褐煤自然发火特性实验及数值模拟

 为研究褐煤的自然发火特性,采用恒温加热法,对不同尺寸的立方体网状容器内的煤样进行实验,得到煤样的升温曲线和临界自燃点温度。根据实验条件,应用Fluent软件建立煤样升温过程的温度场、空气渗流场和氧气浓度场三场耦合模型。实验与模拟结果表明：煤体体积越大,临界自燃温度越低;当环境温度高于临界自燃温度值,煤体能够自燃,反之煤体不能自燃;煤体升温过程中的温度场、空气渗流场和氧气浓度场是随着时间变化并且相互影响的。     

连通容器泄爆过程的CFD模拟

利用Fluent软件对连通容器泄爆过程中的气体爆炸流场进行数值模拟,获得气体爆炸过程的温度场和压力场,模拟结果能较清晰地反映泄爆过程。研究表明:连通容器泄爆时起爆容器的火焰高度均高于传爆容器,容器内温度随着泄爆时间的延长逐渐上升,泄爆口开启后又迅速下降;在泄爆初期,起爆容器的压力均低于传爆容器的压力,小球内压力衰减速度大于大球内压力衰减速度。     

石膏基墙板热泵干燥过程中温度场的有限元仿真

基于石膏基墙板主要依靠自然风干或简易高能耗隧道烘干法的不足,将热泵技术应用于石膏基墙板的干燥,并选择以干燥室进气温度恒定的热泵干燥装置,分析其工作过程。在此基础上,运用ANSYS热分析模块模拟干燥室进气温度为70℃时干燥过程墙板内部瞬态温度场分布。研究结果表明:加热干燥前期石膏基墙板升温快,高温区主要集中在外表面的边角区域;在加热干燥中期,墙板内部温度上升速度变慢;加热6 h后墙板温度与载荷温度趋于一致;在石膏基墙板榫头底部即空心墙板的实体最厚部位,墙板温度最后达到与载荷温度一致;在墙板长度方向上石膏基墙板中间段温度梯度基本上为0℃/m;对墙板的温度场进行仿真得到温度场变化规律,可为墙板的干燥装置设计和干燥工艺流程设计提供参考。     

燃气挤压器式辅助动力源起竖装置建模及性能

为缩短车载导弹发射装置起竖时间,降低系统装机功率,提出一种基于燃气挤压器式辅助动力源的快速起竖方案.建立描述燃气挤压器式辅助动力源起竖过程的气、液、机多物理系统耦合数学模型.在Matlab/Simulink中搭建燃气发生器内弹道求解模块,在AMESim中构建挤压式油箱、液压元件和机械机构仿真模型,以燃气发生器喷管质量流量和挤压式油箱燃气腔压力为传递变量,实现联合仿真,并基于原理样机试验对燃气挤压器仿真模型的有效性进行了验证.分析了起竖装置的快速性和功率特性,并与传统泵式液压起竖装置进行了对比.研究结果表明:新型起竖装置可在34.5 s内实现快速起竖,起竖时间缩短了42.5%,总装机功率仅为11.6 kW,降低了38.9%,大幅提高了系统的起竖速度,显著降低了系统的装机功率.     

有等温材料的压力容器内空气温度变化测量方法

针对填充了等温材料的压力容器在排气过程中产生的温度变化,提出了测量容器内空气温度变化的方法.建立了利用中间停止法测量容器内空气温度变化的数学模型,仿真和实验结果的比较验证了模型的正确性.针对传统的中间停止法提出了缩短测量时间的新方法.结果表明,同等测试精度下,新方法比传统方式在测试时间上缩短90%以上.     

时变对流模式下混凝土厚壁结构内生热场分布

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑了风速的影响,建立了时变对流热传导模式,利用ANSYS分别对时变对流换热系数和稳定对流换热系数下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行了分析,总结了时变对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,并与实测值进行了对比。研究结果表明:时变对流计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;混凝土箱梁墩顶块水化热温度分布以腹板、顶板、底板与横隔板的交合部分为球心呈层状向外逐渐减小;随着时间的延伸,水化热温度分布形状相似,相应区域内温度值降低;时变对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为56 h,稳定对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为80h;风速对各测点的水化热温度峰值及其发生的时间影响较大,增大风速可降低水化热温度峰值,缩减温度峰值出现的时间。     

进气掺混二氧化碳对柴油机燃烧过程影响的可视化研究

为了研究CO_2对柴油机燃烧特性的影响,文章在一台视窗上置式柴油机可视化装置上进行试验,用高速摄像机记录下油门全开时柴油机进气掺混CO_2燃烧过程的火焰图像,应用三基色法计算了燃烧温度场,并结合示功图和放热率曲线分析了进气掺混CO_2对柴油机着火和燃烧过程的影响。分析结果表明:随着掺混CO_2比例的增加,着火时刻推迟,燃烧速率下降,燃烧持续时间不断缩短;缸内最大爆发压力下降,达到峰值压力的时间推迟;放热率峰值下降,放热率曲线整体推后;缸内瞬态最高温度和平均温度均相应降低。     

箱梁水化热温度场时效模式及时变应力场

针对目前混凝土箱梁0#块在施工控制过程中出现早期裂缝现象,综合考虑混凝土材料特性、混凝土早期抗拉强度、混凝土水化热和对流边界条件的时变效应以及浇注时间的滞后效应,基于三维非稳定温度场理论,给出混凝土水化热温度场时效分析模式.采用大型通用软件对混凝土箱梁0#块水化热温度场和应力场进行三维数值仿真,得到水化热温度场和应力场时程关系曲线,总结了温度场和应力场时变效应规律.数值仿真与实测数据对比结果表明,水化热温度场时效模式更能准确地模拟工程实际.     

微型冷库内气流组织及贮藏效果实验

微型冷库是一种适合于我国农业产业结构的产地冷贮藏装置.通过对单一送风、一拖二送风及夹套送风3种不同送风方式的微型冷库内气流组织的实验测量,得出了90m3库内在1.5m处的温度场分布,并在一拖二送风及夹套送风微型冷库内对白菜及菠菜的3种不同贮藏质量进行了贮藏实验.结果表明,夹套式送风方式的微型冷库具有最好的温度场分布,并且贮藏过程中白菜及菠菜的失重最少,比一拖二送风方式下的失重少2%.     

环网柜熔断器垂直和水平布置下温度分布特性

环网柜内的熔断器因长时间工作在大电流环境下,其散热能力对于维持自身正常工作性能至关重要。实际运行经验表明,环网柜内熔断器垂直和水平布置时其故障率存在差异。为此研究了在自然对流条件下,环网柜内熔断器垂直和水平布置时的散热过程及差异。首先基于多物理场耦合软件COMSOL,建立了自然对流条件下的环网柜内熔断器流场和温度场直接耦合的三维仿真模型,对两种布置方式下熔断器的流场和温度场进行了仿真计算;并利用温度分布试验平台测量熔断器关键部位的温度,与仿真结果进行对比与验证。研究结果表明,在正常工作电流下,熔断器垂直布置时最高和最低温度较水平布置分别高13.38%和13.30%;垂直布置熔断器的温度分布呈明显的两端不对称性;水平布置熔断器的温度分布呈两端对称性。研究结果能够为熔断器热故障分析及环网柜熔断器的优化布置提供一定参考。     

火灾时隧道衬砌结构内温度场分布规律试验

借助火灾试验,对衬砌结构内温度场随时间的变化规律、温度场沿厚度的分布规律以及不同边界条件对温度场的影响进行了研究.试验中,衬砌结构混凝土等级为C50,升温曲线采用HC曲线,升温及恒温持续时间约60min.试验结果表明衬砌结构内各点的升温曲线在100～115℃附近会出现一个明显的恒温平台,且距受火面越远,温度平台出现的时间越晚,持续的时间越长,这反映了混凝土内水分的蒸发吸热过程.在试验升温、恒温及降温全过程中,衬砌结构内温度场沿厚度方向的分布满足指数衰减规律.同时,相对裸露于大气中的结构,由于周围岩土体的吸热,衬砌结构中各点的温度要偏低,且越靠近边界,偏低量越大.     

油浸式变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法研究

介绍了一种基于有限元法的变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器二维模型,采用有限元法求解变压器内磁通密度分布;并计算变压器铁心及绕组损耗。随后,采用多物理场间接耦合方法将损耗作为热源加载条件求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流速度及温度分布。对35 kV油浸式变压器进行二维电磁-流体-温度场分析,将温度仿真结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了方法的有效性和正确性。     

基于多种湍流模型的电解加工温度多场耦合仿真

针对型面电解加工过程中的间隙温度分布难以预测和测量的问题,建立型面二维电解加工温度多物理场耦合仿真模型,分别基于SA、k-ε、k-ω、SST和低雷诺数k-ε等湍流模型求解加工间隙流场分布,耦合电场、流场和温度场求解间隙温度场分布,并将计算值与试验值进行对比。结果表明,求解近壁区流速时采用低雷诺数壁处理比采用壁函数处理的精度高,间隙温升能在较短时间内达到准稳态,基于SST、低雷诺数k-ε模型的间隙温度仿真值非常接近,其耦合气泡的温度多场耦合模型仿真值与试验值更为接近。     

双辊薄带连铸用结晶辊套温度场及其热变形

利用非线性热力耦合有限元方法,对浇铸过程中结晶辊辊套的温度场分布进行了研究,并同时计算出了结晶辊的热变形.给出了浇铸稳定阶段的结晶辊温度场分布和热变形规律;分析了浇铸速度对结晶辊温度场和热变形的影响.通过分析得出,在浇铸稳定阶段结晶辊温度只在表层区域发生周期性变化,内部保持基本稳定,浇铸速度越低,周期性变化幅度越大.     

油田水套加热炉高温空气燃烧瞬态模拟及最小换向时间

为解析蓄热式高温空气燃烧过程,采用Fluent软件对油田水套加热炉高温燃烧系统进行换向瞬态模拟,分析了氧气体积分数、空气预热温度、负荷对燃烧特性及最小换向时间选取的影响。结果表明:换向后炉内燃烧可分为4个过程:乏汽排空、火焰再燃、火焰扩散、稳定燃烧;NO质量分数与温度有相同变化规律,但稍有滞后;降低氧气体积分数、提高助燃空气预热温度能减少最小换向时间,负荷变化对最小换向时间无明显影响;建议将15 s作为油田水套加热炉高温空气燃烧工业应用中最小换向时间的参考值。     

碾压混凝土坝温度应力仿真计算

基于不稳定温度场的显式有限元解法和徐变应力的初应变法,对碾压混凝土重力坝进行了模拟坝体升程的施工过程和蓄水、放水运行全过程的温度度、应力仿真计算。温度度场计算考虑了逐日气温变化,混凝土的水化热及入仓温度、边界保温条件及库水对坝体温度的影响,也考虑了新老混凝土接触面上初始温度的不连续、浇筑间歇和酒水养生等温度突变情况。     

钛粉末激光快速成形三维建模与成形机理

金属快速成形技术具有能够快捷地制造形状精度很高的复杂金属制件的优点,尤其在生物仿生复杂多孔结构制造方面具有较大的发展空间。为了解决金属快速成形加工过程中的成形质量不一致、组织形态差异大的问题,采用三维造型、温度场模拟与组织生长技术进行分析与求解。使用有限元法实现成形过程温度场的仿真,分析相关工艺参数对温度的影响作用。在求解温度场的基础上,通过耦合有限元法和元胞自动机可以再现快速成形过程的晶体组织形成过程。基于晶体的形核和生长机理建立纯金属晶体组织形成的元胞自动机模型,该模型需要能够实现晶粒的择优生长。结果表明:基于温度场分析的宏观有限元模型结合微观元胞自动机模型进行耦合计算能够实现快速成形晶体组织的优化与控制,其仿真结果和相关文献一致度达到95%以上。     

紧急制动工况下汽车通风盘式制动器瞬态温度场分布的研究

以某乘用车前轮采用的通风盘式制动器为研究对象,建立其热-结构耦合的3维有限元分析模型.在此基础上采用直接耦合法对该通风盘式制动器在紧急制动工况下的瞬态温度场进行仿真分析,获得整个通风式制动盘和摩擦片在紧急制动过程中温度场的分布情况及变化特性.结果显示:在整个紧急制动过程中,制动盘温度场的分布不是轴对称的,其在径向、周向及轴向3个方向上均存在着一定的温度梯度; 制动盘的最高温度出现在1.91 s,最高温度为227.1 ℃.同时对该通风盘式制动器进行了与仿真分析相同制动工况下的台架试验,所获得的实验结果与仿真计算结果基本一致,从而验证了仿真分析的有效性,为通风盘式制动器的设计及优化提供了理论基础.     

储气库注采井井筒温度场预测与影响因素分析

随着冬季对天然气需求的持续增加,对储气库的调峰能力提出了严峻的考验,注采井作为连接地面与地下的通道,井筒温度受注采周期的影响发生变化,如何准确地预测井筒内温度变化,对于预测环空压力、保证油管和套管安全、水泥环密封性和储气库运行安全至关重要。根据流体力学中质量守恒定律、能量守恒定律和动量定理,将气体的压强、温度、密度和流速进行耦合分析,利用显式四阶Runge-Kutta数值求解方法,输出油管内气体不同深度的流动参数,并对影响油管内气体温度的敏感性因素进行分析,得到了储气库注气过程、采气过程、关井阶段温度分布规律。结果表明：注气过程井底处温度受注气量影响较大,注气时间和注气压力对井底温度影响较小;在采气过程,井口处气体温度随采气量的增加而增大,油管内气体压力由井底到井口逐渐减小,并且随着采气量的增加,减小趋势越明显;在关井初期,油管内气体温度变化速率较大,随着关井时间的持续增加,油管内气体温度逐渐趋于地层温度,并且越接近于井口气体温度变化速率越明显。     

临近空间飞行器相变吸热式充排气装置的设计及其性能仿真

为解决临近空间飞行器的常规被动充排气孔存在的外部高温气体回流致使舱内仪器高温失效的问题,本文创新性地提出了一种用于临近空间飞行器被动充排气系统的相变吸热式充排气装置。该装置增设相变吸热填充区域,在有效平衡飞行器舱内外压差的同时,降低回流气体温度以保障飞行器安全。通过数值仿真对该相变吸热式充排气装置进行了性能分析和结构优化,并将优化后的充排气装置应用于某临近空间飞行器快速上升、机动飞行和快速下降的完整飞行过程中。仿真结果表明：优化后的相变吸热式充排气装置的相变材料填充质量减少了约45%,装置体积缩小了约10%;优化后的充排气装置能将飞行器内外压差维持在50 Pa以下,同时将回流气体温度降到340 K以下。该相变吸热式充排气装置具有良好的泄压与降温双重性能,在航空航天领域具有较好的应用前景。