考虑炉气非灰辐射特性的蓄热式加热炉数学模型研究

考虑加热炉内炉气的非灰辐射特性,应用引入假想面的区域法,建立蓄热式加热炉数学模型,将各个方程相互耦合进行数值求解.以某轧钢厂的一座步进梁蓄热式加热炉为研究对象,对各辐射全交换面积、钢坯表面热流、炉内温度场和炉膛总括热吸收率进行模拟计算,并与炉气简化为灰体时的计算结果进行比较.结果表明,模型可用来预测蓄热式加热炉内的热流场和温度场,假想面的引入使计算量大大减小,收敛速度较快;在本研究条件下,将炉气简化为灰体时,辐射全交换面积、钢坯表面热流、炉内温度场和炉膛总括热吸收率的误差分别可达69.36%、6.46%、4.93%和23.80%.     

一维流体相变过程的统一分布参数模型及数值仿真方法

流体流动相变系统在工程领域具有十分广泛的应用。针对流体相变系统动态过程仿真模型所存在的几个主要问题，建立了一维流体相变系统动态过程的统一分布参数模型。给出了一种基于流体质点追踪思想的解析．数值混合仿真方法，有效地解决了此类系统现有动态仿真模型中难以避免的数值稳定性问题、仿真模块频繁切换问题和工质相变点瞬态位置难以准确确定等问题，从而为一维流体相变系统提供了一种十分有效的建模及数值仿真方法。     

月面巡视探测器纵向动力学研究与仿真

针对月面巡视探测器(月球车)在复杂月面环境下的行驶性能作了系统研究.由于月球车的行走系统的性能直接影响其在月面上的行走行为,因此有必要对其进行爬坡、涉坑、越障等动态特性的仿真分析.根据传统的车辆地面力学的基本知识,推导了刚性轮在月壤上行驶的动力学模型,并针对一些典型路面进行了仿真分析.仿真预测结果显示,微重力下月球车的牵引与通过特性与在地球上有很大差别.     

热轧层流冷却过程改进模型建立与仿真研究

针对热轧层流冷却过程非线性、强耦合等特性,对热轧层流冷却过程进行了系统模型分析,并在层流冷却物理过程分析的基础上提出改进方案——将整个物理过程划分为热辐射、空气对流、冷却水对流、辊道热传递和热相变5个部分。对影响卷取温度的关键单元——设定单元进行模型改进,在该模型基础上开发了仿真系统软件,并进行了模型验证和对比,这些表明该系统稳定可靠,可用于现场参数分析和新产品的开发。     

基于双层区域模型的舱室火灾模拟技术研究

为了研究舰船舱室内火灾蔓延特点,采用火灾双层区域模型实现舰船舱室火灾蔓延趋势的模拟.通过建立系统能量、质量守恒和气体状态方程、物体间的对流换热过程等,得出了更为贴近实际的单舱室和相r邻多舱室火灾烟气蔓延的数学物理模型.采用数值方法实现模型的求解,并编制了舱室环境下的火灾模拟仿真程序,实现了某舰船内两相邻舱室内烟气温度和烟气层高度随时间变化的仿真过程,其模拟结果同CFAST软件的模拟结果相吻合,验证了建立模型的有效性.     

舰载直升机机舰配合过程仿真建模技术研究

基于用FLIGHTAB开发环境建立了直升机和舰艇之间的机舰配合系统仿真模型.按照相关要求开发了海面风场、甲板流场和舰船运动学系统仿真模型,编制了相关计算软件包,进行了机舰配合过程系统仿真的初步研究,并为舰载直升机训练模拟器配套了系统仿真软件.数学模型中包含直升机飞行动力学仿真模型、局部非定常舰面效应仿真模型、甲板流场仿真模型、海面紊流模型、舰船运动学数学仿真模型以及海面风场仿真模型,各模型定义在统一仿真空间内,实现了模型之间的时空无缝交联.基于上述仿真模型,开展了机舰动态配合仿真计算、舰面起降过程和包线分析计算,包括静态着舰过程及舰上操作仿真计算、机舰运动配合着舰等动态分析科目.该软件包已在舰载直升机综合任务训练模拟器上得到推广应用.     

重力加速度对燃烧过程影响的数值模拟研究

重力对燃烧过程有着很重要的影响,但是在燃烧各理论模型中往往被忽略。建立三维燃烧器模型,采用数值模拟的方法,考察了正常重力和微重力环境下炉膛内温度场的变化规律、热力型NO浓度分布规律和流场的变化情况。经计算分析表明,在正常重力和微重力环境下高温区的形状,炉膛内的温度场,火焰的传播速度,污染物的生成浓度和流场等都发生了很大的变化。这将有助于探索重力因素对燃烧过程的影响,更进一步了解燃烧过程的基本规律和机理,对改进燃烧模型有重要的意义。

Abstract：

Gravity has a significant impact on the combustion process; however, it is often overlooked during the various combustion theoretical models. Three-dimensional model of reverberatory furnace was set up; the numerical simulation was used to study the changing law of temperature field, concentration distribution of thermal NO and flow field in a refining reverberatory under the conditions of the normal gravity and microgravity environment. As a result of calculation and analysis, the flame shape, temperature inside the furnace, flame propagation speed, pollutants generated concentration and flow field have taken place in great changes. This will help to explore the gravitational effects of factors on the combustion process, better understanding the basic laws and mechanism of the combustion process and it has important implications for improving the combustion model.     

遥科学实验虚拟现实仿真技术

着重对自行开发的遥科学虚拟空间实验环境以及一种空间实验虚拟现实仿真系统进行了介绍。该系统模拟了一个假想的空间实验环境,用户可以通过头盔系统观察该实验环境,并可以通过三维鼠标对部分虚拟对象实施操作。同时,开发了微重力条件下液体中的固体微粒无沉浮实验虚拟现实仿真程序,用户可以在上述虚拟空间实验环境下从任意角度观察实验,并可与仿真的实验进行交互。     

基于改进元胞自动机模型的地铁车厢乘客疏散模拟

提出了一种基于改进元胞自动机模型的乘客疏散运动模型,用于研究地铁车厢内发生突发事故下的乘客疏散行为.充分考虑到乘客在突发事故下疏散时的趋利避害和从众心理等,结合模糊逻辑理论建立了乘客的车门选择机制,并利用改进的元胞自动机模型完成对乘客疏散过程的建模工作.通过仿真实验模拟分析了当地铁车厢内突发火灾时火源的位置、紧急情况下...     

AZ31镁合金快速铸轧过程热应力场有限元仿真研究

近年来变形镁合金得到了广泛的研究和应用,薄板快速铸轧技术为新型变形镁合金提供质量合格的板坯.为了研究铸轧工艺参数对AZ31镁合金薄板快速铸轧过程温度场和热应力场的影响,根据读技术在镁合金中应用的特点基于铸轧区板坯的对称性建立了纵截面1/2的二维几何模型;选择自由网格划分法和Smart-Sizing算法划分有限元网格;采用大型通用有限元分析软件ANSYS对镁合金快速铸轧过程中的铸坯温度场和热-应力场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(接触界面换热系数、铸轧速度)对铸坯温度和应力的分布及其相变区的影响进行了研究.仿真结果增强了对镁合金快速铸轧过程相变区温度变化和热裂产生机制的理解,为快速铸轧工艺参数的优化提供了依据.     

某型导弹发射筒的弹射工况建模仿真研究

基于网格理论和有限元理论,建立了某型导弹复合材料发射筒的结构模型,计算了水压加载下的应变情况。与发射筒水压试验检测数据比较,仿真数据表明,网格理论误差较大,无法对发射筒效能有效性进行评估,有限元模型与检测数据模拟较为精确,且能有效地确定应变最大部位。通过对发射筒进行弹射动态加载,完成对发射筒弹射工况下整体应变的计算,仿真模型计算表明,利用有限元方法可有效分析发射筒弹射工况下的应变模拟仿真。     

差异演化算法在热连轧工作辊温度仿真中的应用

针对热连轧工作辊温度仿真计算,给出了忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型。通过对模型特点的分析,指出忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型实际是一种三维仿真模型,并根据此仿真模型建立了变步长计算温度场的有限差分方程。由氧化铁皮厚度的线性函数来近似表示工作辊与轧件等效换热系数,由喷射区水冷换热系数和喷射区之间的水冷系数计算得到工作辊与冷却液等效换热系数。针对差异演化算法后期收敛速度下降,甚至有时会陷入局部最优点的缺陷,提出根据种群聚集度来动态调整缩放因子,同时引入求解域内的均匀变异操作。并用改进后的差异演化算法对两种等效换热系数进行了优化。仿真结果与实测结果规律一致,证明忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型经差异演化算法优化参数后能准确预报工作辊的温度场。     

薄壁蓄热器周期传热仿真系统的开发

基于渐近分析法开发蜂窝蓄热器传热数字仿真软件。建立薄壁蓄热器周期传热的数学模型,求取针对沿气流流动方向弱固体导热条件下的蓄热器温度分布近似表达式,并设计了求取其解析—数值解的算法。运用Matlab的符号运算、数值积分和卷积功能,开发出薄壁蓄热器周期传热仿真系统。热态实验证实了解析精度和可靠性。用等效气固传热系数,可减少由简化通道内热辐射和忽略入口效应引起的解析误差。有效地提高了低氧弥散燃烧设计和操控优化的经济性、准确性和效率。     

基于CFD的高炉仿真研究

针对高炉炼铁的复杂过程，基于计算流体动力学（CFD；Computational Fluid Dynamics）技术建立一种二堆数学模型，模拟了多相流在高炉中运动及热传递情况．模型中包括气、液、颗粒和粉四种相态，并对高炉中存在的主要化学反应做了简化处理．其充分考虑了各个相态之间的耦合作用，分析它们之间相互关系，因此能够预测当一种相态参数变化时，其它各相产生的相应变化。应用所建模型计算得到了各个相态的稳态速度、温度等结果，尤其可仿真软熔带、回旋区等关键区域的情况，为高炉仿真做了很有意义的尝试，也为指导高炉运行提供了新的方法。     

制动器热分析的快速有限元仿真模型研究

基于制动过程中能量耗散的研究，建立循环制动过程中温度场分析的快速有限元仿真模型。对完全循环对称式的盘式制动器、鼓式制动器采用二维有限元仿真模型；对于空心盘式制动器考虑散热筋板结构建立三维循环对称有限元模型。考虑耗散热量分配系数、制动盘导热系数、对流换热系数、辐射换热鼷鼠等随温度的瞬态变化，获得瞬态温度场仿真结果。应用试验验证仿真结果，确认快速仿真模型的正确性与实用性，从而为制动器的抗热衰退、热疲劳设计提供了系统的解决方案。     

人体热舒适参数与舱室热环境双向耦合研究

现有驾驶舱热系统偏向于研究热环境的气流组织参数,较少考虑甚至不考虑人体热调节的作用,使驾驶舱热系统的仿真结果在评估人体热舒适性时准确度不高.采用CFD(computational fluid ynamics)方法,通过能量方程、RANS(reynolds-averaged navier-stokes)方程以及N-s (...     

连铸异型坯凝固过程的三维仿真分析

采用ABAQUS有限元软件,首次建立连铸异型坯凝固三维瞬态有限元传热模型,并利用Fortran语言编写用户子程序施加复杂传热边界条件,根据现有实测工艺参数对连铸异型坯的凝固过程进行三维仿真分析。重点分析异型坯横断面特征点温度的分布规律以及坯壳的增长规律,数值模拟结果与现场试验吻合。为连铸异型坯冷却制度的研究提供更加有效的手段,进而为连铸异型坯三维应力场的研究奠定基础。     

纳卫星PID主动热控制及其仿真研究

建立了球状纳卫星的基本热环境模型。提出基于PID主动热控制的温度控制策略。分别向控制对象系统中舱内仪器、辐射器以及外壳热负荷输入一定大小的阶跃变化进行MATLAB仿真试验。仿真结果显示,PID控制系统能够较为准确、快速的对纳卫星温度系统进行合理的调节与控制。     

基于传热增广模型的轨迹优化与防热结构分析

在考虑飞行器结构温度约束的轨迹设计问题中,采用一般约束热流密度的轨迹优化模型存在反复迭代、不能考虑轨迹、传热之间耦合关系等缺点.针对这些问题,提出一种传热增广的轨迹优化模型.利用空间差分将传热方程转化为一阶微分方程组,与运动方程组成传热增广的系统状态方程,从而能在轨迹优化中对结构温度直接进行约束.算例仿真说明了基于增广...     

纳卫星轨道热环境仿真分析

轨道热环境分析对于纳卫星热控系统的设计与仿真研究具有重要意义。针对进行纳卫星轨道热环境分析的关键问题,通过详细的数学分析,建立起计算简单、便于应用的纳卫星本体质心坐标系内的太阳向量、地球向量的仿真计算模型,以及外热流分析所必需的其它时变空间几何参数的计算方法,满足了纳卫星热控系统的在轨仿真计算中快速、简便的进行太阳辐照、地球辐照、地球反照等外热流计算的客观需要,进而应用上述模型和方法对一椭圆轨道近地空间探测纳米卫星的轨道热环境进行了仿真计算,并对其结果进行了详细的分析与讨论。