单晶连铸凝固过程温度场数值模拟(Ⅱ)——数值计算程序及计算结果分析

在作者建立模型的基础上,通过编程并以纯铝单晶连铸为对象进行了模拟计算,证明所建立的模型是有效的,采用的计算方法和编程是正确的．计算结果表明,冷却能力和铸型温度是影响固液界面形状和位置的显著因素,牵引速度和导流管中的液体金属温度影响较小．     

温度影响下动态裂缝几何尺寸的数值模拟

由Geertsma.Klerk.Perkins[1][2][3]等提出的几套二维动态裂缝几何尺寸的计算模型,都没有考虑温度的影响,这显然是不合理的。本文考虑到井底温度变化和地层原始温度的影响,首先建立了滤夫速度是温度、时间的函数的缝中液体温度场模型,然后建立了与温度相关的动态裂缝几何尺寸的两套数值计算模型,最后举例说明了上述模型的使用方法。本文提供的计算模型对生产实际有一定的实际意义,为计算机实时模拟动态裂缝的变化提供了有效途径。     

草酸二甲酯加氢制乙二醇固定床反应器的数值模拟

通过对草酸二甲酯加氢制乙二醇固定床反应器内的传质、传热及化学反应过程进行分析,建立了反应器的拟均相二维模型,采用Crank-Nicholson隐式差分法进行数值求解。借助Matlab软件编程计算,考察了操作条件对反应过程的影响。模拟结果表明,原料气入口温度越高,温度上升越快,热点温度越高,反应物的转化率和产物的收率也明显增加;氢酯比增大,热点温度下降不多,但反应物的转化率则降低较多;气体流速增加,热点位置向出口移动,反应物转化率降低。     

不同保温形式墙体温度场数值模拟与分析

基于有限差分方法,建立了考虑太阳辐射和环境温度变化的建筑外墙实时温度场数值计算模型.利用该模型,计算了北京地区典型内外保温墙体的温度场.计算结果表明,建筑外墙温度分布受太阳辐射影响显著,影响程度与季节、朝向密切相关.墙体保温后外表面温度升高明显;保温层内温度变化剧烈,其中外保温比内保温保温层温度变化幅度更大.外保温墙体结构层温度均在零度以上,而内保温墙体结构层温度有时处于零度以下且承受正负循环.外保温墙体外防护层一年四季温度变化明显,年温度变化可达67℃.     

活性炭固定床吸附苯蒸汽的数值模拟

以守恒定律为基础,结合吸附平衡关系和传质速率方程,建立了活性炭吸附苯蒸汽固定床的数学模型,采用有限差分法对模型方程进行离散,并借助于Matlab软件编程求解,考察了传质系数、进料浓度、空塔气速和温度的变化对吸附过程的影响。计算结果表明,采用本文建立的数学模型可以很好地预测吸附床的负荷变化和穿透曲线,可为吸附床的设计和最优化操作提供理论指导。     

泡沫流体在井筒内流动时的耦合数学模型

基于均质平衡流模型,根据动量方程和能量方程建立了计算泡沫流体在井筒内流动时的密度、压力和温度分布的耦合数学模型,并进行了编程求解,给出了泡沫流体的压力、温度和密度沿井深的分布规律.计算分析表明,泡沫流体在井筒内流动时的密度、压力和温度是相互影响的.泡沫质量越大,泡沫流体的温度变化越大,而压力和密度变化则相对平缓.在将泡沫流体应用于深井作业时,不能忽略温度变化对泡沫参数及性能的影响,特别是在大泡沫质量下.由于考虑了传热和温度变化对泡沫流体的影响,该模型比常规计算方法的适用范围更广.     

钻井过程中钻井液循环温度数值模拟

准确的预测钻井液循环温度对钻井作业安全、快速钻进具有十分重要意义。文章根据热力学第一定律及传热学的基本原理,考虑了钻井液传热受流动影响,建立了钻井液与地层之间的二维非稳态循环温度数学模型,模型通过优选钻井液流变模式,精确计算钻井液流变参数,并采用无条件稳定的全隐式有限差分法求得模型的数值解,提高了预测精度。最后用现场实测数据与模型计算数据进行了对比分析,验证了该模型的可行性和准确性。该模型可用于计算实际循环条件下的管柱内钻井液、管壁、环空钻井液与地层的温度分布,为准确预测钻井安全密度窗口和钻井液设计提供基础数据。     

湿式脱硫塔流场数值计算

对一种简易脱硫塔顺流、逆流及混流喷淋的流场进行三维数值模拟。喷淋液和烟气可以认为是湍流两相流，在计算中选择ｋ－ε模型及颗粒轨道模型为理论模型，用ＳＩＭＰＬＥ及ＰＳＩＣ算法进行编程计算。计算结果表明，喷嘴布置方向不同对流场有很大的影响，此结果对现场运行以及脱硫塔的设计有一定的指导作用。     

LD侧面泵浦全固态激光器的热效应分析

对不同情况下LD侧面泵浦全固态激光器的热效应进行了分析,建立了抽运光功率和温度分布的计算模型,用C语言和MATLAB编程的方法对所建立的模型进行计算机数值模拟,并对模拟的结果进行了讨论分析.     

基于流固耦合分析的干式变压器温度场数值分析

壁面空气对流换热分析是影响环氧浇注干式变压器温度场数值模拟准确与否的主要因素。为了模拟对流换热过程,摆脱气道参数对变压器温升计算结果的影响,从空气质量、动量、能量守恒方程出发,建立干式变压器流固耦合场数值模型,采用有限差分法对温度场进行了计算,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验吻合较好。考虑空气流场的流固耦合模型能准确分析干式变压器工作中的温升问题,可分析变压器内部温度分布规律及影响温度分布的因素,指导变压器优化设计。     

空调办公室热环境的数值模拟

建立办公室的CFD模型,以雷诺平均方程和k-ε两方程紊流模型为基础,应用Monte Carlo法,考虑太阳辐射产生附加热流的影响,研究了室内速度分布、温度场、PMV值及PM2.5浓度场。计算结果和实验数据表明:该仿真模型能准确计算室内热环境,散流器送风不合理,风速分布不均,导致PMV值偏大,人体会感觉较热,需要进一步优化送风口的风速或开度大小;室内温度均值在26.15 ℃,上下浮动不超过±2 ℃,温度分布均匀,但电脑、人体和荧光灯散热对其附近温度场分布有影响;PM2.5含量为良,室内物品表面细微颗粒对PM2.5的浓度有一定影响。     

火灾时海底隧道衬砌温度场的数值模拟

对隧道衬砌在不同火灾荷载曲线作用下的温度反应进行了模拟,根据不同计算模型,不同计算工况,分别讨论了模型尺寸、衬砌厚度、外水压对温度随衬砌深度变化的影响,数值结果表明:温度随衬砌深度变化的影响较小.     

应用多因素耦合数值计算210 t钢包热状态分级

为精确管控周转钢包造成的钢水温降,以降低转炉出钢温度并减少能耗,使用有限元软件Ansys14和Para Mesh2.3网格随移技术建立钢包的传热计算模型,分析新包烘烤时间、空包时间、在线烘烤、离线烘烤时间和包衬侵蚀对钢包热状态及钢水温降的耦合影响;使用红外法实测温度,对比验证了模型的准确性.根据计算的钢水温度补偿值,建立包含包况信息编码的钢包热状态分级表.结果表明:受烘烤时间影响,第一包龄钢水温降变化范围是32.0~39.6 K;空包3 h无在线烘烤情况下,钢水温降约为47 K;有在线烘烤的情况下,前10 min的在线烘烤能够使钢水温降减少3.1~6.2 K;钢包侵蚀对包衬温度影响较大,但对钢水温降影响不大,最高不超过1 K.分级表应用于现场,为转炉出钢温度的设定和配包提供了依据,使M钢厂主要钢种出钢温度降低2.3~13.2 K.     

步进式加热炉板坯温度场数值模拟

钢坯加热是轧制前的重要工序,随着燃料价格的提高及新钢种的应用,建立精确的钢坯温度-时间关系传热模型已成为提高产品质量和节能降耗的首要条件。以某钢厂轧钢加热炉为研究对象,对钢坯加热过程的温度场进行数值模拟。建立了板坯在加热炉内加热数学模型,采用有限容积法对模型进行了离散,通过编程求解得出：在各加热段钢坯角部温度最高,加热段升温速度最快,钢坯断面温差最大,均热段断面温差最小,钢坯出炉断面温差稍高,建议延长均热时间     

LD侧面泵浦全固态激光器的热效应分析

对不同情况下LD侧面泵浦全固态激光器的热效应进行了分析，建立了抽运光功率和温度分布的计算模型，用C语言和MATLAB编程的方法对所建立的模型进行计算机数值模拟，并对模拟的结果进行了讨论分析．     

金属压型板屋顶通风层隔热的数值模拟

为了研究金属压型板通风层屋顶的隔热性能,验证采用数值方法来研究屋顶隔热的可行性,通过计算流体力学(CFD)软件对屋顶实验模型进行数值模拟计算.基于建立的数值模型,按照不同的影响因素分为3个工况,计算和分析每个工况通风层内空气速度、温度场及带走的热量,对比金属压型板屋顶模型在不同条件下的隔热效果,研究加热温度、倾斜角、是否通风等因素对屋顶隔热性能的影响并分析误差.计算表明数值结果与实验数据吻合良好,当保持良好通风状态时,加热温度越高,倾斜角越大,则金属压型板屋顶的隔热效果越好.     

二维热毛细对流的MATLAB数值模拟

热毛细对流随着近年来空间材料科学和微重力流体力学的发展引起广泛的关注．通过建立界面有相变时二维热毛细对流的数学模型，用MATLAB编程进行二维数值模拟，得到液体区温度和速度与有关无量纲参数(Ra，Ma，Pr，Bi)的内在关系，绘出了等温线分布和流函数图，证明了表面有相变对热毛细对流的影响一促进计算区域内流体的流动与传热．     

金属压型板屋顶通风层隔热的数值模拟

为了研究金属压型板通风层屋顶的隔热性能,验证采用数值方法来研究屋顶隔热的可行性,通过计算流体力学(CFD)软件对金属压型板屋顶模型进行数值模拟计算.基于建立的数值模型,按照不同的影响因素分为3个工况,计算和分析每个工况通风层内空气速度、温度场及带走的热量,对比金属压型板屋顶模型在不同条件下的隔热效果,研究加热温度、倾斜角、是否通风等因素对屋顶隔热性能的影响并分析误差.计算表明数值结果与实验数据吻合良好,当保持良好通风状态时,加热温度越高,倾斜角越大,则金属压型板屋顶的隔热效果越好.     

温度作用下岩石热弹塑性模型及其数值模拟

深入研究温度影响下的岩石受力、变形破坏机制及力学模型,对于保证岩石地下工程的安全和稳定具有十分重要的意义.从温度对岩石材料力学性质的影响出发,以修正Mohr-Coulomb准则为基础,建立了温度作用下的岩石热-弹塑性耦合本构模型,探讨了模拟岩石应变软化行为的方法;论述了隐式本构积分算法的主要内容,以ABAQUS软件为平台,编制了材料本构计算子程序.对三轴压缩试验进行了一系列数值模拟,其应力-应变曲线与已有实验规律表现出较好的一致性,所建立的模型能够较好地反映出岩石由于温度影响所表现的脆-塑性过渡,证明了模型的有效性.     

4H-SiC器件击穿特性的新型解析模型

基于4H-SiC材料参数，同时考虑雪崩碰撞和带间隧穿两种机制，建立了一套新型击穿解析模型．模型中首次考虑了雪崩碰撞和带间隧穿两种机制，能够反映温度、掺杂浓度等参数对器件击穿特性的影响．利用这一模型计算得到4H-SiC微波功率MESFET极限功率特性．采用MNlTAB编程工具计算得到的结果与实验结果符合较好．