钢管超快冷过程数学模型的研究与开发

为了提高钢管超快冷过程的温度控制精度、冷却均匀性以及组织性能控制的精准度,分析了钢管超快冷过程的换热机理,确定射流冲击为钢管超快冷过程的主要换热方式。利用反传热法对钢管表面换热系数进行测定;利用导热方程,建立钢管超快冷过程射流冲击换热数学模型,采用第三类边界条件和有限差分法求解该数学模型。应用此数据模型可以计算特定温度范围内的平均冷却速度和所用时间,也可以计算一定时间范围内的温降和平均冷却速度。经现场测试,由该数学模型计算得到的温降曲线与实际温降曲线基本相同,模型计算精度很高,具有可应用性和执行性。     

基于改进粒子群算法的连铸传热模型参数辨识

连铸传热模型是实现连铸二冷动态控制的关键,换热系数的准确性是模型成功应用的前提。本文以连铸传热模型为基础,根据四个冷却段设定的换热系数计算得到冷却段末温度,基于不同工况下的温度数据,采用改进粒子群算法对综合换热系数反向推算,以铸坯表面实际温度和计算温度差为适应度函数,优化确定二冷各段换热系数,并验证辨识参数的可靠性。仿真结果表明,该方法辨识的参数精度及重复性较好,计算温度与实际温度偏差小于3℃,满足工程应用。     

600 MW直接空冷凝汽器变工况模型建立及特性分析

为解决因直接空冷凝汽器变工况特性计算不准确,影响直接空冷机组冷端系统运行优化效果的问题,基于厂家原始数据资料,采用ε-NTU法,考虑凝汽器冷凝温度变化引起的实际凝结热的变化及变工况下排汽压损的变化,建立了某600 MW直接空冷机组凝汽器变工况特性计算模型。该模型计算结果与厂家提供的特性曲线对比,其最大误差为1.68%,满足工程精度要求,与传统模型相比,该模型计算精度更高。在所建立的空冷凝汽器变工况计算模型基础上,详细分析了环境温度、汽轮机排汽流量和迎面风速对凝汽器压力的影响。结果表明:凝汽器工作压力分别随环境温度、排汽流量的增大而增大,随迎面风速的增大而逐渐减小。环境温度越高,空冷凝汽器压力对环境温度、排汽流量及迎面风速的变化越敏感。     

置换通风房间负荷及通风效率的非稳态数值模拟及分析

利用CFD商业软件-FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和非稳态数值模拟的方法,对某一置换通风房间在夏季室外综合温度和室内热源共同作用下的计算日冷负荷及室内温度场进行了分析.在数值模拟时,用多孔介质模型处理人员区,用离散坐标(DO)模型计算辐射换热.计算结果表明,置换通风房间具有热分层特性,该房间工作区最大负荷只有全室负荷的不到57%,通风效率随时间变化且在最大负荷时刻附近达到最大值约1.77.     

夏热冬冷地区热桥对低层建筑能耗的影响

考虑土壤温度以及辐射换热对热桥能耗的影响,利用THERM建立二维稳态热桥传热模型,基于有限元法得出墙体的温度分布及热流密度,进而得出墙体的传热系数值。根据等效传热系数法将该传热系数作为墙体的平均传热系数代入Design Builder中计算建筑的冷、热负荷,与不考虑热桥时的建筑冷、热负荷进行对比得出热桥对建筑能耗的影响。以夏热冬冷地区4个典型城市南昌、成都、武汉、上海为例,分析了某二层居住建筑中热桥对低层建筑能耗的影响。模拟结果表明:夏季墙体平均传热系数增大27.02%～30.28%,建筑冷负荷增大3.36%～4.63%;冬季墙体平均传热系数增大20.81%～25.00%,建筑热负荷增大6.49%～7.76%。同一季节与城市下建筑负荷变化与墙体平均传热系数变化成正相关。相同变化量下土壤温度对墙体平均传热系数的影响大于室外空气温度。     

热轧带钢精轧过程的混合温度模型

结合现场数据采集系统的实测数据,应用差分法替换精轧温度设定系统中计算误差较大的轧制传导温度模型,根据带钢各层温度的分布特点提出变长和变厚度网格划分的方法;对原精轧温度设定系统中空冷温降模型的辐射系数进行离线的钢种和厚度等级修正,并建立新的指数水冷温降模型,在线调整对流换热系数.由此构建的混合温度模型在保证计算速度的同时大幅度提高了预测精度.为满足现场生产精度和稳定性的需要,采用“接力式”初始化训练方法,建立了神经网络自学习系统.结果表明,改造后精轧温度设定系统的预测精度比原系统高,并且在变钢种、变规格轧制时误差波动小.     

湿式冷却塔加装导风管的数值研究

以湿冷机组自然通风冷却塔相关理论为基础,在FLUENT模拟软件的框架下,建立了火电机组湿式冷却塔的传热传质模型,雨区和喷淋区采用离散相模型,具有较高精度的Poppe理论用于计算填料内复杂的能量传递和物质交换.由于塔的中心区域换热效率较低,采用了在雨区加装导风管的方案,使外界空气直接与中心区域冷却水换热,改善塔内空气温度...     

大口径光学透镜瞬态温度场模拟

为考察热辐射效应对光学元件稳、瞬态温度场的影响,给出了考虑辐射和导热耦合换热情况下复杂几何结构光学透镜稳、瞬态热特性的适体坐标下离散坐标法.对喷管形和圆柱形介质进行计算并与其他方法比较表明,建立的适体坐标系下辐射与导热耦合换热计算方法精度较好.对两端为球缺中间为圆柱的大口径透镜内的辐射与导热耦合换热过程进行了数值模拟.计算结果表明,为了精确地预测半透明介质如透镜内的温度分布,应该考虑辐射与导热耦合作用,且应当考虑介质的光谱特性.     

地下含水层的储能和过程特性的分析

根据地下含水层流动和换热过程的特点,以热平衡和热扩散原理为基础,建立了地下含水层储能数值计算模型,对照同层储能采灌试验数据进行了验证。模拟结果和实际观测数据吻合。模型分析了含水层储能循环采灌过程中抽出储能水的温度变化的一般特点。     

适应变速轧制的精细化轧件温度计算和控制模型

针对因变速轧制和复合冷却带来的卷取温度模型预报精度降低的问题,以热输出辊道上的冷却设备布置信息和辊间冷却换热形式为出发点,采用Crank-Nicolson(C-N)六点格式有限差分方法构建轧件轧后冷却温度计算模型;以前馈为主、反馈为辅,不断进行自学习来对轧件冷却温度进行控制,在精轧出口按照固定时间周期对轧件进行分段采样和前馈设定,在卷取入口按照长度进行分段采样和周期性反馈控制;为使模型适应升速轧制和因终轧温度控制所带来的速度扰动叠加的速度变化,对轧件在冷却区的运动进行精确的位置跟踪,并在冷却区中增设速度补偿区,对设定的冷却规程进行更新以补偿升速带来的冷却不足或降速引起的过冷.新的卷取温度模型以辊间冷却为计算单元,可有效地集成不同的冷却形式,并对变速轧制过程进行有效适应.自现场应用以来,卷取温度设定精度和控制稳定性大幅度提高.     

基于虚拟风洞的装载机动力舱热环境预测分析

为了改善装载机动力舱热环境,提高散热器的换热性能,保证整车工作的稳定性,以轮式装载机为研究对象,按照实际尺寸建立三维计算模型,采用虚拟风洞和数值模拟相结合的研究方法,预测排气系统对动力舱热环境和散热器性能的影响,并比较了在两种排气系统结构下散热器的换热效率。仿真结果与试验结果比较吻合,证明了计算模型的有效性。计算结果表明:采用隔热排气系统能够明显降低动力舱内空气的温度,改善舱内热环境,液压油散热器换热性能提高9.0%,水散热器换热性能提高7.3%,传动油散热器换热性能提高6.8%。研究结果对装载机整车热管理技术提供了指导。     

印刷电路板换热器中S-CO2换热特性数值分析

为了探究超临界二氧化碳(S-CO2)在直通道印刷电路板换热器(PCHE)中换热特性,本文采用数值模拟方法对此问题进行了研究.计算分析了S-CO2在印刷电路板换热器中的换热特性,并对比了在单独改变一侧通道入口温度、工作压力及工质流量时对流换热系数和壁面努塞尔数的变化趋势.研究结果表明:由于工作压力不同,超临界二氧化碳工质存在从类液区向类气区过渡的情况,导致印刷电路板换热器换热通道入口温度或流量变化相同时对流换热系数和壁面努塞尔数呈现出不同的变化趋势.保持超临界二氧化碳工作压力和流量一定时改变冷侧入口温度比改变热侧入口温度对印刷电路板换热器热功率的影响更大;改变热通道的压力或流量要比改变冷通道的压力或流量对PCHE热功率的影响更大.     

煤矿爆炸后巷道内温度变化规律

为了研究煤矿爆炸后巷道内温度的变化,建立煤矿巷道爆炸后的简化数学物理模型. 以热力学方程为基础,分析对流系数、密度对温度变化过程的影响,通过迭代计算得到了巷道降温曲线;为了避免因简化对流换热模型引入过大误差,又采用Fluent软件进行非稳态气固耦合换热分析,得到巷道内温度变化的过程信息．两种方法得到的结果相吻合,分析了爆炸后巷道内温度的变化规律,结果表明:爆炸后巷道内的高温不会持续很长时间,可为优化矿用救生舱以及避难硐室的设计参数提供参考．     

平流层飞艇热敏感因素分析

以平流层飞艇为研究对象,建立飞艇热特性模型并分析主要的热影响因素. 通过有限拆分法,建立完整的平流层飞艇热特性模型. 为了使建立的热模型能够适用于不同类型的飞艇,将其外形建模和表面离散化处理,分别采用分布参数法和集总参数法,对蒙皮单元和内部填充气体进行热特性数值计算. 通过相关试验数据对建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行验证. 分别计算8种不同热影响因素作用下飞艇表面蒙皮温度及内部填充气体温度的变化,对每种因素的影响规律进行定性和定量的分析,得到飞艇热特性的主要敏感因素及不敏感因素,归纳出飞艇蒙皮出现极值温度的条件. 比较不同热源对飞艇热特性的影响和规律,给出飞艇热特性模型中的可简化部分.     

增强型地热系统热固流耦合数值模拟与分析

为了研究增强型地热系统热储段温度场分布的特点,以及系统在开采过程中结构性能的评估和利用效率变化的规律,结合北京市地质结构活动探测的结果,建立了增强型地热系统热固流耦合微分控制方程,提出了天然裂隙-断层模式热固流的二维数学模型。基于离散裂隙网络模型,对裂隙-断层模式的岩体-水流耦合换热过程进行数值模拟与分析。通过不同算例设置,进行了12 a的计算研究,分析了水流流速、地层断距等因素对岩体温度场、水流温度场的影响效果。在此基础上,总结了不同生产距离水流出口温度和不同岩体固定距离点温度随时间的变化规律。     

小方坯连铸二冷配水对凝固与传热的影响

研究小方坯连铸在二次冷却过程中的坯壳凝固情况,建立了传热过程的二维非稳态数学模型,计算出在整个连铸过程中温度变化和温度场分布,并得出在二冷区铸坯凝固速度与换热系数的关系.     

X80钢层流冷却温度场的有限元模拟

针对X80钢精轧后进行的层流冷却过程,借助MSC.Marc有限元软件并结合实测的X80钢精轧后的温度分布,建立有限元仿真模型,对不同冷却工艺下X80钢宽度方向的温度场进行分析计算,得到X80钢沿宽度方向的温度分布;通过实验获取X80钢层流冷却过程中换热系数,将获得的换热系数加载到冷却模型中模拟X80钢层流冷却过程的温度变化情况,对比得出不同层流冷却模式的冷却强弱效果。结果表明：对于强冷区,冷却方式为101的冷却效果比冷却方式为110和011的好;对于缓冷区,冷却方式为0011111000的冷却效果比冷却方式为1111100000和0000011111的好。     

升速轧制对热轧带钢层流冷却出口温度的影响

采用传热学原理建立了层流冷却温度有限差分模型,并用现场实测数据对水冷换热系数进行了自适应修正.对德盛1 150 mm热轧带钢层流冷却过程的温度变化进行了数值模拟,建立了一套层流冷却温度仿真系统,分析和研究升速轧制时带钢在层流冷却中温度变化的趋势.结果表明,层冷出口温度受带钢的速度影响较大,在升速过程中,如果不采用集管动态喷水调节,带钢温度出现前低后高的现象,并且随着加速度的增加带钢前后温差越大.以此为依据,现场过程自动化系统L2级硬件采用过程服务器,基础自动化系统L1级硬件采用西门子PLC,L2级和L1级软件分别在C++和Step7V5.4下编程实现,并采用了带钢头尾宏跟踪和过程自动化系统采用带钢样本微跟踪的控制策略,对处于变速及高速运动中的带钢沿长度方向逐点实施控制,用动态调节的冷却集管系统来保证在速度变化期间带钢层流冷却出口温度的稳定性.     

机床有限元热分析中对流换热系数的计算方法研究

计算对流换热系数是机床有限元热分析中的一个关键问题。以龙门加工中心的Y向丝杠螺母进给系统为例,提出一种将实验数据与神经网络计算相结合的对流换热系数计算方法。该方法以丝杠螺母进给系统有限元分析模型为基础,利用有限元热分析数据建立了一种反映对流换热系数与温度场之间变化关系的神经网络,并以温度实测值作为该神经网络输入量,计算出对流换热系数的数值。从与实验以及相似性计算方法的比较中可以看出本文计算方法有较高准确性和实用价值。     

多参数优化拟合确定换热器冷、热流体换热规律的研究

本文根据传热原理,应用优化的方法确定了换热器的换热面两侧冷、热流体换热规律,该方法可用于确定多未知参数的计算,实际应用证明该方法有较高的计算精度。