双热源合成碳化硅过程的三维数值模拟及窑炉结构优化设计北大核心CSCD

采用CFD软件,选取热电耦合模型、组份传输反应模型与辐射模型。对碳热还原合成碳化硅过程中双热源合成炉内能量及物质传递过程进行模拟研究。将模拟结果与工业试验数据进行对比验证,从而验证了模拟的可靠性,揭示了碳化硅合成过程中的传热传质机理。根据分析结果对传统的双热源碳化硅合成炉进行结构优化设计,对于延长合成炉的使用寿命、提升产品质量、改善工况具有一定的指导意义。     

高温电加热碳化硅合成过程的数值模拟

建立电加热碳化硅合成炉的三维模型,利用FLUENT软件对合成炉内气体流动、传热、化学反应过程进行数值模拟,并分析了配合料孔隙率对碳化硅成品的影响。研究表明随着合成时间的延长,炉内热量呈辐射状向外扩散,气体呈现三维多向流动特性,反应进行到24 h时CO气体流量达到最大,随着反应配合料孔隙率的增加合成时间随之缩短,但由于升温过快使得热源周围部位碳化硅分解加剧且炉内压力明显增加。生产时可在炉底加入少许木屑增加透气性以降低炉内压力,同时控制配合料孔隙率在28%~33%之间从而保证成品质量的同时可以防止由于升温过快压力过高所造成的喷炉事故。     

不同热源合成SiC冶炼炉温度场的有限元分析及其计算机模拟

采用有限元法及ANSYS数值模拟软件,对Acheson单热源SiC冶炼炉(传统Acheson炉)和自行发明的多热源碳化硅冶炼炉炉内热量传递过程及温度分布进行研究,得到了炉内热量传递及温度分布模拟图,对比分析了两种炉型炉内热量传递及温度分布规律及其对SiC产率和能耗的影响,多热源SiC冶炼炉与传统Acheson炉相比具有节能、提质、高产和生产安全等特点,而且便于炉体的大型化。     

碳化硅合成过程的测试技术及模拟研究

利用CFD软件对碳化硅合成炉内的温度场、压力场及速度场进行模拟,并建立传热-变形-应力耦合模型对电极通电过程的温度及应力进行分析。同时实验室通过自主设计的测温装置和集气装置对合成炉内炉芯附近温度及气体流速变化进行监测。研究表明模拟结果与实验数据基本吻合,随着合成时间的延长,炉内热量呈辐射状向外扩散,8h炉芯温度可达2600℃,炉芯周围碳化硅开始分解,此时电极最高温度处约为423℃,可在电极与空气接触的表面喷涂一层隔绝空气的耐高温涂层防止电极高温氧化,炉内8h左右反应生成的气体达到峰值,对应此时炉内压力也达到最大,生产时可在出现高压之前降低供电功率,同时加入少量木屑增加炉底透气性来改善因压力过高所造成的喷炉事故。     

焊接数值模拟中热源的选用原则

热源模型是焊接过程数值模拟的基础,其选择直接影响模拟结果的准确性。综述了焊接数值模拟热源模型的研究进展,着重分析了Rosenthal-Rykalin热源、平面高斯热源、双椭圆热源、均匀体热源、半球状热源、旋转高斯体热源、双椭球热源和组合热源的应用现状,最后总结了热源模型的选用原则。最后指出,建立更精确的三维热源模型,从而分析焊接熔池的熔化与凝固过程,已成为焊接数值模拟热源模型的发展方向。     

多热源SiC合成炉温度场变化规律的模拟与计算

碳化硅合成炉具有平面非稳态有内热源的温度场特点, 利用ANSYS软件对多热源炉进行温度场数值计算.以面为对象分析了单个热源对整体温度场的贡献, 以点为对象研究了面的中心 点温度随时间的变化规律, 以线为对象研究了面的中心线的温度随距离的变化规律.研究发现温场的叠加和热源之间的屏蔽是多热源炉节能降耗增产的原因.     

921A舰船钢激光–MAG复合焊接过程数值模拟分析

目的 对厚度为16 mm的921A舰船钢进行激光–MAG复合焊接,得到最佳工艺参数,从数值模拟的角度验证焊接工艺的可靠性。方法 利用SYSWELD+Visual–Environment软件对激光–MAG复合焊接过程进行数值模拟,选用3D高斯热源与双椭球热源相结合的复合热源模型对激光–MAG复合焊接过程进行仿真,绘制不同时刻及不同焊缝区域的时间–温度曲线,采用热弹塑性有限元法对应力变形场进行仿真计算。结果 双椭球热源模型与3D高斯热源模型相结合的复合热源模型能够获得较为理想、接近真实热源形貌的热源形态;焊缝区域的焊接热源在行进过程中温度稳定,模拟热源温度可达3 200 ℃,具有典型的焊接热循环曲线特征,且距离焊缝越远,升温速率和冷却速率越慢;焊接残余应力主要集中在焊缝处,约为440 MPa,且焊缝两端的结合部位具有较高的残余应力。结论 复合热源模型适用于16 mm厚的921A钢激光–MAG复合焊接数值模拟,焊后板材的残余应力低于材料的屈服强度,冷却后板材的变形程度较小,最大变形量为1.13 mm,表明激光–MAG复合焊接方法及工艺适用于16 mm厚921A钢的焊接。     

一种基于TRNSYS的闭式热源塔冬季工况模拟计算方法

目前所给出的闭式热源塔计算方法主要是针对闭式热源塔的一些特定工况和条件提出的,存在着一定的局限性。本文利用FORTRAN编程语言在TRNSYS模拟平台上建立了闭式热源塔的计算模型,给出了相关结构参数及换热系数的求解过程,通过与其他学者的实测数据及计算数据进行对比,验证该模型的正确性。验证结果表明,干工况、干-湿混合工况以及防霜工况的理论计算结果与实测结果均误差较小,表明本文所建立的计算模型准确度较高,能够满足闭式热源塔全年模拟分析的要求。     

异种钢激光-电弧焊复合焊接数值模拟

目的研究异种钢激光-GMAW复合焊接温度场以及应力场变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢和A514钢为研究对象,采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法,建立了激光-GMAW焊接热源模型,对异种钢激光电弧复合焊接过程进行了模拟计算,并与实验所得的焊缝形状以及焊后残余应力进行了对比。结果结果表明,异种钢激光电弧复合焊接过程焊接变形以及残余应力实验结果与数值计算结果吻合较好。结论验证了锥体加柱体热源与椭球热源的组合热源模型在异种钢激光-GMAW复合焊接温度场及应力场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下异种钢激光-GMAW复合焊接的焊缝形状和尺寸预测,提供了一种有效的途径。     

基于ANSYS 的D500 钢激光焊接温度场数值模拟

目的研究D500钢激光焊接温度场的变化。方法运用ANSYS有限元分析软件,以5 mm厚D500钢为研究对象,采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法,建立了激光焊接热源模型。对D500钢激光焊接温度场进行了模拟计算,并与实验所得焊缝形状及尺寸进行了比较分析。结果结果表明,数值模拟所得焊缝截面尺寸与实验结果一致性达到95%以上。结论验证了柱体热源与椭球热源的组合热源模型在D500钢激光深熔焊接温度场模拟中的适用性,从而为不同焊接工艺条件下D500钢激光焊接焊缝形状和尺寸的预测,提供了一种有效的途径。     

碳热还原合成碳化硅温度场及压力场的数值模拟

通过对碳热还原合成SiC温度场与压力场的数值模拟,研究了冶炼炉内的温度、压力随合成时间的变化规律。研究结果表明,随着合成时间的延长,热量向外传递,高温等温面逐渐向外扩展,适合生成SiC的温区面积逐渐增大,过长的合成时间增加能耗,SiC分解加剧,产率降低。与单热源炉相比,平行三热源炉内压力分布比较均匀,炉内平均压力维持在...     

碳化硅超高温合成炉内气体流动特性研究

通过对碳热还原法合成SiC冶炼炉的复杂炉况进行数值模拟及实验,研究了单热源炉内气体流动的动态变化规律。研究表明,单热源炉内气体的流动呈现三维立体多向流规律,气体流动依次沿着:热源延伸方向、垂直热源延伸方向、环绕SiC结晶筒方向流动。根据气体流动特性,可以在环绕结晶筒气流出现的以外部分加入少量木屑,以增加气孔率,使得气体顺利向外部扩散,有利于炉内压力的释放;控制炉体长度,可以在一定程度上减少平行热源延伸方向气体流动的范围,从而缩小成品的气孔大小,提高SiC成品质量。     

湍流模型在大钢锭中间包内流场数值模拟中的适应性研究

以多炉连浇大钢锭中间包为研究对象,采用标准k-ε模型和Realizable k-ε模型对大钢锭中间包内钢液流动状况进行了数值模拟,并将数值模拟结果与物理模拟结果相比较,以验证模拟结果的准确性。研究结果表明,对于深熔池、大通钢量的大钢锭中间包,采用Realizable k-ε模型的模拟结果与物理模拟结果更为接近,且对安装控流装置的中间包内流场模拟效果更好。     

空炉冷态和满装炉量下真空高压气淬过程流场与温度场数值模拟和实验研究

本文采用标准的k-ε三维紊流模型,利用FLUENT软件对喷嘴型真空高压气淬炉中空炉冷态流场和工件满装炉量下气固耦合流动传热过程进行了数值模拟计算.建立了符合实际的控制方程和简化物理模型,对空炉冷态下炉内的气体流动特征点进行流速测量,通过实测值与计算机模拟结果进行对比,验证了流场模拟计算的准确性和适用性;预测了满炉状态下炉区内的气体流动和工件温度分布,实测了指定工件的冷却曲线,比模拟冷却时间慢,误差在10％以内.     

40Cr轴面激光熔覆Ni60数值模拟

目的 针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响.方法 采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证.结果 熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 ...     

基于一种改进CA模型模拟双辊连续铸轧纯铝微观组织

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型.模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑了溶质扩散、曲率过冷和各向异性等重要因素的影响,定义了界面单元捕获规则,能够模拟凝固过程中枝晶生长的形态.应用本模型对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固过程中等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及柱状晶生长、柱状晶向等轴晶演化进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性.     

贯穿件环焊缝多道焊温度场数值模拟

以贯穿件构件为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,建立了其环焊缝多道焊温度场的有限元模型,采用双椭球热源模型,应用生死单元技术,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现了热源在环焊缝上的移动加载,模拟得到了贯穿件环焊缝多道焊焊接过程的瞬态温度场及各点的焊接热循环曲线.结果表明:模拟得到的温度场结果符合实际情况.多道焊温度场模拟方法能准确计算出其温度场,为以后研究贯穿件焊接过程的残余应力场数值模拟提供了依据.     

太阳能吸收式串联流程制冷系统与性能分析

本文提出了一种串联流程的以太阳能与燃气双热源供热的溴化锂吸收式制冷系统。介绍了当前太阳能吸收式制冷的发展概况。对双热源制冷系统原理进行介绍,简述了制冷机内工质循环流程,并模拟分析了系统的热力性能,得到高压发生器与低压发生器在不同放气范围时系统制冷系数与双热源的供热分配情况。分析了一天内不同时段制冷系统运行特性在不同太阳辐照度下的变化特点。结果证明太阳能与燃气双热源串联流程溴化锂吸收式制冷方案具有节能高效的优势。     

无限长实心圆柱面热源传热模型的研究

实心圆柱面热源传热过程进行了合理的数学建模,对传热过程采用了有限差分法进行了模拟数值计算,得出温度场并与解析解模型的温度场相比较,确定其正确性.通过对温度场的分析,得到了实心圆柱面热源圆柱壁处的温度场分布.此模型对地源热泵系统的设计以及能量分析具有指导意义.     

基于复合热源的铝合金激光-MIG复合焊接的有限元模拟

针对15mm厚Al-Mg-Zn铝合金试板多层多道激光-MIG复合焊接过程,综合考虑了脉冲MIG焊接过程大量焊丝的填充带入熔池的熔滴热量和激光焊接过程中的小孔能量沉积效应,建立了复合热源模型。使用ABAQUS有限元软件对上述焊接过程进行了温度场模拟,同时采用非线性弹性边界条件来模拟真实的工装约束作用;通过与实验结果进行对比,模拟的焊缝形貌与试验吻合得较好。