讨论了实验体现出的加热器材料、绝缘件碳化及保温层内散热等技术难点问题。加热器由9组管状石墨单体连接而成,形成圆柱形中心加热体,外置厚100mm的石墨均温套筒。验证实验结果表明:测试温度达到1 600℃以上可长时间稳定可靠运行,关键结构和材料达到设计要求,可有效保障导热系数实验的测量需求。     

切削区温度分布研究

金属切削加工中,切削热与切削温度是一重要的物理现象,切削温度及其分布直接影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量.本文通过分析切削力和刀—屑接触长度的计算,建立了刀—屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,采用有限元法对稳态切削过程中切削温度分布进行了计算,得到了切削区切削温度的分布情况.