基于无网格法的正交各向异性结构传热分析

利用无网格伽辽金法(EFG)建立了正交各向异性结构的传热计算模型,采用罚函数法处理Dirichlet边界条件,通过正交各向异性方板验证了该传热计算模型和MATLAB程序的正确性,并讨论了正交各向异性结构温度场的对称性及在不同各向异性因子传热问题中权函数对EFG法温度场计算精度的影响。结果表明,在正交各向异性结构中,当几何形状、热源分布及边界条件均为中心对称时,温度场关于中心点旋转对称但可旋转角少于各向同性结构,而且EFG法的温度计算精度高于同节点分布下的有限元解;各种权函数中,正交各向异性因子越小,计算误差越大,三次样条、抛物线及四次样条权函数均有较高的计算精度且稳定性好,建议优先选择。     

等离子喷涂中基板传热的无网格分析

基于无网格彼得洛夫-伽辽金法（MLPG）建立了热喷涂中基板的三维传热数学模型。温度场由权函数、多项式基和一组未知系数近似构造,利用二次样条函数作为移动最小二乘中的权函数和局部弱形式的试函数,并采用罚函数法处理本征边界条件。详细研究了比例系数对数值精度的影响。与有限元法相比,无网格法可取得更好的收敛性和较高的精度。利用该方法计算等离子喷涂中基板温度,其计算结果与实验结果基本一致,表明该模型可用于求解热喷涂中的基板传热问题。     

正交各向异性材料结构的传热拓扑优化研究

基于变密度法建立了正交各向异性材料结构的稳态传热拓扑优化模型,完成了变截面梁和圆锯片的传热拓扑优化,散热弱度最大分别降低了68.78%和74.82%,同时减重39.03%和23.75%;重点研究了各向异性因子和材料方向角对各向异性材料结构最优拓扑构型及散热效果的影响。结果表明:散热效果均随各向异性因子增加而增强,当各向异性因子小于和大于1时,各向异性材料结构的散热性能分别劣于和优于各向同性材料结构。变截面梁的材料方向角及各向异性因子对其最优拓扑构型及散热效果影响很大;而对于几何形状及热载荷均对称的圆锯片,其材料方向角对最优拓扑构型及温度分布无影响。变截面梁的材料方向角建议在60°～75°之间取值,在各向异性材料结构传热拓扑优化中,合理选择各向异性因子和材料方向角可获得较优拓扑构型。     

无油涡旋压缩机涡旋齿温度场的数值计算

无油涡旋压缩机涡旋齿的温度场分布对涡旋齿的受力变形和工作腔内气体的增压过程影响极大,为了研究无油涡旋压缩机涡旋齿温度分布,对已开发的无油涡旋压缩机进行传热分析,采用控制体积法的离散形式以及无网格法分别构建涡旋齿的数值传热模型,利用MATLAB求解温度场,以任意位置处涡旋齿壁面的等效温度作为热边界条件,得到涡旋齿温度分布规律。这2种计算方法收敛快且无网格法收敛更快,无网格法首次运用到计算涡旋齿的温度场,又利用无网格法构造涡旋齿壁面二维稳态温度场,为实验提供了理论基础。分析结果表明:旋齿从中心向外缘其温度逐渐减小且在涡旋齿后段减小趋于平缓。这2种传热模型对无油涡旋压缩机的涡旋盘温度场分析具有一定的指导和借鉴作用,并对涡旋型线的设计有一定指导意义。     

基于EFG法圆管环形翅片的传热分析

基于圆管环形翅片的周期性结构特点,建立了圆管环形翅片温的EFG法传热分析模型。通过编程计算,得到了圆管环形翅片的温度、热流量及温度梯度的分布规律。结果表明,EFG法可应用于结构的传热分析,同时,所得结果为圆管的强化传热及散热结构的优化设计奠定了理论基础。     

声学法深海热液温度场测量及重建算法研究

介绍了利用声学方法测量深海热液温度场的基本原理。对单峰温度场模型和双峰温度场模型,采用最小二乘法进行重建仿真,给出了重建温度场的三维图和等温线图,计算了重建温度场的绝对误差、相对误差和均方根误差。比较了增加声学测量路径后单峰温度场模型的重建结果。仿真结果表明:最小二乘法具有较高的重建精度,增加声学测量路径能有效地提高温度场重建精度。湖试实验结果表明,最小二乘法可基本还原单峰温度场。     

双层材料离心机转子温度场的数值分析

在分析离心机转子系统传热机理的基础上,将双层材料的离心机转子温度场处理成求解二维轴对称稳态温度场的数学模型。利用四边形四节点等参单元的有限元方法,对该模型进行数值求解,得出了温度场的计算结果,并与试验结果进行了比较。对双层材料离心机转子温度场进行了传热特性分析。     

端面泵浦热传导各向异性激光棒温场特性研究

了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd:YVO4晶体热模型。考虑到Nd:YVO4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有着超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式。并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对于Nd:YVO4晶体温度场的影响。新的各向异性介质热传导方程求解方法具有计算量小、精度高等特点。研究结果表明：若LD输出功率为30W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%时,4阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd:YVO4晶体,泵浦面获得528.95C的最大温升。所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计之中,对于提高激光器性能具有了理论指导作用。     

高速数控车床刀具热变形的计算分析

以高速数控车床刀具为研究对象,结合具体工作条件,对刀具进行切削过程热变形分析。首先进行刀具温度场理论分析,建立刀具温度场的传热模型,对刀具传热过程进行分析。进而采用ANSYS对刀具进行切削过程温度场仿真,并进行热结构耦合获取刀具热变形量。研究结果表明:文中在一定程度上实现了对刀具热变形的定量计算分析和研究,为进一步研究刀具热变形对加工精度的影响,以及采用何种误差补偿方法提高加工精度等奠定了良好的研究基础。     

风力机叶片裂纹尖端温度场数值模拟

基于复合材料力学Tsai-Hill屈服准则推导平面应力条件下复合型裂纹尖端的塑性区。应用热耗散能量理论和ANSYS的热力耦合方法计算塑性区0°与45°开裂角玻璃纤维复合材料的热传导温度场。结果表明:0°与45°开裂角的裂纹温度变化趋势一致;0°开裂角裂纹数值与解析计算结果对比误差在5%内,可以对各向异性复合材料预制微裂纹进行温度场模拟分析计算;45°开裂角裂纹对玻璃纤维复合材料的温度场影响大,得出开裂角越大对复合材料的温度场影响越大。