利用ANSYS快速计算空中目标温度场(英文)

空中目标蒙皮温度场是形成目标红外图像的基本因素,掌握其瞬态或稳态分布特性与控制机制对于空中目标红外特征研究工作具有重要意义。通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括空中目标内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的稳态耦合传热数理模型。在分析有限元数值计算方法及专业有限元法分析软件ANSYS的原理及特点的基础上,提出了利用ANSYS软件,运用有限元数值计算方法快速计算空中目标温度场的方法。并获得了巡航状况下目标蒙皮的温度场,分析了相关因素的影响。     

基于COMSOL的限矩离合器摩擦片温度场分析

介绍了限力矩离合器的结构及其摩擦片所使用的油槽结构;根据热力学理论,建立温度场的数学模型;计算了限力矩离合器摩擦片的热流密度和对流换热系数以及热流分配系数;建立了考虑油槽结构的摩擦片三维瞬态热传导模型。通过COMSOL对摩擦片进行热分析,模拟摩擦片在接合过程中不同时刻的瞬态温度场,得出摩擦片温度分布规律,为限矩离合器摩擦片的结构设计提供了一定的理论依据。     

掺镱大功率光子晶体光纤激光器热效应分析

数值模拟分析了大功率光子晶体光纤(PCF)激光器的温度场和热应力场.通过引入等效热传导率对光子晶体光纤结构进行简化,建立了光子晶体光纤激光器的三维温度场模型.利用有限元方法数值模拟得到了自然对流换热时光子晶体光纤中的温度场及光纤端面的热应力场,并对强制对流换热时光子晶体光纤的冷却效果进行了数值模拟分析.结果表明,对于选取的PCF,通过采取强制对流换热措施可以承受1000 W的抽运功率而不会产生热效应损伤,如果需要通过提高抽运功率以获得更大功率的激光运转,则需要改变光纤的结构.     

45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场数值模拟及其性能研究

根据传热学理论和数值模拟方法研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场的分布规律,考虑了热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的因素,应用ANSYS有限元分析软件,建立了连续移动三维瞬态激光重熔喷射电镀Ni层温度场的计算模型。利用建立的模型所优选的参数,进行了激光重熔试验,研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔后试件的性能特点。     

大尺寸碳化硅单晶生长环境研究

针对基于物理气相输运法的碳化硅(SiC)单晶生长系统,考虑对流换热的影响建立了传热与传质数学模型,并采用数值模拟的方法研究了其生长系统内的温度场与气相流场.研究表明:坩埚内温度、温度梯度以及加热效率随线圈匝间距与线圈直径的增加而逐渐降低.旋转坩埚可有效解决因线圈螺旋形状而导致的温度场不均匀性.通过不断调整线圈与坩埚之间的相对高度,可保证高品质晶体生长所需的最优温度场环境.此外,坩埚内径尺寸的增加,会加剧其内部自然对流效应.     

反坦克导弹蒙皮温度场的数值计算与分析

根据导弹蒙皮温度场气动加热、辐射换热和内部导热耦合作用机理,对导弹蒙皮温度场进行数值计算,分析了飞行速度和环境温度对导弹蒙皮温度的影响关系,建立简化模型模拟了非稳态条件下蒙皮温度变化,并与稳态计算结果比对分析。结果表明:导弹蒙皮温度与导弹马赫数的平方、环境温度有良好的线性关系;环境温度以0.5 K/s速率降低时5s后导弹蒙皮简化模型非稳态计算结果与稳态计算结果有约2.4K的差异。     

飞机机体红外辐射特性研究

建立了飞机机体红外辐射强度的计算模型。在综合考虑气动对流作用、环境辐射、内热源加热、蒙皮热传导等因素的基础上建立了热网络方程,由此导出壁面热流密度函数,并将其作为浮动的热边界条件,通过机体外流场的数值计算得到了机体表面的温度分布,并计算得出不同视线方向上、不同波段的机体总体红外辐射强度,在计算视线上的机体总辐射时考虑了面元之间的遮挡,最后讨论了太阳辐射、飞行速度、飞行高度对飞机机体红外辐射的影响。     

空中飞机红外成像仿真模型研究

从红外辐射和热传导基本定律出发,综合考虑目标实际结构、太阳辐射、天空长波辐射、气动加热及周围环境辐射等因素的影响,依据空中快速目标热辐射特性,分析气动加热对飞机蒙皮辐射的作用,运用等效热阻对内热源部分进行估算,突出发动机传热部分对飞机整体辐射产生的影响,并建立一种可靠实用的空中飞机红外成像仿真模型,仿真过程中结合对空实拍红外图像进行动态调整,目标模拟结果真实感较强。     

飞行器蒙皮红外辐射特征的反向蒙特卡罗计算与分析方法

建立了飞行器蒙皮红外辐射特征计算的理论模型,较为完整地考虑了各种热源对蒙皮温度的作用,包括气动加热、发动机热部件以及各部分的传导、对流和辐射.利用反向蒙特卡罗(RMC)法,并结合表面的多重遮挡算法,计算了飞行器复杂几何外形之间的辐射特性,分析了飞行器表面在8～14 μm空间特定方向上的红外辐射特征.结果表明:飞行器马赫数是影响其8～14μm红外辐射特征的重要因素之一,在超音速飞行状态下,气动加热对红外辐射特征的影响比亚音速的大;减小蒙皮表面发射率降低了它的红外辐射强度.该方法可为飞行器表面红外辐射特征计算提供参考.     

基于边界对流传热的LD端面抽运圆柱形晶体的热效应

通过对激光二极管(LD)端面抽运棒状Nd:YAG晶体的热效应进行理论分析,考虑晶体内部抽运光束分布及连续抽运过程中晶体周边与冷却液之间的对流传热,建立了更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体温度分布场,同时计算了晶体半径以及晶体散热面积对热效应的影响.研究结果表明,考虑边界对流传热后,计算的晶体中心温度升高,晶体边界温度也相应升高,相应的晶体热焦距稍有增加;减小晶体半径,晶体中心与表面的温度差均减小,热焦距增大,晶体热效应降低;增大晶体散热面积虽然降低晶体内部温度场,但由于端面抽运的特点导致晶体中心附近温度变化率增加,反而使热焦距减小,加剧了晶体热效应.     

The Thermal Response of a Human in the Near-Zone of a Resonant Thin-Wire Antenna

The thermal response of a human in the near-zone of an antenna was determined by numerical procedures. The approach taken was to modify the heat transfer equations for man in air to account for thermal loading due to the energy absorbed from the radiating antenna. The absorbed power density distribution in the human body was determined by considering the body and antenna to be a coupled system in which the resulting system of equations were solved by moment method procedures. This information was then analyzed by a thermal response model consisting of a series of transient conduction equations with internal heat generation due to metabolism, internal convective heat transfer due to blood flow, external interaction by convection and radiation, and cooling of the skin by sweating and evaporation. Internal heating patterns were calculated for two cases: a human in the near-zone of a quarter-wave monopole and a half-wave dipole operating at 45 and 200 MHz, respectively. It was found that negligible heating occurred for antennas with input power levels of less than 50 W.     

气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射机理与特性

从分析材料内部热辐射与导热耦合传热温度场、表面反射及折射之间的内在关系出发,建立了气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射模型.采用控制容积法结合蒙特卡罗法和谱带模型,数值模拟了红外辐射能在材料内部的传递及出射过程.引入介质影响因子,分析了材料的红外辐射机理和外部气动热流对材料红外辐射特性的影响.结果表明,高温陶瓷材料内部热辐射的光谱选择性与温度场的耦合,导致高温陶瓷材料的红外发射率随气动热流变化而变化.由于陶瓷材料在紫外和中远红外谱带范围对辐射的吸收非常强,而在近红外和可见光谱带范围对辐射吸收较弱,随气动热流密度增大,对陶瓷材料表面红外辐射产生贡献的内部热辐射区域增大,但材料的红外发射率降低.     

Influence of heat transfer on thermal effects of the endpumped laser crystal

A thermal model of crystal is established. The temperature field differential equation of the diode-end-pumped laser crystal with circular cross-section and new boundary conditions, in which the convection heat transfer is supposed to exist between laser crystal ends and air, is established. The analytical expressions of temperature field, thermal distortion and additional optical path difference (OPD) of crystal are obtained. By numerical calculation, the influence of heat transfer on the thermal effects of laser crystal Nd:YAG is studied. Results show that crystal’s thermal effects, including temperature field, thermal distortion, OPD and thermal focal length, are all weakened as the heat transfer through ends of crystal is strengthened. This conclusion could be used to control thermal effects of laser crystal and improve laser working stability.     

飞行器8~14μm波段红外特征的数值研究

在飞行器机身表面的温度场建模中综合考虑了超音速飞行气动加热、发动机舱内部流动换热,以及排气喷流对飞行器后体的传热等影响, 采用数值计算的方法对飞行器8~14m波段的蒙皮及发动机壁面红外辐射特征进行了研究,分析了飞行器机头、机身（含进气道）、机翼、发动机舱（含飞行器后体）、垂直尾翼、水平尾翼和发动机喷管腔体等部位的红外辐射。结果表明:蒙皮辐射是飞行器8~14m波段红外辐射的主要组成部分,发动机壁面红外辐射主要集中在飞行器尾向50范围内;在不同的观测平面,飞行器不同部位对整机8~14m波段的红外辐射贡献比例各有侧重,飞行器机身、机翼、发动机舱和垂直尾翼是飞行器8~14m波段红外辐射的主要部分;飞行马赫数提高将加剧机身气动加热效果,飞行机不同部位所占的红外辐射比例将有所改变。     

冷壁面自然对流热质传递研究

为了得到蓄冰槽冷壁面在自然对流工况下的降温除湿特性以及环境温湿度、壁面形式和辐射对冷壁面传热传质的影响,建立了冷壁面自然对流传热传质二维模型,基于MATLAB采用控制容积法和连续性方程与动量方程联立的SIMPLE方法进行求解,并搭建试验台对此模型进行验证。结果表明:热质传递过程中,对流传热起主要作用,随着环境温湿度的增加,对流传热、传质和辐射传热都增大,但传质增加最快,在总换热量中所占比例也逐渐增大,壁面竖直和朝下的热值传递速度远快于壁面朝上,数值模拟结果与实验值拟合良好。研究结果可为蓄冰槽的自然降温除湿系统的应用提供参考。     

An inhomogeneous thermal block model of man for the electromagnetic environment

An inhomogeneous thermal block model of man with 476 cubical cells has been developed. It incorporates inhomogeneous blood flow rates, metabolic heat production, specific heats, and thermal conductivities, obtained by volume-weighted averaging of the values for eleven different tissue types which constitute the human body. The transient heat conduction equation for the thermal model includes the effects of internal metabolic heat generation, electromagnetic energy deposition, heat conduction through the tissues, convective heat transfer by blood, evaporative heat dissipation by sweating and insensible perspiration, respiratory heat loss, and heat transfer to the environment by radiation and convection. The standard implicit finite difference technique has been utilized to solve the three-dimensional heat conduction equation.     

A numerical simulation of the D.C. continuous casting process including nucleate boiling heat transfer

The steady-state thermal problem associated with the direct-chill continuous casting of A6063 aluminum cylindrical ingots is solved using the numerical finite element technique. Excellent correlation is demonstrated between the numerical model and experimental data from ingots cast at two different speeds. By application of the model, effective heat transfer coefficients are calculated as a function of vertical position on the outside surface of the ingot. It is shown that direct application of these coefficients to the modeling of different casting situations will produce substantial errors in the region in which heat transfer is by nucleate boiling. Using theories of nucleate boiling with forced convection and film cooling, a method is developed to calculate the external boundary conditions in the submold region of the ingot, thus making it possible for the first time to define explicitly all of the thermal boundary conditions associated with this casting configuration. These theories are incorporated into the numerical model, and a subsequent simulation shows excellent agreement with experimental data from a third ingot.