基于流-固耦合传热的冷坩埚分瓣散热研究

针对冷坩埚真空悬浮熔炼装置散热系统的复杂性和重要性, 本文使用了一种基于整场离散的冷坩埚冷却系统和冷却水之间耦合分析的方法。首先分析了流固耦合的基本原理及关键问题, 建立了冷坩埚冷却系统流固耦合传热的物理模型及计算模型, 通过CFX仿真计算软件对其冷却系统的流-固耦合传热模型进行了求解, 得出了冷坩埚循环水套流体区域的流场、压力分布及固体区域的温度场, 并对计算结果进行了分析。实验结果表明:冷却水在水套内流动顺畅, 总体速度分布均匀, 有利于冷却水对冷坩埚分瓣结构的冷却;冷坩埚整体温度从冷坩埚中心至外端依次递增, 最高温度出现在冷坩埚最外端的边缘区域, 温度分布从低至高自然过度, 温度梯度变化缓慢, 不易产生局部高温和热应力。     

横风下高速列车流固耦合动力学联合仿真

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学建立了高速列车流固耦合动力学行为的联合仿真计算方法。通过将车辆-轨道耦合动力学计算程序嵌入流体力学程序中,避免了流体和固体两个求解器之间的数据交换通讯,并且采用耦合迭代步内流固边界条件气动力线性插值的办法,实现了流体和固体两个求解器时间迭代步长的独立选取,提高了计算速度。利用建立的流固耦合计算方法,研究了6级横风环境下列车以350km/h速度运行时的流固耦合动力学行为。比较了离线仿真和联合仿真两种方法下列车气动力与姿态、安全性和舒适性指标的差异。研究表明:列车-气流的流固耦合效应对头车气动力和姿态的影响显著,头车安全性指标有所恶化。     

输流波纹管流固耦合振动的初步研究

从一般输流管道系统振动理论和波纹管的特殊结构出发,以上海光源单色仪晶体冷却循环系统为背景,对流体诱发的波纹管振动进行了初步研究.利用数值方法,建立了波纹管一流体耦合系统的模型,通过计算手段反映了这一物理现象并验证了ANSYS计算流固耦合问题的可行性.探讨了流致波纹管振动的振动机理,并对该振动的特点进行了分析.最后根据计算和分析结果,提出了抑制流致波纹管振动的可行办法.     

水电站拦污栅结构流固耦合振动分析

本文从理论上分析了拦污栅结构的流固耦合振动，提出了考虑流固耦合振动设计的栅振频率与过栅流速之间的简单关系，并通过实例对流固耦合和不考虑流固耦合的计算方法的差异进行了比较，结果说明在一定范围内，考虑流固耦合可大量削减结构振动幅值     

风机塔筒流固耦合分析与受力监测研究

为研究大型风力机塔筒在随机风荷载下的受力和变形特性,用AR法模拟脉动风,基于ABAQUS协同仿真平台对风力机进行流固耦合分析,得到了塔筒的内力和变形,并与常规静力计算结果和实测结果做了相关对比。分析表明：塔筒最大应力出现在底、中段塔筒的连接部位,门洞因洞轴线与主风向垂直并设有门框,其周围未出现明显应力集中;忽略塔身风荷载会对塔筒最大应力控制点的位置造成偏差,考虑脉动风的流固耦合分析所得结果与实测结果接近,可较真实地反映塔筒内力和变形随时间的变化特性。     

不同曲率情况下的液压管道流固耦合特性仿真研究

管道布局影响流体流动特性与管道应力分布。利用有限元方法对不同曲率情况下管道的流固耦合特性进行了分析,研究了流固耦合作用对不同曲率管道位置等效应力的影响。研究结果表明:流体对弯曲管道在弯曲壁面产生额外的作用力导致管道发生变形,且角度的改变会导致两端进出口位置应力发生较大的波动;管道曲率变化对弯管在弯曲附近位置应力影响较大,随着弯曲角度的增加管道弯曲处应力先减小后增大再减小,而内侧和两侧的应力改变幅度不同;管道曲率半径的改变会影响管道的受力分布。通过分析得出管道布局按R30(R/d=1.5)相比其他管道的模型布局更为合理的结论。     

悬浮隧道锚索流固耦合振动试验研究

悬浮隧道跨越长深水域的新型交通结构物。在水流的作用下,锚索将会发生涡激振动,以往的研究主要采用数值方法,而进行模型试验研究是探索悬浮隧道锚索涡激振动机理不可或缺的研究手段之一。本文利用风浪流多功能水槽,以千岛湖悬浮隧道锚索为原型,采用节段模型试验的方法,进行了均匀流作用下锚索涡激振动试验研究。通过试验发现,圆形锚索的Cm值约为0.94,线性流体阻尼比ξ’约为1.26%;锚索在约化速度U/fnD =5.8~10.1发生涡激锁定现象,产生涡激共振,此时横向振幅约化值（Ay/D）最大达到1.10,顺流向振动依旧较小,而升力系数CL和拖曳力系数CD均会显著的增大;参数分析发现,圆形锚索倾斜布置有利于降低涡激共振的不利影响,但当来流角度的变化后会对倾斜布置的锚索产生不利影响。     

输水管道流固耦合振动数值计算

采用特征线法对输水管道流固耦合振动响应进行数值计算,管道的运动采用4-方程模型描述。研究管道分段时所采用的波速对数值计算结果的影响,以及管道结构阻尼对系统响应的影响。结果表明:采用特征线法求解输水管道系统流固耦合振动响应时,应采用最小波速对管道分段;管道的结构阻尼对系统响应的影响大于液体与管道之间的摩擦阻尼,可以使系统的振动快速衰减。     

储液容器流固耦合动力响应分析计算

本文采用交替解法对地震条件下储液容器的动态响应问题进行了实例分析和计算。首先推导出流固耦合系统在地震条件下的有限元模型。然后,对在水平地震激励条件下的圆柱形储液容器,采用交替解法进行了计算,并将其与整体解法进行了比较。结果表明交替解法具有更好的计算效率。     

水锤诱发弱约束管道流固耦合振动频谱分析

本文在充分利用现有MOC法优点的基础上,提出一种与其十分相似的频谱分析法。该方法能解析分析水锤诱发作用下输流管道流固耦合振动的频谱特性,并能直接考虑色散和能量耗散对系统运动的影响。使用该方法能在任意激源和各种边界条件下得到管道频谱和色散曲线。文中以英国丹迪大学流体力学实验室的标准试验装置为例,说明了该方法的应用。     

高温氧化对超高温陶瓷材料耦合传热的影响

超高温陶瓷材料暴露于极端高温飞行环境中会导致其发生氧化,表面生成的氧化物具有不同的热物性从而对传热过程造成影响。针对预氧化的ZrB₂和ZrB₂-SiC,基于氧化模型预测氧化层(ZrO₂、B₂O₃、SiO₂和SiC耗尽层)厚度,利用有限元建立圆柱形代表性体积单元,并与外部高超声速流场的CFD (Computational Fluid Dynamics)求解器相耦合,研究了高温氧化对超高温陶瓷材料的耦合传热的影响。计算中采用分区求解方法,通过耦合界面处非匹配网格间的插值完成实时数据交换,实现了基于Navier-Stokes方程的流动求解器与有限元求解器的多场耦合计算。ZrB₂、ZrB₂-SiC以及氧化生成物的热物性均为温度相关,通过理论计算给出了B₂O₃挥发及SiC耗尽导致的多孔结构的有效热导率和有效比热容。瞬态耦合传热分析的结果表明:ZrB₂在预氧化后其热阻能力略有提高, ZrB₂-SiC氧化前后的热阻变化很小,并且在相同流动环境条件下,氧化后ZrB₂的热阻能力高于氧化后ZrB₂-SiC的热阻能力。      

Failure analysis of cylinder clamping rods in diesel engines

This article discusses the failure of cylinder clamping rods in single cylinder diesel engines. The AISI 4140 hardened and tempered steel clamping rods were failing after 200–250 h of operation. The fatigue failures initiated at the root of the last thread on the clamping rod that was engaged in a blind hole in the cylinder block. The failures were caused by loose tolerances on the threads that resulted in a non-uniform distribution of load. The load was concentrated on the last threads to engage, thus causing fatigue crack nucleation at the thread root and propagation until the rod broke by overload. Changing the tolerance on the threads virtually eliminated the fatigue problem.     

机柜服务器热管背板换热性能的试验研究

通过测试热管背板系统在不同进风温度、制冷剂冷凝单元（RCU）冷冻水进水温度及水流量工况下的换热能力,分析环境温度升高、系统供水不足等对高密度机柜服务器安全运行的影响,采用模拟负载机柜测试机房机柜安装热管背板后不同位置的换热能力。结果表明,热管背板系统对进风温度、冷冻水温度及流量具备良好的换热适应性,发热量大的服务器优先安装在机柜中下部,发热量小的服务器安装在机柜上部,可以最大限度发挥热管背板的换热能力。     

液氢低温截止阀传热及应力的模拟研究

应用ANSYS有限元分析软件对通径为DN25的液氢低温截止阀在超低温下的传热和应力进行分析.研究了阀体、长颈管、阀杆管等部件的温度和应力在低温下的分布情况.研究结果表明长颈管和阀杆管存在较大的温度梯度,显示了长颈管和阀体应力集中的部位.     

真空热处理炉瞬态传热过程的数值模拟

建立了一个三维真空热处理炉的非线性有限元模型,该模型的热源是电流通过加热体产生的焦耳热,传热途径主要考虑了加热体与内屏蔽层间、各屏蔽层之间的非线性辐射传热.利用有限元软件ANSYS对真空热处理炉加热过程中的瞬态温度场进行了模拟计算,得到了热电偶温度随时间的变化曲线,并与实验结果进行了比较,讨论了进一步提高计算准确性的途径.     

多孔材料辐射-传热耦合性能的统计二阶双尺度计算

对多孔材料辐射-传热耦合计算的数学模型, 即Rosseland方程, 给出了一种统计的二阶双尺度分析方法, 并针对典型问题进行了数值模拟。建立了考虑辐射项的统计二阶双尺度计算公式, 给出了统计意义下热流密度极值的预测算法, 并通过与理论解的比较对算法进行了验证, 利用本文中方法研究了孔洞体分比和空间分布状态对陶瓷多孔材料热传导系数、 辐射传导系数和热流密度极值的影响。结果表明: 孔洞体积分数的增加将导致有效热传导系数下降; 热流密度极值随孔洞体积分数的增加而变大, 并且在高温时辐射的作用明显增大; 数值试验表明, 使用统计二阶双尺度方法及其有限元算法预测孔洞随机分布复合材料结构的热性能是有效的。     

不同金属换热面对总传热系数的影响

铜是重大战略物资,我国每年约60%的铜需要进口,制冷空调机组中的两器(蒸发器和冷凝器)是耗铜大户,用其他金属代替铜意义重大。本文整理有关金属替代的实践成果,证明换热面采用的金属的导热系数大小对换热器的总传热系数的影响不大;而换热器的结构型式、流体的流动状态、是否采取强化措施对总传热系数有显著的影响。为制冷空调机组中两器实现以铝代铜和以不锈钢代铜,提高两器的性价比提供实践和理论依据。     

超临界二氧化碳微细管内冷却换热研究

对超临界二氧化碳在微细竖直圆管内冷却条件下的对流换热进行了数值模拟研究,分析了不同管径、进口雷诺数及不同的热流率对超临界二氧化碳对流换热的影响,考察管内局部流体温度、湍动能、湍流雷诺数的变化。湍流模型采用低雷诺数YS模型。研究表明,在临界温度区域比较大的截面,超临界二氧化碳局部传热系数达到最大值,同时管内传热受湍流雷诺数影响较大。     

Comparison of total energy systems using gas turbines and diesel engines for combined cooling

A gas turbine engine was used to drive the compressor of a vapour compression cycle so that the usually wasted energy in the exhaust gases was partially recovered and used in the generator of an absorption cycle. The cooling effect was therefore boosted. The degree of energy utilization was further enhanced when the energy released from the absorber and condenser of both cycles was recovered in the form of hot water, which could be used for different applications. The performance parameters for this combined system, such as the cooling effect, total heat recovered and performance effectiveness ratio, were calculated for various evaporator and condenser temperatures. It was found that a system driven by a gas turbine gives a better performance than a diesel engine system under similar operating conditions.     

低温推进剂贮箱增压过程的传热传质数学模拟

针对火箭发动机地面试验中低温液氧贮箱的预增压和增压过程建立了气相空间的传热、传质数学模型.运用实际气体的状态方程、连续性方程、能量守恒方程以及推进剂与气相空间的传热、传质方程等组成了关于气相空间参数的微分方程组,并运用四阶Runge-Kutta算法对其进行求解.获得了气相空间的压力、温度、增压气体流量、液氧挥发速率以及贮箱壁温等参数的变化规律.结果表明,在发动机启动前的预增压过程中,气相空间的温度和压力急剧增加,液氧的挥发速率也增加很快;发动机启动后的保持增压阶段,由于气相空间的体积不断发生变化,气相空间参数的变化趋于平缓,液氧表面向气相空间的传质速率也趋于稳定.