关于配点型无网格法边界条件处理技术

由于无网格数值方法具有传统的有限差分法和有限元法不可比拟的优点,着重介绍了配点型无网格法格式及其特点.在总结配点型无网格法处理导数边界条件的各种技术的基础上,提出了基于积分插值的新处理技术.通过对基于点插值的配点型无网格法解Helmholtz问题的研究,验证了该技术的优越性.     

焊接过程有限元分析

从简单模型出发, 研究焊接模拟中移动热源、相变潜热、材料特性参数、焊缝的依次生成等问题的处理方法。利用有限元软件对焊接过程的温度场、残余应力场进行了分析,计算结果与理论分析一致。其中用到的先计算温度场, 再用间接法计算结构场的方法,减少了分析的非线性, 极大地提高了计算效率, 该方法在复杂模型中表现更加显著。     

附加相变微胶囊多孔织物热湿传递模型研究

为了考察附加相变微胶囊对织物内热湿传递的影响,发展了一个新的含有相变材料的织物热湿耦合模型.模型考虑了相交区间对相变及传热过程的影响及加热/冷却率对相变材料特征温度和相变热的影响,同时也考虑到纤维对蒸气的吸附/解吸现象引起的热湿耦合作用.使用等效热容法对相变微胶囊的相变过程进行了模拟,并用控制体积法对方程进行了离散求解.计算结果与实验观测一致,表明该模型可以用来预测含有相变微胶囊织物内的热湿传递过程.     

Effect of Processing Parameters on Thermal Phenomena in Direct Laser Metallic Powder Deposition

Direct laser metallic powder deposition technique is widely used in manufacturing, part repairing, and metallic rapid prototyping. The ability to predict geometrical accuracy and residual stress requires an understanding of temperature distribution during the deposition process. This study presents a numerical model of three-dimensional transient heat transfer in a finite model heated by a moving laser beam. Thermal phenomena in the process were investigated. The complex solid-liquid problem and latent heat of fusion were treated by means of equivalent thermal conductivity and modified specific heat, respectively. Using method of birth and death of elements, the growth of additive layers and the shape of melt pool were obtained. The effect of processing parameters such as absorbed power, travel speed, and preheated temperature on melt pool sizes and cross-section of deposited layer profile was studied. The results show that the melt pool sizes increase with absorbed power and decrease with travel velocity. In addition, the preheated temperature contributes less to the melt pool size. The results are generally in a good agreement with experiments in published literature.     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

潜热对激光涂敷过程中温度场的影响

应用自编子程序与通用软件ABAQUSTM联机模拟计算了考虑潜热影响的激光涂敷过程温度场的变化.为定量地考察潜热的影响,使用了考虑潜热及不考虑潜热两种分析模型.计算结果表明,在激光涂敷过程的温度场分析中,潜热的影响不是总可以忽略的,其误差取决于材料在物相转变时交界面温差的范围及材料熔解体积的大小.考虑潜热的有限元模型分析结果和忽略潜热的计算结果比较,前者显示出较低的最高温度、较小的熔池范围和较窄的热影响域.另外,在移动热源作用下潜热的影响比固定热源更为突出.与实验结果比较,证明考虑潜热的计算模型会得出更精确的结果.     

平板状食品冻结时间的数值计算

通过系统的分析以往数值计算的优缺点．提出了在食品冻结过程中,将水分的相变潜热换算到食品冻结冰点区间内的比容中,从而使计算式简化、可行化．再依据元体平衡法建立起平板状食品的有限差分方程．应用计算机程序进行平板状牛肉冻结时间的数值计算．最后将计算结果与实验结果相对比．计算值与实测值很好的吻合．     

矩形直肋热质传递时传热特性的数值分析

为研究矩形肋片的传热传质性能,考虑汽化潜热随温度变化,引用Hyland的温湿度关系函数建立肋片表面传热方程,此时的传热方程无法获得解析解。以传热方程为基础建立传热差分方程,并采用超松弛迭代法对肋片表面温度分布进行求解,同时计算获得肋片传热效率。结果表明：湿度增大,肋片底部和端部温差也越大,绝热边界下肋片温度分布整体高于自然对流边界;汽化潜热的增加使得实际传热量增大,肋片效率的计算结果高于已有研究结果;肋片参数增大时,无量纲化临界点位置越向肋底部靠近,肋片效率减小;环境湿度增大,无量纲化临界点位置向肋片端部靠近,肋片效率变小,湿度对半湿换热工况的肋片效率影响显著,全湿换热工况下,湿度越大,对肋片效率变化的影响越小。     

混合石蜡的热物性实验

对低熔点石蜡（十六烷、十八烷）与高熔点石蜡（54#石蜡、62#石蜡）混合物的传热性能进行了实验研究,用以替代价格较高的十八烷,用于立式集热板太阳能热气流电站的蓄热系统中.采用差示扫描量热仪（DSC）对不同质量分数的混合石蜡的相变潜热及相变温度进行了测量,结果表明：随着低熔点石蜡的加入,混合石蜡的相变温度在不断减小,相变潜热介于低熔点石蜡与高熔点石蜡之间;且混合后的石蜡具有良好的循环稳定性.采用热针法对不同质量分数的混合石蜡固态体系、液态体系的导热系数进行了测量,结果表明：混合之后石蜡的导热系数与低熔点石蜡相差不大,石蜡在固态时的导热系数要大于在液态时的导热系数.综合比较可知,混合石蜡可以满足储能需求,并能降低成本.     

基于无网格局部彼得罗夫伽辽金方法的点采样曲面滤波

针对点云数据的几何处理需要建立三角网格以及不能保护尖锐特征的问题,提出了基于局部彼得罗夫伽辽金（Petrov Galerkin）法的完全无网格点采样曲面滤波方法.该方法不需要重建局部或全局三角形网格,也不需要全局参数化,而是通过在采样点处建立局部切空间,根据各项异性扩散方程在局部切空间中为每一采样点建立局部对称弱形式,然后根据局部对称弱形式组装质量矩阵和刚度矩阵,最后通过迭代方法解稀疏线性系统实现滤波.实验结果表明,基于无网格局部彼得罗夫伽辽金法的滤波方法在滤波的同时可以保护尖锐几何特征,取得的效果可以与传统的有限元方法相媲美.     

Effect of Processing Parameters on Thermal Phenomena in Direct Laser Metallic Powder Deposition

Direct laser metallic powder deposition technique is widely used in manufacturing, part repairing, and metallic rapid prototyping. The ability to predict geometrical accuracy and residual stress requires an understanding of temperature distribution during the deposition process. This study presents a numerical model of three-dimensional transient heat transfer in a finite model heated by a moving laser beam. Thermal phenomena in the process were investigated. The complex solid-liquid problem and latent heat of fusion were treated by means of equivalent thermal conductivity and modified specific heat, respectively. Using method of birth and death of elements, the growth of additive layers and the shape of melt pool were obtained. The effect of processing parameters such as absorbed power, travel speed, and preheated temperature on melt pool sizes and cross-section of deposited layer profile was studied. The results show that the melt pool sizes increase with absorbed power and decrease with travel velocity. In addition, the preheated temperature contributes less to the melt pool size. The results are generally in a good agreement with experiments in published literature.     

关于无网格法节点布置方案的研究和探讨

无网格法是一种新的数值计算方法，节点的布置方案和节点的性态特点则是无网格法的重点，也是难点，根据敏感性分析在有限元方法和形状优化设计中的应用以及节点敏感性这一概念，利用敏感性分析理论来分析无网格法中的节点布置方案，选择相应的响应变量，计算节点的敏感性系数，得出节点敏感性系数和节点布置方案之间的关系，并且指出相应的解决办法。     

A new model for analyzing laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid

In this paper, a new model to analyze laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid is developed. The main characteristics of the model are- i) a new formula of the specific heat at constant pressure is used; ii ) a real heat transfer process is considered; that is, heat transfer processes occur not only between working fluid and microcapsules, but also between the mixture and tube wall; iii) the new method, which combines the newly developed axisymmetrical dual reciprocity boundary element method (DRBEM) with finite difference method (FDM), is used to solve the control equations of this problem. The new model is validated by experimental data. Some new physical results on the variational characteristics of the specific heat at constant pressure with space and time during phase-change process, the time-marching history of the phase-change interfaces and so on are obtained. Several main physical factors that affect enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid are numerically analyzed. Some new understandings for the mechanism of enhanced heat transfer in the functionally fluid are obtained.     

双层定型相变墙体的优化组合

与单层定型相变墙体相比,双层定型相变墙体依靠两层相变材料的潜热吸收和释放,可实现对室外冷热量的有效控制,发挥更加显著的改善室内热环境的作用。本文基于相变传热特性数值模拟的显热容法,以课题组近年来新制备的四种不同相变温度和潜热的定形相变材料为保温基材,构建具有两种不同相变保温层的双层相变蓄热墙体,建立双层定型相变墙体传热数值模型并利用COMSOL Multiphysics数值分析软件求解,针对夏热冬冷与严寒地区使用双层相变墙体的温度控制效果进行模拟,对双层定型相变墙体的传热过程及控温效果的影响因素进行分析,为优化双层定型相变墙体的组合形式提供参考。     

摘要建立了激光打孔过程的固／液／气三相三维数值计算模型，采用水平集（1evel[．set）方法处理能量输入边界并追踪气液（L／V）界面发展，从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述．模型综合考虑了材料气化、熔融液体溅射两种效应，涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素．基于有限体积法，编制计算程序，对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行了数值模拟，探讨了不同激光参数对打孔过程的影响．该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值，也可以扩展至其他高能束流在材料表面的打孔描述．

建立了激光打孔过程的固／液／气三相三维数值计算模型,采用水平集（1evel-set）方法处理能量输入边界并追踪气液（LIV）界面发展,从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述．模型综合考虑了材料气化、熔融液体溅射两种效应,涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素．基于有限体积法,编制计算程序,对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行了数值模拟,探讨了不同激光参数对打孔过程的影响．该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值,也可以扩展至其他高能束流在材料表面的打孔描述．     

热轧带钢层流冷却过程中温度与相变耦合预测模型

建立了温度与相变耦合有限元模型,对带钢轧后冷却过程中带钢厚度和宽度方向的温度场进行了模拟计算.建模过程中,考虑带钢的各金相组织的密度、导热系数、比热容等物性参数为温度的函数,取各相的线性平均值用于计算.根据连续等温转变实验曲线,采用Avrami方程和Scheil可加性法则计算带钢相变潜热,实现温度和相变耦合求解.计算结果表明,带钢经过层流冷却后,沿厚度方向存在着一定的温差,带钢温度沿宽度方向分布不均匀,和现场实测结果吻合.     

非线性热传导问题的基于滑动Kriging插值的MLPG法

利用基于滑动Kriging插值的无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法来求解二维非线性稳态和瞬态热传导问题,Heaviside分段函数作为局部弱形式的权函数,并通过加权余量法推导相应的离散方程.该问题考虑了材料热传导系数随温度的线性变化,并通过拟线性法来求解非线性问题的解,时间域的离散通过向后差分法来实现.基于滑动Kriging插值构造MLPG中的形函数由于满足克罗内克δ性质,因此可以直接准确地施加本质边界条件.在构造刚度矩阵过程中,只涉及边界积分,不涉及区域积分和奇异积分.将数值计算结果与有限元法得到的结果加以对比可以看出,基于滑动Kriging插值的MLPG法能够很好地解决此类热传导问题.     

板式相变储换热器的储换热准则

为提高蓄冷系统的功效,建立了分析板式相变储换热器储、换热性能的理论模型,采用温度—相变界面迭代法分析了相变界面和流体温度随时间和位置的变化规律,讨论了当传热流体为气体时,在气体侧加肋片后的强化换热效果,得到了相变界面、蓄冷量和流体温度的量纲一的公式,它们不局限于某一种相变材料或工况,对板式相变储换热器的设计和性能优化具有普适的指导意义。     

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.     

相变热传导问题的线性互补解

在相变热传导的数值计算中，对潜热一直是显式处理的，常常产生较大的偏差，严重时导致错误的结果，根据移动边界问题的理论，建立了线性互补方程，其中含有相变潜热与温度场两个耦联的未知向量，其解保证了两者之间的相互协调，且避免了大量的迭代计算。