热介质直埋管道周围温度场仿真研究

本文针对地下直埋管道，在分析大气季节性周期变化对其传热影响的基础上，建立传热数学模型，并采用数值计算方法求解出在季节性温度变化影响下的输送热介质直埋管道周围温度场，进而计算出管道随季节变化的散热情况。该数学模型充分考虑了大气温度季节性变化及大地本身恒温层对输送热介质直埋管道传热的影响，把无界域化为有界域，同时在计算时考虑管道周围土壤发生热物性非均匀等因素，从而大大提高了计算结果的精确度。经过与实测温度场数据值相比较：该数学模型建立基本正确，符合实际工况，精确性较高。     

基于CFD的坐便器虹吸管道优化设计及实验验证

为研究坐便器冲洗过程流态分布、流体动力学性能,优化虹吸管道而得到节水型坐便器.建立了坐便器的三维模型,应用RNG 紊流模型及VOF方法对坐便器内部三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值模拟,计算结果揭示了坐便器内流场三维流动形态,研究了坐便器虹吸管内流动规律,分析了虹吸管形状对流速分布、压强分布和虹吸性能的影响,以三维紊流场的分析结果为依据,实现了坐便器虹吸管道的优化设计.PIV测试数据验证了三维紊流数值模拟结果的准确性.     

轿车室内流场的数值模拟研究

轿车室内流场的数值模拟是轿车室内环境空气品质评价与研究的基础.本文选择RNG湍流模型,采用分区域划分网格的方法,并利用Monte Carlo法分析了太阳辐射引起的车体各固面的附加热流变化,对轿车室内空气三维流场和温度场进行了数值模拟研究,为轿车室内环境的舒适性评价和轿车室内通风性能的优化提供了参考.     

基于传播子技术的辛FDTD方法

数值求解三维时域Maxwell方程的过程中,保持方程的内在结构显得尤为重要.利用Hamilton 函数的变分形式,首次将Maxwell方程表述为Hamilton正则方程形式.在时间方向上,借助辛传播子技术对方程进行离散以保持方程的内在结构;在空间方向上,采用四阶精度的有限差分格式对三维旋度算符进行差分离散,建立了求解Maxwell方程的辛时域有限差分(S-FDTD)方法.对S-FDTD方法的稳定性及数值色散性进行了系统的探讨,数值结果表明该方法的正确性及高精度性.     

磁浮列车用悬浮电磁铁温度场三维建模与仿真

近年磁浮列车尝试采用电励磁和永磁混合悬浮电磁铁,来取代传统的纯电励磁方式,达到减小悬浮损耗、提高列车承载能力的目的.高温下永磁体的不可逆退磁特性,是混合电磁铁设计时必须考虑的问题.通过对混合电磁铁的结构分析,建立了合理的数值仿真模型.选择边界条件,并根据边界条件的不同进行合理的实体分割建模,仿真分析了混合电磁铁三维温度场特性,包括电磁铁最高温度、钕铁硼永磁体的温度分布,并与二维仿真计算进行了对比.针对一实际工程样车用电磁铁的仿真计算和实际测斌表明,三维温度场仿真计算准确,符合实际恃况.     

多晶硅铸造过程温度场模拟仿真

多晶硅铸锭炉内温度场对多晶硅的熔化和凝固过程有着决定性的影响.根据不同工艺条件对加热炉内的温度场进行数值模拟是加热炉设计的重要部分,其中多晶硅铸锭炉边界条件的确定是一个关键问题.建立了多晶硅铸锭炉内温度场计算的数学模型,提出了一种通过PID控制原理对多晶硅铸锭炉边界条件进行反算的方法,并根据反算的边界条件就特定工艺参数下铸锭炉内温度场进行了数值模拟.研究表明,采用PID控制方法可以满足精度要求,从而基于所确定的边界条件模拟的铸锭炉内温度场结果准确.     

基于LS-DYNA的弹体撞水过程流固耦合动力分析

基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了三维弹性弹丸体在多物质流体介质中运动的有限元动力分析模型,采用ALE方法对弹体撞水过程进行了流固耦合数值模拟,探讨了其中关键控制参数对弹体入水过程的影响.仿真结果表明,该仿真模型可以解决弹体撞水流固耦合计算中流体形变引起的数值计算困难,求解出的水-气交界面变化情况比较合理,求解出的不同撞水初态下弹体姿态和位置变化情况,可以为弹体撞水初态的选择提供依据.     

高温氧化物晶体生长过程中温度场的数值模拟

报道了诸如Nd:YAG等的高温氧化物晶体在使用Cz(Czochralski)方法晶体生长过程中温度场的数值模拟研究。在计算温度场的过程中引入了有限差分法(FDM)。首先建立了高温氧化物晶体生长的数学模型,然后给出了无量纲方程,最后确定了边界条件,使用有限差分方法求解了方程,并在此基础上编制了仿真程序。应用上述仿真程序描述了晶体和熔体中温度场的变化情况,分析了工艺条件对晶体和熔体温度场变化的影响。     

三维集成电路工作热载荷工况的有限元仿真

建立了三维集成电路过孔互连结构的有限元数值模拟分析模型,对芯片内部存在极小热源时极易出现的畸形网格问题给出了解决办法,该方法能很好的处理三维集成电路中尺度不成比例结构的网格划分问题。针对工作过程中的散热问题,进行了热耦合分析。计算结果表明,由芯片到底面的热通路为散热的主要通道。为防止局部过热,应该把发热功率大的器件放在三维集成电路的下层芯片的器件层。仔铜基片所受应力较大,仔铜基片与铜柱接触面的边角处有应力集中,容易发生开裂失效。     

非守恒理想流体力学方程组的若干数值方法

以求解双曲守恒律组的FD-WENO格式为基础提出了两类用于求解非守恒可压缩理想流体力学方程组的数值方法。通过求解若干Riemann问题及周期漩涡问题对这两类方法及已有的其它方法进行了测试和比较。数值试验表明这两类格式用于求解非守恒理想流体力学方程组时,计算是稳定的,能够算出较好的数值结果。     

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。     

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。     

冲压增程弹补燃室绝热层传热数值与试验研究

三元乙丙橡胶(EPDM)是一种烧蚀型碳化复合材料,通常用作发动机内绝热层.故对三元乙丙橡胶的传热性能进行了理论研究与试验验证.通过建立补燃室内三维流场模型与绝热层二维传热模型.对补燃室内伴随有化学反应的流场用计算流体软件FLUENT进行了仿真计算,仿真结果作为EPDM绝热层传热计算的热载荷,利用有限元软件ANSYS对EPDM绝热层传热过程进行了模拟.通过冲压地面联管试验对补燃室内绝热层传热烧蚀进行了试验研究.绝热层传热计算结果与联管实验结果基本一致,仿真计算结果可以在一定程度上给出绝热层背面的温升趋势.     

注塑模三维温度场的边界元计算及其仿真

注塑模具的冷却系统对塑料件的质量有至关重要的影响。本文针对注塑模具温度场的特点,建立了基于传热学和边界元法的数学模型,对三维边界元网格剖分和边界条件作了特殊的处理。在此基础上开发了三维稳态温度场分析(CAE)软件。在实际应用中表明分析结果合理。     

发汗冷却控制系统的参数辨识

本文针对飞行器再入全程热环境的地面模拟试验和飞行实测研究，应用发汗冷却控制技术，通过热层内点温度测量，引入敏感系数，给出热层加热面表面热流的参数辨识方法，解决了这一参数辨识定解问题的不适定性。由于应用了发汗冷却控制技术，避免了热层表面出现烧蚀，内点测温可以获得全程信息，因此为再入热环境的全程实验研究提供了实现的途径。本文参数辨识的计算结果与正问题的数值模拟结果吻合得很好。     

锅炉对流受热面非线性动态过程的数字仿真

根据直流锅炉对流受热面管内介质及管外烟气流动传热所遵循的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程及金属蓄热方程，采用分布参数法建立了考虑喷水及蒸汽冷凝等情况的过热器、再热器及省煤器动态过程数学模型，该模型能够计算包括参数变化幅度大、锅炉启停与事故状态下的对流受热面动态特性。作为一个例子，计算了石洞口第二电厂1993年7月6日冷态启动过程锅炉主蒸汽压力与温度、再热蒸汽温度及省煤器压力与出口温度等参数随燃料量的变化关系，结果表明计算值与测量值比较一致，所建立的模型是正确可靠的.     

近程高速弹头的温度场与热应力数值仿真研究

采用工程估算方法,计算了近程高速弹头的非定常气动加热。利用气动加热以及蒙皮内部热传导建立热流量方程,得到沿弹体的温度-时间分布。基于特定的飞行条件,得出瞬时温度场的分布,以此作为有限元瞬态热分析温度边界条件。在有无沿厚度方向的温度梯度下,进行了热应力分析。计算结果表明,本方法快速、简捷,可应用于近程高速导弹的概念研究和多目标优化设计。     

分流组合模挤压过程的有限元分步模拟

基于刚粘塑性有限元法,在模拟过程中采用分步模拟的方法,对有限元网格进行分步重划分和步长的分步设置,并提出了解决体积损失问题的补偿方法,在Deform-3D有限元软件上实现了薄壁复杂截面铝型材的分流组合模挤压成形过程的三维数值模拟。分析了铝合金口琴管挤压过程中的金属的流动和变形行为,获得了速度场、温度场、应力场和应变场的分布图,数值模拟结果与理论分析结果吻合较好。结果表明:采用有限元分步模拟可以在保证模拟精度的前提下大幅缩短模拟运算时间,是模拟薄壁复杂截面铝合金空心型材挤压成形过程的有效方法。