精细化中子输运计算程序HNET动力学计算初步验证

针对精细化瞬态中子输运计算的高耗时问题,本文开展了瞬态中子输运计算方法研究及程序开发.基于二维/一维方法开发了三维全堆芯一步法精细化中子输运计算程序,着重开展了时空中子动力学的算法研究及程序模块开发.针对三维瞬态输运问题,将其转化为二维与一维的瞬态固定源问题,分别采用特征线法与节块展开法进行求解,同时,采用两级基于广义等价理论的粗网有限差分方法作为三维计算框架并加速全局的迭代收敛.最后,采用C5G7-TD非均匀瞬态基准题对该程序的中子动力学模块开展计算精度方面的验证,并与国际知名高保真中子学程序进行对比分析.结果表明:自主开发的时空动力学模块计算精度高,能够满足三维高保真瞬态中子输运计算的需求.     

浸入水中输运流体管道振动微分方程的建立

本文建立了浸入水中输运流体管道耦合振动微分方程。在方程的推导过程中，既考虑了流体速度对管道的诱发振动，又考虑了振动的管道对流体的反馈作用。     

中子测井问题的有限元模拟

在测井条件下，系统研究了输运方程的Galerkin变分问题的有限元求解过程。提出了对二维、三维测井区域都适用的有限元剖分方法，在中子测井问题的有限元模拟程序中实现了稳态与非稳态问题的统一处理。计算实例验证了该方法的有效性。     

Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证

对于Ti6Al4V材料的激光选区熔化（SLM）成形工艺,基于离散元方法（DEM）建立粉末颗粒随机分布的三维介观模型.采用流体体积法（VOF）对SLM成形过程的三维自由表面进行动态追踪;考虑TC4颗粒随机分布的粉床、随温度呈非线性变化的热物性参数、熔池自由液面演化、由温度梯度引起的表面张力以及蒸发作用;通过数值模拟研究激光与粉末颗粒相互作用过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程. 结果表明,由温度梯度及表面张力梯度产生的马兰戈尼对流是影响熔池内部传热传质和熔池三维形貌的主要因素;线能量密度（LED）与马兰戈尼对流的强度呈正相关,当LED=92.9~183.0 J/m时,单道表面质量较优. 通过单道成形实验对熔池与熔道的三维尺寸与形貌进行观察分析,有效验证了数值模拟的正确性.     

大功率激光三维制造技术

北京工业大学研发的“大功率激光三维制造技术”通过了专家鉴定。专家认为，该项研究成果达到了国际领先水平。该成果包括： 　　1.在国际上首次提出基于附加相移的大功率 CO2混合模激光光束传输与聚焦理论，可计算大功率 CO2激光光束横截面能量分布的变化、光束的光学参数、焦点偏移等参数，并可根据激光光束质量参数确定三维激光加工的范围，为大功率激光三维加工飞行光学系统的应用条件提供了理论根据。 　　2.在国际上首次建立了将激光光束参数、激光聚焦参数、材料参数、加工工艺参数综合的大功率激光三维焊接和切割数量模型，形成了…     

Green-Kubo公式在不同维数模拟系统中的比较分析

在平衡态分子动力学模拟的基础上,利用Green-Kubo公式分别计算周期性边界条件下二维及三维系统的液态氩流体的输运系数,归纳出三维模型压强结果与计算空间尺度之间的变化规律;在对零剪切粘度模拟结果的比较分析的基础上,探究出不同维数模型系统对剪切粘度模拟结果的影响,总结出了二维模型替代三维模型进行剪切粘度的计算方案;通过对两种模型的模拟计算,得出某一单一模型不可简单替代三维模型进行输运系数计算的结论。     

钢板激光多次扫描弯曲成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC．Marc，建立了中厚钢板激光多次扫描弯曲成形过程的三维弹塑性非线性热力耦合有限元模型．计算了整个激光弯曲成形过程中温度场、应力场和位移场的分布．实时测量了板材自由端一点位移和下表面三点温度随时间的变化．计算结果和实验结果吻合较好．用建立的模型分析了多次扫描过程中随扫描次数增加弯曲增量逐渐减小的原因．为激光弯曲成形工艺的实际应用奠定了理论基础．     

有体积热源的矩形空腔内层流自然对流的数值模拟

对具有内热源方腔的稳态层流耦合自然对流换热进行了三维的数值模拟，采用的模拟代码基于连续介质计算力学的开源库OpenFoam，解决了自然对流换热与固体传热的耦合问题．Rα数的变化从10^5到10^9．对外壁面为常温、方腔内充满含体积热源流体的自然对流计算结果表明，温度场、速度场与非耦合的工况有很大差异．     

流场计算中自由表面的处理

本文针对水流计算中不规则边界和自由表面问题，从流日两相流理论出发，推导得出具有不规则边界时的紊流控制方程，引入通度概念处理不规则计算边界；采用ＭＡＣ方法的思路，直接从物质输运方程出发，推得流体体积输运方程，用ＶＯＦ法追踪随时间起伏的自由表面。利用所建立的数学模型计算了实用重力坝及其下游库式消力池中水流流场，并对一个收缩式消力池中三维水跃进行数值模拟。计算结果较好地与实验结果符合。     

基于CFD的LED阵列自然对流散热研究

基于计算流体动力学(CFD)方法,分别采用带浮力修正的k-ε模型和P-1模型计算对流换热和热辐射,构建了包括LED固体部件和外部流体空间的全场三维数学模型。应用该模型对LED自然对流散热过程进行模拟,并通过物理试验验证了模型的有效性。计算表明,温度场与对流换热系数分布均具有各向异性特征,前者取决于芯片的功率密度和布设位置,而后者源于外部流体的流动状态。并且,辐射在整个散热过程中起着重要的作用,它不仅能减小热阻、降低结温,而且能弱化温度场的不均性、提高整体散热效率,在本文的计算条件下,辐射散热量占总散热功率的23.3%。     

高温炉内二维热状态研究

本文将计算二维流场的K-ε双方程模型与计算辐射传热模型结合在一起,运用流场计算的SIMPLE算法和辐射传热的热流法计算,开发了两个模型的计算机程序,联立求解了高温炉膛内的二维热状态分布。运用该程序可以计算由辐射、对流和导热共同作用下炉内的温度分布和流场分布。作为一个简单的特例,在没有考虑燃烧的情况下,求解了给定炉墙温度及入口速度时空炉的热状态分布。     

Analytical solution and experimental verification for pulsed laser heating process with convective boundary condition

Duetothecomplexityandthetransientfeatureoflaserprocessingprocess,realtimequalitycontrolviaexactmodellingandmulti-fieldcouplinganalysisbecomeaNomenclatured,absorptioncoefficient1/m;a,thermaldiffusivitym2/s;Cp,specificheatJ/kgK;r,densitykg/m3;k,thermalconductivityW/mK;I0,laserpeakpowerdensityW/m2;rf,reflectioncoefficient;h,convectivecoefficientW/m2K;Bi,Biotnumber,namelyhkd;s,Laplacevariable;T1,ambienttemperatureK;T0,initialmaterialtemperatureK;Te,materialtemperatureattimetK;m,dynamicviscos…     

6061铝合金表面激光熔覆温度场的仿真模拟

利用连续波Nd:YAG固体激光在6061铝合金表面激光熔覆SiC陶瓷粉末，采用ANSYS有限元软件对6061铝合金激光熔覆过程中热量传递及温度场分布进行模拟，在分析过程中采用三维单元，并考虑了材料热物性的非线性及对流和辐射的边界条件，建立了有限元模型，得出了熔覆过程中试样表面的温度分布模拟图.结果表明，温度场模拟等温线呈椭圆形，在移动热源的前方等温线密集，温度梯度较大，热源后方的等温线稀疏，温度梯度较小，熔池内最高温度与激光扫描速度、光斑半径均成反比，与激光功率成正比.模拟结果为陶瓷金属基复合材料激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

温度和吸收程对稳频精度的影响

调制转移光外差光谱信号的信噪比和中心斜率与碘池温度和吸收程等有关.通过搭建稳频系统,得到碘的调制转移光谱信号,然后把激光频率锁定在碘的调制转移光谱谱线上.研究了温度、吸收长度对稳频精度的影响.     

基于格子Boltzmann方法的倾斜方腔自然对流模拟

采用格子Boltzmann方法对二维封闭方腔自然对流换热进行研究. 通过数值模拟得到在不同Ra数和倾斜角θ下,封闭方腔内的流场、温度场的变化情况. 再根据流场、温度场分析Ra数、倾斜角θ对封闭方腔自然对流换热的影响. 结果表明,Ra数的增大会增强自然对流换热,而倾斜角的增加使得自然对流换热增减交替,当倾斜角为90°时,自然对流换热最弱.     

基于有限元的激光熔覆温度场分析

采用Ansys有限元软件对激光熔覆Ni60合金过程中热量传递及温度分布进行模拟,在分析过程中采用三维单元,并考虑了材料热物性的非线性特征及对流和辐射的边界条件,建立了有限元模型,得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度分布模拟图,分析了激光熔覆工艺参数对试样表面温度场的影响,为制作高性能的耐磨表面合金层选择熔覆工艺参数等提供了依据.     

自燃采空区风流场、温度场及热力风压场的计算机模拟

应用质量守恒、能量守恒、多孔介质流体动力学、对流传热传质、采场通风与防火等理论,并在建立采空区非稳态风流场、温度场及热力风压场数学模型的基础上,通过热力风压场的求解,将风流场和温度场有机地联系起来．利用有限单元法进行数值分析,编制计算机程序解算采空区自燃时的漏风流动状况及温度场和热力风压场的分布．     

A general theoretical principle for single-phase convection heat transfer enhancement

The main methods of single-phase convection heat transfer enhancement are analyzed in this paper, and the unity of contradiction between heat transfer enhancement and energy consumption (or exergy destruction) is expounded. The thermodynamic relationship between heat (or exergy) transfer efficiency and energy consumption (or exergy destruction) as well as driving forces is established, and a general theoretical principle for single-phase convection heat transfer enhancement is further obtained. The principle shows that temperature gradient field distribution and velocity field distribution constrain each other, and that the optimum heat transfer efficiency can be obtained when they are synergetic. If the level of the synergy of temperature gradient field distribution with velocity field distribution is determined, the relative uniform temperature gradient is required, and vice versa. The principle also shows the relationship of relative temperature gradient with specific heat and coefficient of heat conductivity. The deduced results can be used as a theoretical guidance for single-phase convection heat transfer enhancement and optimum design of heat exchangers.     

电渣熔铸过程中渣池热电场耦合模拟研究

电渣熔铸过程中的渣池是一个集热场、电磁场、流场等于一体的复杂体系．各种场之间是相互影响的．且整个体系的边界条件非常复杂、本文通过将渣池内的对流传热转化为传导传热问题．在此前提下,对渣池的热电场传输现象进行了分析．同时对自耗电极、渣壳、结晶器、渣金界面等渣池热电传输边界条件作了合理的处理．使用大型有限元分析软件ANSYS对渣池的热电场进行了研究．模拟获得了渣池的电场和温度场分布图．在此基础上研究了两种场的分布特点．同时提出作为熔铸过程中主要产热区的渣池是由高热源区和低热源区所组成的观点．对调整电渣熔铸过程中工艺参数、稳定熔铸过程具有一定的指导意义．