内燃机受热零件周期性瞬时温度场理论计算的研究

为了研究燃气向受热零件壁面的放热系数和零件瞬时温度周期性波动对其热强度的影响,需要计算零件在不稳定传热条件下的周期性瞬时温度场. 对于一维模型可由热传导偏微分方程导出解析解,它能用叠加的方法求解,本文通过误差分析提出如何来迭择参数.此外还推导了应用FFT的计算方法.我们能用这两种方法求出壁内不同深度各点周期性的瞬时温度. 对于任意形状零件,本文提出一种区域切割方法并且用有限差分法求解瞬时温度场. 以上方法均编制出计算机程序,并对内燃机受热零件进行了计算.计算实践表明这些计算方法是可行的.在壁面上周期性瞬时温度波动和附加热应力是相当大的,必须给予重视.     

径流式涡轮三维温度场分析

高温径流涡轮承受很高的热应力,新一代的陶瓷涡轮由于燃气初温高,以及材料固有的热脆性,使温度场、热应力的研究在陶瓷涡轮的设计中更占有重要的地位。本文用三维有限元法分析了陶瓷和金属材料的径流涡轮温度场。为了确定热传导边界条件,作者用准正交面流线曲率法确定势流流场,接着用边界层能量积分方程计算了叶轮壁面的放热系数,从而建立了一个从径流涡轮流动计算到温度场分析的软件包。计算结果表明,温度梯度的最大值出现在近叶片根部。此外,气流出口处的轮毂部分温度梯度也较大。这些地方将是应力集中区。     

电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟

建立了考虑电流集肤效应的三维电渣重熔电磁场和温度场数学模型,并采用电磁场和金属熔池形貌测量方法分别验证了数学模型的准确性,分析了电流频率和渣池厚度对电渣重熔过程电流密度、磁感应强度、电磁力、焦耳热、温度、熔池深度的影响规律.结果表明:随着电流频率增加,电极和钢锭表面电流集肤效应明显,渣池内部电流分布基本不变;电渣重熔系统内最大焦耳热位于平底电极与渣池接触角部,然而高温区位于渣池内部电极下方靠近渣金界面处.当渣池厚度从015m增加到021m,渣池中心轴线上最高温度从1826℃降低到1721℃,金属熔池深度从022m降低到016m.     

热通道玻璃幕墙的热工计算

简述了热通道的节能原理，推导出了热通道玻璃幕墙的热工计算模型，确定了模型中各方程的系数，介绍了计算及测量结果。该模型可用来计算内外侧玻璃的壁面温度、热通道内空气的温度和流速，以及室内的得热速率等，为相关工程计算提供参考。     

基于ANSYS的高温下热电单偶的焦耳热分布特性研究

在高温工作条件下,热电器件由于内电阻的存在会产生较大的焦耳热,并对其热场特性产生显著影响.为准确描述高温工作条件下热电器件内部焦耳热的分布特性,以高温硅锗合金热电单偶为例,在考虑了热电单偶与导电铜片之间接触效应的基础上,通过ANSYS软件对硅锗合金热电单偶在高温工作条件下的传热过程进行有限元分析,获得了热电单偶的稳态温度分布曲线,并分析了等效计算中热源温度对焦耳热分布的影响.研究表明,由于焦耳热的影响,热电单偶内部温度由线性分布变为非线性分布;随热源温度的升高,反馈给热端的焦耳热占比不断减小,由冷端导出的焦耳热占比不断增大,直至焦耳热全部由冷端导出.     

汽轮机转子热应力的在线监控模型

汽轮机转子热应力是由蒸汽温度的变化引起转子体中温差而形成的。对上述过程分别建立复频域动态数学模型,经综合后得到转子热应力对蒸汽温度变化率的相应模型。并以某一机组的实际启动过程为算例,与有限元模型作了仿真比较,结果表明模型具有较高的精度。为了大幅缩减计算量,应用“主导极点”概念对所得模型作了合理简化,为热应力的在线监控提供了一个易于实现的通用模型。该模型对放热系数及转子材料物性参数的变化具有自适应能力。     

金属有机化学气相沉积反应室磁场数值分析

针对金属有机化学气相沉积(MOVCD)反应室中因感生电流的集肤效应而导致衬底温度分布不均匀,从而影响生长薄膜质量的问题,通过对电磁加热式MOCVD反应室建立数值仿真模型,分析电流强度和电流频率对磁场分布和焦耳热分布的影响,同时对不同材料组成的基座结构中的磁场分布和焦耳热分布进行研究。结果表明:磁场分布和焦耳热分布不随电流强度的改变而改变,但磁场和焦耳热的数值与电流强度成正比;磁场分布、焦耳热分布和数值随着电流频率的变化而变化,数值与电流频率成正比,且随着电流频率的增大,趋肤效应越明显;改变组成基座的材料组成可以改变基座中焦耳热分布,从而提高衬底温度分布的均匀性。     

自结炉衬电熔窑调质过程数值模拟

建立电炉窑内炉渣调质过程的电磁场和温度场数学模型,利用ANSYS有限元软件分析自结炉壁结渣过程,考虑电极柱插入深度对系统电流密度、磁感应强度、焦耳热、温度和熔池深度的影响,并分析不同电极插入深度下熔池形状。研究结果表明:随着电极柱插入深度增加,电流在渣池中流经区域增加,系统的等效电阻增加,电流减小,系统温度极值减小,实际熔融区域增加,有利于调质过程的进行;由于熔池中焦耳热减小,自结炉衬厚度逐渐增大,且最大自结炉衬厚度与最小自结炉衬厚度差值逐渐增大;熔池形状同时受电极柱产生的焦耳热以及水冷壁温度的影响,由于底端离电极较远,电极柱影响较小,温度梯度较大,熔池深度较深;随着电极柱插入深度增加,结渣高度和凝固区高度逐渐减小。     

双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

以双级串联电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了三维谐波电磁场数学模型,分析了其磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明:对于双电极电渣重熔系统,临近效应占据主导,这和单电极电渣重熔系统集肤效应占主导完全不同.电流密度主要集中在渣内上半部分及两对电极的内侧,并且只有总电流的1/5~1/4流经钢锭;焦耳热的最大值出现在渣中及电极底部内侧.参数研究还发现:当频率大于等于35 Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.     

多组分烃类混合物机械密封性能参数计算

介绍了多组分烃类混合物的密度，汽液相平衡常数等热力学物性及粘度，导热系数等热物性的计算方法，以平行端面机械密封为模型，给出了多组分烃类混合物密封性能参数计算程序的编制方法和使用方法。对不同组成的多组分烃类混合物，给出了膜压系数和端面温度间的关系曲线，理论计算结果和现场实测结果吻合很好，证明文中所给方法及程序的可靠性。该计算方法可供机械密封设计部门使用。     

多组分烃类混合物机械密封性能参数计算

介绍了多组分烃类混合物的密度、汽液相平衡常数等热力学物性及粘度、导热系数等热物性的计算方法，以平行端面机械密封为模型，给出了多组分烃类混合物密封性能参数计算程序的编制方法和使用方法，对不同组成的多组分烃类混合物，给出了膜压系数和端面温度间的关系曲线。理论计算结果和现场实测结果吻合很好，证明文中所给方法及程序的可靠性，该计算方法可供机械密封设计部门使用。     

泡状沸腾时的壁面热物性效应

本文运用液体泡状沸腾换热的微层导热汽化机理,对加热壁面的热物性效应进行了理论和实验研究。利用不同物性、不同厚度的涂层,测定了相应的沸腾换热系数,证明了加热面材料热物性综合数(λρc)对泡状沸腾换热具有很大的影响,提出了一个考虑壁面热物性效应的泡状沸腾换热的修正准则关系式。     

基于耦合方法的干式空心阻尼电抗器温度场计算

建立了空心阻尼电抗器磁场—电路—流场—温度场的耦合计算模型，该模型肯先通过磁场—电路耦合计算得到磁场、电感和电流，然后将磁场—电路耦合计算得到的焦耳热作为流场—温度场耦合计算的热源，得到空心阻尼电抗器的气流场和温度场分布．以一种空心阻尼电抗器为例，给出了耦合计算得到的温度场分布，并将温度计算值与实测值作了比较，比较结果表明，该方法具有较高的计算准确度．在空心阻尼电抗器设计中应用上述方法，不需要事先指定对流换热系数，在产品开发阶段即可完成热性能分析，从而降低试验成本，缩短设计周期．     

换热边界下变物性梯度功能材料板稳态热传导分析

用有限元法分析了由ZrO2和Ti 6Al 4V组成的变物性梯度功能材料板在对流换热边界条件下的非线性稳态热传导问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的稳态温度场分布,并与不考虑变物性时的结果进行了比较.结果表明:在精确计算稳态温度场分布时,变物性是影响梯度功能材料板的稳态温度场的最重要因素之一.此外,材料组分的分布形状系数M、环境介质温度、对流换热系数和孔隙度P的变化对变物性梯度功能材料板的稳态温度场分布均有明显的影响.此结果为材料设计和进一步的热应力分析提供了准确的计算依据.图7,参6.     

用有限元法分析估算直齿轮的体积温度

在高速重载下工作的齿轮,一般都承受较高的热负荷,故温度较高。而齿轮的温度决定着它是否会发生胶合损坏,决定着润滑剂的特性,同时也决定着齿轮的热变形,故齿轮的温度估算显得十分重要。对于在稳定负荷下运转并处于热平衡状态的直齿轮,可利用有限元法求解其体积温度,并可通过一些适当的假设使问题得到简化,在估算出齿轮的放热系数和输入摩擦热后,便可进行计算。文中还对放热系数和输入摩擦热的理论计算作了一些介绍,并通过对一典型齿轮传动的温度计算,初步探讨了求解直齿轮体积温度的若干问题。     

工业规模电渣重熔过程电磁场的数值模拟

建立了考虑集肤效应的工业规模电渣重熔过程电磁场数学模型,利用FLUENT对磁场强度实部和虚部的传输方程进行求解.分析了工频下电渣重熔过程电磁场的分布特征,并研究了电流频率和电极插入深度对电磁场的影响规律.结果表明:电流频率从0.5 Hz增加到60 Hz时,电极表面的电流密度从91 378 A/m~2增大到190 746 A/m~2;增大电流频率使磁场强度分布主要集中在电极和铸锭表面区域,渣金界面的洛伦兹力方向也会发生改变;在同功率条件下,增加电极的插入深度使远离电极端部的渣池区域中焦耳热密度增大,而电极端部附近渣池的焦耳热密度减小.     

多孔介质平板通道发展传热的强迫对流及其热应力分析

基于Darcy模型,考虑固相和流相相互作用的粘性耗散和流体流动方向的热传导效应,研究了半无限长多孔介质平板通道局部热平衡的热发展强迫对流及其热应力问题,给出了多孔介质温度、局部Nusselt数Nu和热应力等的Fourier级数解,并考察了多孔介质温度、应力分布等的特征.同时研究了Peclet数和Brinkman数对它们的影响.     

三角形并联微通道换热特性研究

基于Navier-Stokes方程的传统理论,把整个实验硅晶片上的所有并联微通道纳入计算区域,通过FLUENT商业软件对其进行数值模拟.计算得到的温度场和实验结果的红外成像数据对比,吻合得很好,从而验证了数值计算的正确性.对并联通道中的不同通道计算结果表明,不同微通道中流量几乎没有差异,但是不能完全忽略热流密度的差异.此外,通过三角形微通道在壁面上的热流密度分布很不均匀,与矩形通道截然相反;轴向导热对热流密度的分布有很大影响.在进出口温差较大时,用进出口平均温度作定性温度计算的结果与变物性计算的结果相比,误差很小.     

气体钻井井底岩石热应力分析

为研究焦耳-汤姆逊冷却效应产生的低温气体与地层的传热现象,采用热传导和热弹性理论方法求得井底温度,建立井底岩石稳态温度和热应力分布模型,并分析井底岩石稳态和非稳态情况下温度和热应力的分布规律.结果表明:井底附近岩石存在低温区,径向热应力和由负压差产生的“拉应力”叠加之后加强了井底岩石向井眼变形的趋势,促使井底岩石破裂;井底岩石热应力随井底气体温度降低而增大,保持适当的井底温度有利于钻头破碎岩石及机械钻速提高;时间对于井底岩石热应力的影响较大,在研究井底低温问题时不可忽略其影响.     

锅炉汽包管接头组合结构的温度分布二维有限元分析

用有限元方法对锅炉汽包和下降管组合结构的温度分布进行了计算，计算时考虑了锅炉启停过程中汽水间放热系数不同所引起汽包上下壁温差，以及下降管接头的存在对汽包筒体温度分布的影响，为正确计算锅炉汽包的热应力及其低周疲劳寿命提供了依据。