变温场中含球形空腔的热黏弹性体动态热应力分析

为解决考虑温度变化的黏弹性体动态热应力问题,从材料的热黏弹性力学性质出发,依据热黏弹性Kelvin-Voigt微分型本构方程及热传导理论和拉普拉斯积分变换方法,求解了带球形空腔的无限大体的动态热应力问题,得到具有温度相关性的黏弹性材料的热应力动态问题的控制方程组,获得位移和应力在拉普拉斯变换域内的精确解,数值求解Laplace逆变换,给出了温度、位移和应力的分布图.     

采用热-流耦合方法对气冷涡轮叶片换热的计算

以往在计算气冷涡轮叶片温度场时需要预先求出叶片和燃气交界面以及叶片和内冷气体交界面的对流换热系数,但是带有复杂内冷通道的叶片求解对流换热系数较困难,针对这一问题,采用了一种无需预先求出叶片表面对流换热系数的方法——热-流耦合方法,即只需给定主流流场的进出口边界条件和内冷通道边界条件以及叶片几何,就可求出叶片温度场的方法。文中采用热-流耦合方法首先对流体扰流前缘为钝形平板的二维层流流动进行了计算,计算结果与分析解进行对比,两者符合良好,证明了方法的可靠性,在此基础上对Mark涡轮叶片的换热问题进行了计算,计算结果与实验值吻合较好。说明热-流耦合方法在计算涡轮叶片换热问题时是有效可行的,具有很高的工程应用价值。     

空气冷却涡轮叶片气热耦合数值计算

借助CFX-TASC flow程序的气热耦合数值模拟技术分析了文献[1]实验研究的径向冷却高压涡轮叶片,计算结果与实验数据比较吻合,与绝热壁面条件的结果比较,叶片外表面的等熵马赫数增加.     

平板气膜冷却热固耦合特性的分析

为分析气膜冷却方法的综合冷却效果和可靠性,采用热弹耦合的计算方法对带气膜孔平板的冷却过程进行数值模拟,获得平板内部温度和热应力的分布特征,比较不同吹风比和不同气膜孔型对冷却效果的影响。结果表明:内部冷却和金属导热使固体内部温度分布较为均匀,热应力集中在气膜孔的前缘和尾缘。与传统圆孔相比,扇形孔和双射流孔能够显著提高冷却效率并降低热应力。该结果可为燃气涡轮叶片的冷却设计提供参考。     

1.4L柴油涡轮增压器涡端流热耦合分析

涡轮增压器涡端气体的高速流动和换热问题具有一定的复杂性,准确计算涡轮增压器的内流场和外特性具有较重要意义.以一典型的柴油机涡轮增压器为原型,基于CFD流体动力学,进行涡端内部三维湍流和热场的耦合计算.通过3个膨胀比下的涡端内流场和温度场的对比,分析涡端透平在不同工况下的性能表现.研究结果表明:涡轮进口吸力面有明显漩涡存在,流动向工作面偏移,叶片进口位置对流动影响明显,在大膨胀比下更为显著;在叶片进口前端、进口低速区、叶片表面等位置出现局部高温区,沿流动方向和径向均有温度梯度存在,温度分布规律和速度变化规律一致;不同膨胀比下,叶片进口位置压力载荷变化较大,叶片其他位置载荷变化相对稳定.计算预测曲线与试验曲线较为吻合,研究结果能为涡端透平的优化设计提供参考.     

多层墙体热湿耦合传递模型及验证

从非平衡热力学角度论证了多层墙体热湿耦合过程采用水蒸气分压力和温度作为驱动势的合理性。由于水蒸气分压力是含湿量和温度的函数,利用全微分思想,建立了多层墙体热湿耦合传递模型,该方法可避免Budaiwi方法在热湿耦合模型建立过程中采用的空气含湿量与相对湿度间的近似表达式,而且简化了方程系数,便于方程的求解。通过对多层墙体求解结果的对比,验证了该模型的有效性。     

区间参数梁结构热弹耦合效应分析

研究了含有区间参数梁结构在温度载荷和力载荷共同作用下的热弹耦合动力响应问题．建立了热弹耦合动力学有限元模型,给出了对结构瞬态温度场和动力响应进行相互交替迭代求解的耦合计算方法,其中,结构瞬态温度场利用有限差分法求解,结构动力响应则利用时间积分法求解．针对区间变量的有限元方程,基于各变量在区间范围内为均匀分布的近似处理,利用改进的蒙特卡罗方法求解,获得动力响应的区间范围．通过悬臂梁算例,分析了热弹耦合效应对动力响应的影响,并针对结构的弹性模量和热膨胀系数区间范围增大的情况进行了比较和分析,得出这两参数以及结构变形大小是影响耦合效应的主要因素．     

热载荷对三维编织复合材料拉伸性能的影响

针对热载荷对三维四向编织复合材料拉伸性能的影响,基于材料细观结构几何模型,推导了三维四向编织复合材料稳态热传导分析有限元方程,建立了三维四向编织复合材料热力耦合行为分析力学模型.将稳态热传导分析得到的温度场作为热力耦合分析时的热载荷,并施加相应的机械载荷,完成了热力耦合强度预报.研究结果表明螺旋型纤维等效模型的数值预报结果与实验数据基本吻合,说明该模型能有效地计算三维编织复合材料的纵向拉伸强度;边界热流对小编织角三维四向编织复合材料的纵向拉伸强度影响较大;该研究为后续的瞬态热传导分析分析奠定了基础.     

模拟准脆性材料热开裂的热力耦合格构离散单元法

针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法（LDEM）提出新的热力耦合数值模型. 通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟. 以平板的热传导与热弹性应力问题、由温度梯度与热失配引起的开裂问题为例,验证所提模型. 将所提模型应用于细观混凝土温度?应力试验的数值模拟中. 结果表明,LDEM热力耦合模型能够有效模拟准脆性材料的热传导过程、在温度影响下的裂纹萌生与扩展,是研究准脆性材料热开裂过程与机理的有力工具.     

地铁车厢热环境下乘员热舒适及人体温度影响因素研究

采用现场实测和问卷调研的方式对地铁车厢的热环境参数及乘员的主观热感觉进行了调研,分析了车厢热环境参数对地铁乘员热舒适的影响.引入二节点模型对地铁空调车厢乘员的核心温度和皮肤温度进行建模,采用有限差分法在时间单元内对耦合的非线性常微分方程组进行离散并利用MATLAB软件编程迭代求解.将实测的1 070组实验数据与计算结果与进行对比.结果发现,二节点模型对地铁空调车厢人体温度的预测精度较高,可用于分析在车厢环境下的人体温度影响因素.人体特征与空调车厢热环境参数共同决定了人体温度的变化,且各因素的影响能力由大至小分别为环境温度、平均辐射温度、人体代谢率、服装热阻、相对湿度和风速.计算方法和主要结论可为地铁空调车厢乘员热舒适研究提供理论参考.     

气体绝缘开关设备母线传热模型的建模与分析

利用有限元方法耦合计算涡流场、流体场及温度场,实现气体绝缘开关设备母线温度预测.根据传热学及流体动力学理论建立母线各组分辐射换热方程及对流换热微分控制方程,给出了模型边界条件,计算出母线的温度场分布.根据计算结果,确定了母线外壳及导体表面的分布对流换热系数,分析了母线对流与辐射换热百分比.与工程算法的对比表明,该方法能够准确预测气体绝缘母线导体及外壳温度,对于正确了解气体绝缘开关设备母线的温度分布状况具有一定意义.     

转炉炉口段汽化烟道热应力研究

针对转炉汽化烟道尤其是炉口段烟道使用寿命不理想的问题,基于Ansys Workbench仿真平台,研究其热应力。采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义编程实现对流动沸腾的模拟,对烟道体与冷却工质组成的流固耦合传热系统进行整场求解,考虑温度对冷却工质和烟道材料物性参数的影响,得到烟道的温度场分布;考虑温度对烟道材料物性参数和力学性能的影响,在Static Structure模块中,将温度场结果作为体载荷施加到烟道上进行热应力计算。结果表明:烟道背烟侧热应力较高,尤其是烟道底部背烟侧水冷壁管;隔板的应力不高,但超过屈服极限,导致其发生塑性变形,故隔板是烟道的薄弱部位。     

热负荷对柴油机结构强度及密封性能的影响

将有限元仿真技术应用到发动机稳态传热和热机耦合分析中,研究热负荷对柴油机各部件应力分布及密封性能的影响.建立1130型柴油机主要部件的有限元传热模型,施加合理的边界条件和载荷,计算得到各组件的温度场分布.借助有限元方法,分析在热应力工况下温度场对发动机密封性的影响.温度场使得缸盖螺栓张力和气缸垫片压力变大,有助于改善密封性.与机械载荷工况进行对比,在热机耦合工况下气缸套和气缸盖的应力明显变大,说明在气缸盖、气缸套的强度计算中不应忽视热负荷的作用.     

Investigation of convection cooling guide vane with conjugate heat transfer method

This paper studied a certain blade with ten radial cooling holes which employed conjugate heat transfer method. The cooling air entered the cooling channel from the bottom of the blade and went out from the top, it was not ejected into the main flow. This paper used different numerical conditions including different turbulence models,turbulence intensities,thermal conduction coefficients and the influence on fluid property via temperature variation. The temperature distribution and pressure distribution of the blade were compared with experimental data. The results show that the numerical results using different turbulence models are almost identical to experimental data even little deviation occurs at shock wave location. The trends of temperature distribution under different numerical conditions are coincident to experimental data,especially Reynolds stress turbulence model. It can be concluded that anisotropic turbulence models can simulate the transition from laminar to turbulence,and the influence of turbulence intensity on laminar region and transition region is more than that on developed turbulent region.     

二维格子Boltzmann方法圆柱绕流湍流模拟

采用多松弛格子Boltzmann方法的大涡模拟技术对二维圆柱绕流问题进行了数值模拟.运用二阶插值反弹格式处理圆柱边界,同时结合Wall-Adapting Local Eddy-viscosity模型(WALE)对壁面附近湍流粘性进行修正,测算了其升、阻力系数和涡脱落频率.结果显示:在雷诺数小于300时,升、阻力系数以及涡脱落频率均跟实验值吻合较好;对于较高Re数问题,其三维效应不能忽略,模拟结果跟实验值有所偏差,但通过引入WALE模型进行壁面修正,该方法较其他二维方法在估算阻力系数上精度有明显提高.     

26Cr2Ni4MoV钢淬火过程的三场耦合数值模拟

为定量分析大型锻件淬火加工过程中工艺参数的影响，应用非线性有限元，建立了淬火过程数值模拟的三场耦合模型，模型考虑了温度场、应力场、组织场及其耦合关系；热膨胀、塑性功生热、变温相变、相变潜热、应力诱导相变和相变膨胀及相变塑性等的效应，模拟了由锻件金属材料26Cr2Ni4MoV制成的空心圆筒工件在不同尺寸和工艺下的淬火过程，计算得到的冷却曲线及残余应力分布与实验结果一致，数值实验表明只有考虑应力诱导相变和相变塑性的作用，才能得到合理准确的结果。     

Numerical and experimental evaluation on methods for parameter identification of thermal response tests

Several parameter identification methods of thermal response test were evaluated through numerical and experimental study. A three-dimensional finite-volume numerical model was established under the assumption that the soil thermal conductivity had been known in the simulation of thermal response test. The thermal response curve was firstly obtained through numerical calculation. Then, the accuracy of the numerical model was verified with measured data obtained through a thermal response test. Based on the numerical and experimental thermal response curves, the thermal conductivity of the soil was calculated by different parameter identification methods. The calculated results were compared with the assumed value and then the accuracy of these methods was evaluated. Furthermore, the effects of test time, variable data quality, borehole radius, initial ground temperature, and heat injection rate were analyzed. The results show that the method based on cylinder-source model has a low precision and the identified thermal conductivity decreases with an increase in borehole radius. For parameter estimation, the measuring accuracy of the initial temperature of the deep ground soil has greater effect on identified thermal conductivity.     

基于CFD技术的双U型地埋管换热器传热热阻

以地热埋管换热器为研究对象,对换热器各环节热阻进行了数值模拟.模拟利用Fluent软件,建立双U型埋管换热器二维模型,并对钻孔内外各传热过程进行数值模拟.将模拟结果与理论计算结果进行了比较,并讨论管间距半宽、PE管外径以及钻孔半径的变化对PE管内热阻、钻孔内热阻和钻孔外热阻的理论公式计算精度的影响.结果表明:对于PE管内热阻和钻孔外热阻而言,其模拟值和理论公式计算值非常相近,而钻孔内热阻的理论计算公式精度较差,其计算值和模拟值之间存在较大偏差;且管间距半宽和钻孔半径对理论值与模拟值的相对误差几乎无影响,而钻孔内热阻的理论值与模拟值之间的相对误差会随着PE管外径的增大而变大.