双压控制减压节流阀的数值模拟及试验

提出一种适用于空间飞行器冷屏蔽系统的空间低温流体相变制冷过程中控制系统压力的减压节流技术;通过双压控制减压节流阀实现冷屏蔽系统高低压控制、减压及节流制冷的功效;建立三维立体模型并进行流场数值模拟,根据数值模拟结果设计制造试验模型进行试验验证.结果表明:双压控制减压节流阀能够满足空间冷屏蔽系统表面热流密度变化时系统高低压控制要求;能够有效节流低温饱和蒸汽、气液两相及饱和液体;能够有效抑止变压出口形成的气液两相流及系统内制冷剂固化等问题;能够产生节流制冷效应,提高冷屏蔽系统制冷效率,减少系统冷剂加注量,降低起动加速负荷.     

法兰密封中螺栓与螺栓孔的传热学模型建立

建立法兰密封中螺栓与螺栓孔的传热学模型,将辐射换热、对流换热、导热转化为螺栓与螺栓孔间空气层的当量导热,计算了不同规格螺栓在不同温度下的当量导热系数,结果表明:对所有规格的螺栓,空气层的对流换热可以完全忽略;当量导热系数随温度变化是近似线性变化的;导热是主要热传递方式,辐射换热总体比例不超过35%。     

烧结开孔金属泡沫壁的辐射和自然对流耦合换热试验研究

开展烧结开孔金属泡沫壁在大空间条件下的辐射和自然对流耦合换热试验研究,研究壁面倾角、瑞利数Ra*、泡沫厚度对换热性能的影响。试验所得竖直光铜板的结果与文献结果符合一致,验证了试验方案的有效性。试验结果表明:在一定的加热功率下,随着倾角的增加,纯自然对流努塞尔数和复合努塞尔数先增加后减小,在倾角为60o～80o达到极大值,且辐射换热量占总换热量的33%～44%;竖直放置时,烧结泡沫壁的辐射换热量占总换热量的比值小于光壁,且该值随泡沫厚度增加而增加。与光壁相比,烧结泡沫竖壁复合换热的平均努塞尔数和纯自然对流换热的平均努塞尔数分别提高了1.52～1.98倍和1.16～1.66倍。通过对红外相机拍摄的泡沫表面温度分布进行分析验证了基于泡沫表面平均温度的辐射换热量计算模型的有效性。     

提高铸轧系统传热能力的理论与试验研究

在建立铸轧系统传热模型的基础上,针对影响铸轧系统传热能力的2个主要因素:辊套材料的导热性和内冷对流换热系数进行了理论与试验研究,介绍了新型CGT铍青铜辊套材料的主要特点和应用效果。研究结果表明:采用高导热性的CGT辊套,与37Cr3NiMoV辊套比较,在模拟实际使用工况的仿真分析条件下,铸轧系统的传热能力提高30%;在实验室小型铸轧机上,传热能力提高82%。随着内冷对流换热系数的增加,铸轧系统的传热能力有所增加,但采用CGT辊套材料时,内冷对流换热系数对传热能力的影响更为显著。     

大型地面目标红外辐射亮度外场模拟系统

为实现大型地面目标红外辐射亮度的外场模拟,研制了一套红外辐射外场模拟系统。采用一种电加热布作为红外辐射材料,将其粘贴于长方形充气靶表面,通过温度控制系统控制电加热布表面温度来实现红外辐射亮度的外场模拟。为提高模拟精度,采用长波热像仪作为温度控制系统中的一个环节,建立了热像仪测温结果与温控系统设定值及环境温度之间的关系公式,为给定辐射亮度条件下红外辐射材料表面温度的设置提供参考。另外,也考虑了靶场环境对红外辐射材料辐射亮度的影响。大量外场试验证明,提出的方法能够在一定精度范围内实现目标红外辐射亮度的外场模拟,其模拟精度换算为辐射温度约为2℃。     

斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热的大涡模拟

对流体在放置斜截椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟,得出流场中速度、温度与压力参数的瞬态变化特性,再现温度场、压力场及诱导旋涡的变化过程,并对流动结构及涡流发生器强化传热的机理进行分析。为验证大涡模拟计算结果的准确性,在相同条件下对未布置涡流发生器的空槽道分别采用湍流模型和大涡模拟进行对比计算,两者的计算结果符合较好。计算结果表明：流场中布置的涡流发生器可以诱导漩涡,而由其所诱导的流向涡对强化传热起主要作用。与相同条件下未布置涡流发生器的情况相比,局部对流换热系数可提高64%～105%,平均对流换热系数则可提高17%～36%;涡流发生器附近位置的对流换热系数提高幅度最大,传热面附近流体的流动状况及流动结构与传热密切相关。     

冷辐射板布置方式对办公室热环境影响的模拟研究

辐射供冷常与置换通风系统结合使用以达到良好的舒适性和节能性。辐射供冷/置换通风系统用于办公环境时,冷辐射板的布置方式会对室内热环境产生影响。本文采用CFD方法,通过Airpak对冷辐射板分别置于办公室内顶棚、地板、侧墙上部和侧墙下部四种情况的换热过程进行模拟分析,得出了冷辐射板不同布置方式对应的室内温度场和流场。结果表明,在本文研究的4种布置方式中,垂直墙壁上侧布置的供冷效果最佳,其湍流浑浊区范围最小、热力分层高度最高,同时得到了最低的活动区域温度。     

车辆减振器设计参数对其温升的影响规律

基于双筒液压充气减振器的工作原理、阀系结构和设计参数,应用传热学公式推导其导热、对流换热及辐射换热方程,通过能量守恒定律建立减振器热力学模型。计算出此减振器达到热平衡时的温度和工作时间,仿真分析了减振器传热长度、工作缸及贮油缸内外径尺寸对其温升的影响规律。该模型可为研究减振器可靠性设计提供参考。     

乘用车发动机前舱温度场优化

为了分析某整车发动机舱温度场试验开发过程中出现的传动轴油封和蓄电池表面局部温度超标现象的原因,建立了发动机舱CFD流动与传热三维分析模型,结合试验获得舱内主要发热部件壁面温度边界条件,并考虑辐射换热的影响,求解了试验工况前舱内流场分布和温度超标部件表面温度。计算结果表明:传动轴油封表面温度偏高的主要原因是其离高温热源近而附近流速很小;蓄电池壁面温度超标的原因是经散热器和风扇的冷却气流因回流被循环加热后直接吹向蓄电池表面。为此,在传动轴油封和蓄电池附近分别增加了冷风导流和隔热导流结构,并进行模拟优化和试验验证。试验结果表明:传动轴油封和蓄电池表面的温度均显著下降,有效解决了发动机前舱温度过高的问题。     

地源热泵和毛细管吊顶辐射采暖系统启动过程联合供热特性试验研究

采用试验的方法,分析了3口90m井地埋管换热器换热性能、热泵机组供热性能、毛细管辐射板供热能力、辐射板加热层温度、地板表面温度以及室内温度的变化特性.经过研究,得出了上海松江区大学城区域的地质条件下,热泵机组供暖期间,最大单位井深换热量78W/m.地源热泵机组提供28~35℃的低温热水时的COP值与制取40～50℃热水相比大大提高,节能效果显著.室内采用毛细管吊顶辐射采暖时,当进水平均温度37.5℃时,最大换热量达到了3512W(171W/m2),与进水平均温度29℃相比,其最大换热量增加了66.7%;另外,室内竖向空气存在明显温度梯度.     

薄板点焊热过程的有限元分析

基于ANSYS有限元分析系统,建立用于点焊瞬态热过程分析的电热耦合有限元模型,考虑随温度变化的材料特 性参数、相变以及对流边界条件等,对点焊过程中的接触问题进行适当简化。通过对低碳钢薄板点焊过程的分析,得到 点焊接头的温度场及各部位的热历程,模拟了焊核形成过程,求得焊核及热影响区的形状和尺寸。     

粘贴吸声材料的结构表面声辐射数值仿真

在结构外表面敷盖吸声材料是空气或水下航行器的减振降噪的关键技术之一。本文从 Helmholtz波动方程出发 ,导出了考虑结构表面有声阻抗材料时的边界元方程形式。在此基础上 ,利用 Visual C++语言编写了复杂边界的振动结构辐射噪声的边界元程序 ,并比较了某一振动壳体当外表面分别为硬边界和吸声材料时的计算结果     

任意边界条件的弹性长方体封闭腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利—李兹方法,建立了由1块四边弹性支承的弹性板及5块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导了腔体外辐射声场的解析解。该模型考虑了任意边界条件下的弹性板与腔体内声场之间的耦合。将仿真计算结果与实验结果进行比较,验证了理论推导的正确性。算例表明:低频段时支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧的大。     

温振复合载荷作用下多层壳结构随机振动响应有限元分析

介绍受复合载荷作用结构动力分析的背景和意义.从工程应用的角度,探讨温度与随机振动载荷作用下结构动态响应的有限元分析技术,包括对流边界条件下温度场的求解、热应力计算、预应力刚度矩阵的建立、响应功率谱分析等.然后以一种典型多层壳结构为研究对象,根据其在温振复合试验中的受试状态建立有限元模型.在此基础上,采用模态迭加方法和等效黏滞性小阻尼条件,计算复合载荷作用下的振动加速度响应,并与单一振动载荷作用结果进行对比,结果发现,由于环境温度的升高,结构的振动模态频率降低,而振动响应增大.分析结果可作为多层壳结构可靠性试验方法选取的参考依据.     

含裂纹复合材料板的应力计算

针对含裂纹的复合材料板，根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论，通过保角映射方法建立精确的边界条件，解决了裂纹的边界条件问题。建立了基于准确边界条件的边界积分方程，对裂纹周围应力在不同的外载荷及不同位置的情况下进行了仿真计算，得到了含裂纹复合材料板裂纹周围应力场的精确解析解。     

锥台型气体润滑动压轴承动力学数值模拟研究

针对高精密陀螺电机气体润滑动压轴承间隙复杂流动特点,分析轴承的静态特性和推导一阶滑移边界条件。采用基于无滑移边界和一阶滑移边界条件的计算流体力学方法模拟气体润滑动压轴承间隙复杂流动,计算获得不同偏心距轴承的静态载荷、刚度、功率和偏位角等参数,并与轴承试验结果进行对比分析。研究结果得出,在自重条件下轴承试验测量刚度结果位于无滑移和滑移边界条件数值模拟结果之间,比无滑移边界条件计算结果小约10%,比一阶滑移边界计算结果大约44%,表明轴承间隙流动只存在局部滑移;数值模拟结果的偏位角方向与试验结果一致,分别相差4°和2.6°左右。研究结果可为陀螺电机气体润滑轴承设计提供技术参考。     

刚柔耦合柔性机械手二阶理论精准建模及实验研究

基于动边界条件和三种变形理论,选取Euler-Bernoulli梁模型,采用假想模态法并结合拉格朗日方程建立了双关节柔性机械手的精准动力学模型。根据理论计算仿真结果分析了动边界条件和变形理论对双关节柔性机械手理论建模精准性的影响,并通过实验对比双关节柔性机械手在不同动边界下理论模型和实验条件下的模态频率,验证了转动自由梁模型与实际工况更为贴近。     

变海拔条件下柴油机缸盖热状态变化规律研究

针对实际高原场景下,部分柴油机出现了缸盖局部烧蚀的问题,对不同海拔条件下柴油机缸内传热过程及其对发动机缸盖热状态的影响进行了研究,通过仿真手段计算得到了不同海拔条件下缸盖火力面的温度场分布情况。结合高原实机试验的具体数据,在确定缸盖热侧的边界条件时考虑了两种情况,分别是仅考虑对流换热以及同时考虑了对流和辐射换热的情况。通过对比两种边界条件下的仿真结果,分析研究了缸盖温度场随海拔高度的变化规律及其成因。研究结果表明,缸内对流传热量随海拔的上升逐渐下降,4 500 m海拔缸盖最高温度点温度较平原下降6.2%;缸内辐射和对流的传热总量随海拔高度的上升而上升,4 500 m海拔缸盖最高温度点温度较平原上升15.6%,说明了缸内辐射对换热产生的影响。     

机器辐射声场的组合边界点法分析和试验研究

将组合边界点法应用于声辐射问题的分析计算,通过对模拟车床主轴箱辐射声场的组合边界点法分析、试验测试结果以及与分布源边界点法分析结果的对比,证实了组合边界点法是一种准确、快速的结构振动声辐射问题计算方法。     

一种低流阻表面的流动与传热特性

采用数值模拟方法对流体在有圆孔表面的流动及传热特性进行研究。研究中分别对四种不同的工况进行数值模拟。数值模拟结果所得换热面努塞尔数Nu与采用迪图斯—波尔特(Dittus-Boelter)公式计算所得Nu数进行比较,计算误差均小于5%。研究结果表明,在四种工况下,圆孔表面由于圆孔的存在改变其表面附近流动边界层的流动结构,使得边界层内垂直于壁面的法向速度梯度变小,进而使得边界层厚度增加,且由于圆孔表面下方流体可吸收部分来自边界层以外的动量传递,降低壁面附近的湍流扰动,从而减少损耗,达到明显的减阻效果。计算结果显示:四种工况下圆孔表面的存在使得流动均有不同程度的减阻效果,四种工况中减阻效果最大可达14%;但是随着流动减阻效果的改善,圆孔表面的换热性能均有所降低。