饱和线上R22热力性质及传输特性的快速计算模型

在马丁侯系列方程的基础上提出R22在饱和线上热物理性质统一的显式计算模型,并且达到已知饱和线上13个热物理参数(温度,压力,比体积,密度,焓,熵,定压比热容,定容比热容,动力粘度,运动粘度,热导,音速,表面张力)的任意一个,即可求得其它所有参数。该模型为显式形式,不存在迭代,既可以保证计算模型的高速性和稳定性,又可以达到较满意的精度;同时所有热物性的计算模型的形式统一性也便于系统编程和仿真调用。以REFPROP7的数据作为数据源,对制冷剂R22的热物性在饱和线上(从三相点到临界点)进行了拟合,并将该快速计算模型与REFPROP7数据源进行对比。对比结果表明,所有快速计算模型的总平均偏差小于0.07%,最大偏差小于18.00%;速度比REF-PROP7的计算速度提高了2~3个数量级。     

基于马丁-侯方程的CO2超临界压力区热力性质的快速计算方程建立

提出了二氧化碳超临界压力区热力性质的显式计算模型.由于模型为显式形式,不存在迭代,保证了热力性质计算的高速性和绝对稳定性.以REFPROP7的计算结果作为数据源,对制冷剂环保替代中重要的自然工质二氧化碳的热力性质在压力为临界压力至三倍临界压力的区域进行拟合,并将该快速计算模型与REFPROP7相应公式的计算结果进行对比.对比结果表明,所有快速计算模型的总平均偏差小于0.193%,最大偏差小于13.85%.     

单组分制冷剂过冷区热力性质的快速计算方法

采用隐式拟合显式计算方法，以REFPROP6．01的计算结果作为数据源，对R22，R134a，R125和R32四种单组分制冷剂的过冷区热力特性在饱和温度为-60～80℃（R125为-60～60℃，R32为-60～70℃），过冷度为0～20℃的数据范围内作了拟合，给出了单组分制冷剂过冷区热力特性的快速计算方法。该方法能够保证制冷剂热力性质计算的可逆性，同时由于不存在迭代，保证了热力性质计算的高速性和绝对稳定性。并对所得到的快速计算公式的计算结果和计算速度与REFPROP6．01相应公式的计算结果和计算速度作了比较。对比结果显示，计算速度比REFPROP6．01提高2个数量级，且能保证最大偏差在0．796％之内，而平均偏差在0．0706％之内。     

R417A和R22混合制冷剂应用于低温空气源热泵的试验研究

选用REFPROP 9.0制冷剂计算程序,分析模拟了R22和R417A在4种不同配比下混合构成制冷剂的热物性参数,并计算了不同比例下的理论循环特性,得到最佳比例为7:3。在2种低温工况(-7.6℃和-12℃)下,分别将4种混合制冷剂充注到一台低温空气源热泵机组,对压缩机吸排气压力、压缩机吸排气温度、压缩机功率、制热量、能效比等参数进行测试记录,并与R22制冷剂进行对比分析。结果表明:试验和理论相一致,最佳比例为7:3。该混合制冷剂系统的单位制热量和COP略低于R22系统,但是吸、排气压力,吸、排气温度以及压缩机运行功率均低于R22。     

氨的热物性和氨制冷循环的数值计算

作者根据Rombusch方程编制了计算机程序,并以氨制冷工质为例,分别算出了过热区、两相区和饱和液体线上的热物性数值。经和手册中的数值相比较,饱和蒸汽线上各物性参数的最大相对误差为0.0245％,饱和液体线上各物性参数的最大相对误差为2.187％。该物性方程和作者所编的程序还可计算R22、R502等制冷工质的热物性。作为应用的一个实例,对冷凝温度自30℃至45℃,蒸发温度自-20℃至10℃的数个单级氨理论循环的性能指标作了计算,得出了诺模图。     

基于CFD数值计算的电子设备热设计分析

以高功率密度的有源滤波器产品热设计为例,快速建立数字化样机模型,运用CFD（Computational Fluid Dynamics）数值仿真手段,分析不同布局下温度场、速度场各自利弊,通过对比电感横向和纵向布局,抽风或鼓风散热方式差异,定量分析IGBT模块的均温度,计算电感所在区域的速度场分布。在保证系统风阻符合风扇工作点稳定可靠的前提下,再对散热截面尺寸进行优化,解决IGBT模块局部过热的潜在风险。其次,将物理样机的热测试与热仿真数据进行对比,半导体器件壳温相对误差小于7%,绝对误差小于4.7 ℃,已满足工程应用要求。文章从产品热设计角度出发,运用数值建模及仿真可以快速甄别系统中过热风险点、风机工作点匹配合理,从而针对问题本身进行优化分析,提出切实可行的解决方案。     

R32及PVE润滑油混合物密度、比热容和黏度计算模型与分析

为建立R32及PVE润滑油混合物的高精度的物性快速计算模型,基于REFPROP 9.0软件数据源,建立了R32制冷剂的密度、比热容和黏度计算模型,其最大相对偏差分别为0.3%,0.425%和0.27%。通过试验测试,建立了PVE VG68润滑油的密度、比热和黏度计算模型,其最大相对偏差分别为0.005%,4.1%和10.01%。R32/PVE润滑油混合物的密度和比热容计算分别采用理想混合模型和Jensen模型,通过改进优化得到的混合物黏度计算新模型平均相对偏差为17.84%,且具有很强的物理意义。上述快速计算模型在物性分析及制冷系统仿真计算等场合具有较强的应用价值。     

人字形板式换热器导流区计算流体动力学仿真

研究了人字形板式换热器导流区几何结构对换热性能的影响。依据不可压缩计算流体动力学数值仿真理论,设计弧半径140 mm,倾角30°,峰间距20 mm人字形板式换热器导流区及换热区流道模型,应用计算流体动力学软件,完成入口速度0.5 m/s,温度350 K,出口压力101325 Pa,回流温度300 K计算流体动力学仿真分析,得到流道特征参数数据。结果表明:平均壁面热通量为49.5 J,平均壁面温度为339.6 W,流体平均温度为339.5 W,流体平均速度为1.74 m/s。通过数据整理及计算,得到评价换热性参数为131.22,评价压降参数为194788 Pa,为接下来的板片设计及优化工作提供了依据。     

SS400钢中厚板焊接热影响区宽度的有限元分析

应用数值模拟技术建立了SS400钢中厚板焊接有限元模型,采用生死单元技术结合体生热率热源模型,在不同热输入下对其焊接热循环过程进行模拟计算,根据模拟得到的特征温度值进而得到不同热输入下热影响区宽度的变化规律,并将模拟结果与试验结果进行对比验证。结果表明:过热区宽度受热输入变化的影响较小,但不完全重结晶区宽度随热输入的增加几乎成线性增长;焊接热循环曲线模拟值与试验值的误差小于4.5%,热影响区宽度模拟值与试验值基本吻合,证明了建模及加载的准确性。     

水平微圆管内R22和R410a凝结换热试验

R410a是被广泛看好的一种R22替代物,研究R410a的凝结换热特性对于开发适用此类制冷工质的凝结换热设备具有重要意义.搭建了微细尺度凝结换热试验台,测量了饱和温度为40 ℃、质量流速为200～1 000 kg/ (m2·s)、干度为0.2～0.8条件下R22和R410a在内径为0.941 mm不锈钢圆管内的凝结换热系数,分析了质量流速和干度对凝结换热的影响,并把试验数据与被广泛应用于传统大管道的SHAH(1979)和AKERS(1959)关联式进行了对比.试验与分析结果表明,凝结换热系数随着质量流速和干度的增大而增大,在高干度区更加明显,表明在高干度区切应力的作用增强;两个关联式均不能准确预测试验数据,最大偏差超过60%;与R22相比,R410a的凝结换热系数在较低质量流速时低于R22,在中高质量流速时与R22相当.     

Computational modeling and control system of continuous casting process

A finite difference model was developed and applied to calculate the temperature distribution and solid shell thickness profile of continuous cast in a steel plant and to control the process of continuous casting. In the developed model, the optimization module of the water distribution of secondary cooling zone was established according to the metallurgical criterion for billet and target temperature controlling principle. The quantitative relation expressions of casting speed and water amount can be regressed by the result data. Meanwhile, the non-linear material properties of specific heat and thermal conductivity as well as phase changes during solidification were considered in the model. The calculated results of the model were in good accordance with measured data in the steel plant. Finally, a continuous casting and control system was developed based on the model. The relations between technology parameters including casting speed, cooling intensity, superheat of melt, and the casting process were analyzed with the system. The system could also be used to predict the optimum process parameters and the water distribution of secondary cooling zone on the new steel grade continuous casting.     

曲柄摇杆机构在给定[γ]时K的最大值计算公式

在文献[γ]的基础上，导出了具有急回特性的曲柄摇杆机构在给定最小传动角许用值[γ]时行程速比系数最大值Kmax的计算公式，不需进行迭代优化就能算出，为综合曲柄摇杆机构选定K值范围提供了简捷准确的计算方法。     

采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究

有机工质朗肯循环（Organic Rankine cycle,ORC）能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机转速的匹配,可有效提高ORC循环效率。基于ORC循环的热力学分析,选用R245fa作为循环工质,采用适用性广、可靠性高的螺杆膨胀机,设计并搭建了ORC系统试验台,根据试验结果,重点研究螺杆膨胀机转速、工质泵频率及蒸发器出口过热度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加会使得系统中工质的循环流量上升,但对蒸发压力的影响较小;存在与工质泵频率相匹配的最佳膨胀机转速,使得系统的循环热效率达到最大;工质泵频率增加时,工质的循环流量和蒸发温度也随之增大,蒸发器换热量、膨胀机输出功率及系统循环热效率都有所上升;蒸发器出口过热度的变化基本不会影响系统热效率。     

一种快速计算二维缺陷漏磁场的有限元建模和求解方法

漏磁检测的速度快,灵敏度高,检测过程操作简单,是一种常用的铁磁材料无损检测方法,其中有限元模型被广泛用于漏磁检测中。有限元模型的求解精度高但是计算时间较长,因此,本文提出了一种快速计算二维缺陷漏磁场的有限元建模和求解方法,在保证精度的同时缩短计算时间。通过对有限元数值计算的理论推导,建立了漏磁场的有限元模型,首先采用六节点三角形单元划分网格,其次使用稀疏矩阵的形式求解方程组,再利用边界条件矩阵零空间的正交基求解出磁势。与COMSOL仿真软件的计算结果进行比较,表明本文所建模型是正确可行的。经过实测数据验证,该模型相比于传统有限元模型有明显的性能提升,精度上最大提高83.49%,计算时间能减少95.43%,为研究不规则缺陷的漏磁重构提供了快速有效的正演模型。     

有限元建模中离散单元问题研究

在离散实体模型时,通过合理的选择单元类型,恰当的使用特殊单元,能快速、高效地进行有限元造型,以提高求解精度、准确性及加快收敛速度,同时提高后置处理的可信度。     

粗糙液膜机械密封液汽相变研究

以逆向重构的确定性粗糙表面机械密封模型为依据，建立机械密封微间隙三维粗糙液膜流动计算模型；联立黏温效应与流体物性参数，对比光滑模型和粗糙模型的流速、端面压力、温度和相态规律；研究粗糙模型在不同载荷和转速下对液膜密封汽化相变特性以及密封性能关键参数的影响。研究结果表明：粗糙模型受温度变化程度更大，从478 K增加到了493 K;相态分布均随温度的升高而增大，其中同一温度下，粗糙模型的汽相分布更多，且在493 K之后出口相变程度就达到了100%,最大相体积分数增加11.73%。从而推断出：随着压力升高，端面汽相占比逐渐降低，而转速增加促进了汽化的发生。     

质量守恒润滑模型的快速数值计算方法

为了准确地预测流体动压润滑的油膜压力分布,流体润滑模型的数值计算需要采用质量守恒的空穴边界条件,然而,采用质量守恒的空穴边界条件将会导致求解流体润滑模型的计算时间显著增加.为高效精确地求解流体动压润滑问题,结合Fischer-Burmsister-Newton-Schur(FBNS)方法和网格细化(Grid refin...     

非稳态浇注压下区间变化规律的研究与应用

为保证连铸板坯动态轻压下技术的有效实施以减轻中心偏析和中心疏松,改善铸坯内部质量,针对实际生产时的非稳态浇注过程,根据铸坯表面温度的测量数据,修正了实时凝固传热模型,分析了拉速、过热度和二冷比水量等工艺参数的变化对不同钢种压下区间长度的影响规律。结果表明：拉速每增加0.1m/min,船板钢AH36和碳素结构钢Q235B的压下区间长度分别增加0.15m、0.21m;过热度每增加10℃,AH36和Q235B的压下区间长度分别增加0.01m、0.015m;二冷比水量每增加0.1L/kg,AH36和Q235B的压下区间长度分别减少0.04m、0.06m。将凝固传热模型应用于生产中,优化了动态轻压下模型,铸坯中心偏析减为1.0B～0.5C,中心疏松级别小于1.5级的铸坯比率由35.25%上升到85.16%,铸坯内部质量得到了明显改善。     

Friction coefficient in FZG gears lubricated with industrial gear oils: Biodegradable ester vs. mineral oil

Two industrial gear oils, a reference paraffinic mineral oil with a special additive package for extra protection against micropitting and a biodegradable non-toxic ester, were characterized in terms of their physical properties, wear properties and chemical contents and compared in terms of their power dissipation in gear applications [Höhn BR, Michaelis K, Döbereiner R. Load carrying capacity properties of fast biodegradable gear lubricants. J STLE Lubr Eng 1999; Höhn BR, Michaelis K, Doleschel A. Frictional behavior of synthetic gear lubricants. Tribology research: from model experiment to industrial problem. Elsevier 2001; Martins R, Seabra J, Seyfert Ch, Luther R, Igartua A, Brito A. Power Loss in FZG gears lubricated with industrial gear oils: biodegradable ester vs. mineral oil. Proceedings of the 31th Leeds-Lyon symposium on tribology. Elsevier; to be published; Weck M, Hurasky-Schonwerth O, Bugiel Ch. Service behaviour of PVD-coated gearing lubricated with biodegradable synthetic ester oils. VDI-Berichte Nr.1665 2002.]. The viscosity–temperature behaviors are compared to describe the feasible operating temperature range.Standard tests with the Four-Ball machine and the FZG test rig [Winter H, Michaelis K. FZG gear test rig—desciption and possibilities. In: Coordinate European Council second international symposium on the performance evaluation of automotive fuels and lubricants; 1985.] characterize the wear protection properties. Biodegradability and toxicity tests are performed in order to assess the biodegradability and toxicity of the two lubricants.Power loss gear tests are performed on the FZG test rig using type C gears, for wide ranges of the applied torque and input speed, in order to compare the energetic performance of the two industrial gear oils. Lubricant samples are collected during and at the end of the gear tests [Hunt TM. Handbook of wear debris analysis and particle detection in liquids. UK: Elsevier Science; 1993.] and are analyzed by Direct Reading Ferrography (DR3) in order to evaluate and compare the wear particles concentration indexes of both lubricants.An energetic model of the FZG test gearbox is developed, integrating the mechanisms of power dissipation and heat evacuation, in order to determine its operating equilibrium temperature. An optimization routine allows the evaluation of the friction coefficient between the gear teeth for each lubricant tested, correlating experimental and model results.For each lubricant and for the operating conditions considered, a correction expression is presented in order to adjust the friction coefficient proposed by Höhn et al. [Höhn BR, Michaelis K, Vollmer T. Thermal rating of gear drives: balance between power loss and heat dissipation. AGMA Technical Paper; October 1996. pp 12. ISBN: 1-55589-675-8.] to the friction coefficient exhibited by these lubricants. The influence of each lubricant on the friction coefficient between the gear teeth is discussed taking into consideration the operating torque and speed and the stabilized operating temperature.