不同流速下AP1000主管道淬火过程温度场的有限元模拟

利用ANSYS有限元软件建立了AP1000核电主管道三维有限元网格模型,根据反传热法计算了0.3、0.5、0.7和1.0 m/s四种不同水流速下316LN不锈钢的表面换热系数,对其淬火过程的温度场进行了模拟,初步探讨了西屋公司提出的180 s冷却至427 ℃以下的可能性。结果表明:水流流速由0.3 m/s提高到1.0 m/s时,316LN不锈钢的表面换热系数仅由3013 W/(m²·℃)增加至3560 W/(m²·℃)。不同流速下,主管道表面和心部温度均随淬火时间的延长而降低。1.0 m/s流速下,主管道内、外表面温度下降非常快,淬火180 s时温度已降至200 ℃以下,600 s时已冷却至室温。而主管道管壁中心(壁厚为83 mm)及接管嘴凸台中心部位温度下降较慢,淬火180 s时温度分别在580 ℃和860 ℃左右,未能满足西屋公司提出的180 s冷却至427 ℃以下的要求,淬火530 s左右主管道各部位才能都冷到427 ℃以下。     

基于ProCAST软件的镍基中空叶片定向凝固过程模拟

采用ProCAST铸造仿真软件对镍基中空叶片定向凝固过程进行仿真模拟。结果表明:当界面换热系数恒定为1 500 W/m2·K时,随着抽拉速率逐渐降低,糊状区最小宽度从66.4 mm(v=8 mm/min)降低为39.1 mm(v=2mm/min);当抽拉速率恒定为2 mm/min时,随着界面换热系数降低,糊状区最小宽度从74.5 mm(H=1 500 W/m2·K)降低为39.1 mm(500 W/m2·K);抽拉速率和界面换热系数分别为2 mm/min和1 500 W/m2·K时,中空叶片最大位移量约为0.05 mm,可获得一定的尺寸精度。     

基于ProCAST软件的镍基中空叶片定向凝固过程模拟

采用ProCAST铸造仿真软件对镍基中空叶片定向凝固过程进行仿真模拟。结果表明:当界面换热系数恒定为1 500 W/m2·K时,随着抽拉速率逐渐降低,糊状区最小宽度从66.4 mm(v=8 mm/min)降低为39.1 mm(v=2mm/min);当抽拉速率恒定为2 mm/min时,随着界面换热系数降低,糊状区最小宽度从74.5 mm(H=1 500 W/m2·K)降低为39.1 mm(500 W/m2·K);抽拉速率和界面换热系数分别为2 mm/min和1 500 W/m2·K时,中空叶片最大位移量约为0.05 mm,可获得一定的尺寸精度。     

金属型铸造界面换热系数峰值预测模型的建立和验证

在改进Hamasaiid模型的基础上提出了新的金属型铸造界面换热系数峰值hmax预测模型,该模型引入表面张力参数,定量研究其对界面换热的影响。采用A356铝合金金属型重力铸造实验对模型进行验证。结果表明:反求计算的hmax约为5944 W/(m2·K),采用Hamasaiid模型计算的hmax约为7987 W/(m2·K),误差约为34%;新模型未考虑表面张力时计算的hmax约为6228 W/(m2·K),误差约为5%,考虑表面张力时计算的hmax约为5992W/(m2·K),误差约为1%。新模型计算精度有较大提升,计算结果与反求结果具有很好的一致性,表面张力对计算精度有一定影响。     

铸造凝固界面换热系数求解的反热传导模型

考虑到铸件凝固过程中因潜热释放造成的数值计算结果难于收敛问题,建立基于等效比热法的反热传导模型,并分析模型中各种计算参数如阻尼系数μ、未来时间步长R、正热传导计算时的时间步长Δθ及收敛误差值Tcr等对反算求解结果稳定性及准确性的影响,应用所建立的反热导模型,通过铸件内温度数据计算得到A356铝合金与铜冷却介质间的界面换热系数。结果表明,界面换热系数是随铸件凝固时间变化的,其变化范围在1 200~6 200 W/(m2·K)之间,而且变化过程中因为结晶潜热的释放存在两个峰值。     

Zr-4合金与H13模具钢的界面换热行为研究

测定了界面有、无玻璃润滑剂条件下Zr-4合金和H13模具钢的界面接触温度随接触时间的变化曲线,在此基础上分析了界面换热特征,获得了界面换热系数随初始界面温度变化的函数式。结果表明,玻璃润滑剂可有效减缓Zr-4合金与H13钢的界面传热,当Zr-4合金和H13钢的初始界面温度分别为700和470℃时,有玻璃润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为16.3 s,该时间段内相应的界面换热系数随实验时间的延长由226 W/(m~2·℃)增大到2166W/(m~2·℃),无润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为7.7 s,该时间段内界面换热系数由250W/(m~2·℃)增大到2700 W/(m~2·℃)。采用本研究确定的换热系数随温度变化的关系式进行热交换模拟可以获得较高的模拟精度,模拟与实验结果的最大误差约为4.5%。     

高温钢板连续喷水冷却换热系数的研究

采用有限差分法建立了高温钢板连续喷水冷却过程中一维非稳态传热条件下冷却水换热系数的计算模型,将试验测量到的数据应用该模型计算出了试验过程中冷却水与高温钢板间的换热系数[h。]分析结果表明：在流量一定的情况下,压力对换热系数的影响较明显,而在压力一定的情况下,流量对换热系数的影响较小,冷却水的换热系数随喷水密度的增加而增大,随钢板表面的温降呈先增加后减小的趋势。总结出了钢板表面温度为400～1 000 ℃,喷水密度为90～180 L/(m2·min)的条件下,喷水冷却换热系数[h]的经验计算公式。     

基于反热传导法的铝合金喷水冷却界面换热系数求解

数值模拟喷水冷却过程时,界面换热系数的准确求解是保证模拟结果可靠的先决条件。本文采用反热传导法求解了6082铝合金喷水冷却界面热流密度和界面换热系数,并通过对比同一特征点的试验测量温度和计算温度,验证了反热传导法计算结果的可靠性。结果表明:铝合金喷水冷却过程中,界面换热经历了过渡沸腾阶段、核沸腾阶段和单相对流阶段,且过渡沸腾阶段冷却界面的热交换率明显高于核沸腾阶段;铝合金喷水冷却的界面热流密度随试样表面温度降低先增大后减小,其最大值约为4.4 MW/m~2;铝合金喷水冷却的界面换热系数随试样表面温度降低先近似线性增大后逐渐减小,其最大值出现在核沸腾换热阶段,约为23. 8 k W/m~2K。     

TC18钛合金热锻成形换热系数实验研究

在TC18钛合金热锻成形过程中，锻件与空气、锻件与模具之间的换热系数对热锻成形过程具有显著的影响。为了精确地测定不同条件下的锻件与空气、锻件与模具之间的换热系数，基于工艺实验并结合Deform-3D有限元分析方法，通过热传导反问题法，测定了TC18钛合金在不同条件下对应的换热系数。结果表明：在加热过程中，TC18钛合金与空气的换热系数在0.10～0.30 N·(s·mm·℃)^-1的范围内变化；在冷却过程中，试样与空气的换热系数在0.02～0.10 N·(s·mm·℃)^-1范围内变化；试样与模具之间的换热系数受接触面的条件影响较大，无介质、玻璃润滑剂的界面的峰值换热系数较大，约为4.5 N·(s·mm·℃)^-1,而在保温棉、玻璃纤维布、新型复合布界面接触条件下的换热系数较小，约在0.4～0.5 N·(s·mm·℃)^-1附近。     

一种铝合金水冷界面换热系数反求方法的研究

针对水冷金属界面换热系数影响因素多,测量与求解难的问题,以温度场数学模型为基础,以实测温度曲线为基准,通过数值模拟迭代计算和自动寻优,实现了铝合金水冷界面换热系数随温度变化定量关系的反求.反求得到的铝合金换热系数结果表明:在浸入式水冷过程中,铝合金界面换热系数随表面温度由低到高呈现出先升后降的单峰形状特征,降低冷却水的温度会使换热系数的峰值点升高,但不会改变峰值点出现的温度范围,换热系数的最大值出现在200～230℃.金属与冷却水之间热交换的强度主要取决于界面温度,将界面温度控制在200～230℃会使强化传热效果达到最佳.     

铸锭凝固过程缩孔缺陷的数值模拟

为减少铸锭的缩孔缺陷,采用有限元分析软件ProCAST对某厂5t铸锭的凝固过程进行模拟,讨论了浇注温度、锭身换热系数以及锭身锥度对缩孔缺陷的影响.结果表明:浇注温度较高时缩孔缺陷严重;锭身换热条件对铸锭缺陷的影响很大,锭身冷却较佳换热系数是200 W/(m2· K);随着锭身锥度的增加,一次缩孔和二次缩孔深度先减小后增加,其适宜锭身锥度为0.09.     

基于三维热力耦合模型研究不等厚型材在淬火过程中的非均匀冷却行为（英文）

采用反向热传导算法并结合一维末端水淬试验求解热型材与冷却水的界面换热系数。以确定的换热系数作为热边界条件,基于Deform-3D仿真平台建立不等厚壁挤压铝型材在线水淬过程的三维热力耦合模型。系统研究型材水淬过程中的温度场、残余应力场和截面畸变。研究结果表明:随着冷却水流量的增加,界面换热系数增大;高冷却水流量的峰值换热系数出现在低的界面温度;型材淬火过程中横截面上的温度分布严重不均匀,淬火时间为3.49 s时最大温差为300°C;通过型材横截面不同壁厚部位的温差先急剧增大到峰值,然后逐渐减小;随型材各部位壁厚的增加,温度梯度明显增大;淬火完成后在型材接头内侧和壁厚为10 mm部位的两端存在较大的残余应力;非均匀冷却条件下,型材淬火过程中横截面呈现扭曲型畸变,最大扭曲角为2.78°。     

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm²;当表面张力温度系数为-3.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm²;当表面张力温度系数为-4.9×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm².     

动力锂离子电池模块散热结构仿真研究

针对目前动力锂离子电池模块散热困难的问题,以12串10 A·h磷酸铁锂动力电池为研究对象,基于COMSOL MULTIPHYSICS平台建立其三维热仿真模型,并应用红外成像技术进行验证;定量分析不同工况下空气强制对流冷却和冷却板冷却对电池模块散热性能的影响。结果表明:空气强制对流冷却降低电池温度的能力有限,且造成电池模块温度均匀性变差。对流换热系数从5 W/(m2·K)变化至100 W/(m2·K)进行5C放电时,电池模块中心温度仅降低0.2 K,电池温差达到10 K;冷却板冷却具有平衡电池模块温度场的作用,其降温效果和温度均匀性均优于空气冷却时的。5C放电时,电池模块最高温度为318.91 K,最低温度为317.19 K;空气强制对流冷却时,增加冷却板厚度和外部散热翅片的数量都能够降低电池模块温度和均匀性,但在自然冷却条件下该变化不明显。     

低碳钢薄带双辊连铸凝固过程的数值模拟

结晶辊的温度场分布对薄带连铸凝固过程有重要影响。采用商业软件ProCAST模拟了低碳钢薄带双辊连铸凝固过程,并在此基础上考虑了结晶辊转动、水冷强度及结晶辊涂层种类对薄带连铸凝固过程的影响。结果表明:当水冷对流换热系数为250 000 W/(m~2·K)时,铸辊转动10 s后,其温度场基本达到了稳定状态,薄带凝固厚度从热循环开始时的1. 004mm减小至稳定状态的0. 976 mm;当水冷对流换热系数从5 485 W/(m~2·K)→40 040 W/(m~2·K)→250 000 W/(m~2·K)逐渐增加时,铸辊外表面最高温度从686. 4℃→586. 7℃→556. 4℃逐渐降低,薄带连铸整体温度场的温度不断降低;导热系数相近的涂层对薄带连铸凝固过程的影响不大。     

N06200镍基合金与S32168不锈钢界面金属间化合物的生长行为

研究了N06200镍基合金与S32168不锈钢TIG焊接接头经焊后热处理后界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)的演变过程,并从热力学和动力学的角度分析界面IMCs的生成种类、先后顺序及生长动力学模型.结果表明,随着热处理温度的升高,接头的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势;随着保温时间的增加,接头的抗拉强度随之增加.随着热处理温度的升高和保温时间的延长,界面IMCs的厚度增加.镍基合金与不锈钢界面IMCs主要由NiFe相、Ni₂Cr相、FeCr相和Ni₃Fe相组成,形成IMCs的顺序为NiFe→FeCr→Ni₂Cr→Ni₃Fe.界面IMCs的增长符合抛物线规律,经线性回归方法计算得出界面IMCs的生长动力学模型为W=1.725×10^-13·e⁽[-45.98/(RT)]·t^1/2).     

铸造铝合金圆锭温度场实验研究和数值模拟

通过设备测定了半连续铸造Φ100mm铝合金圆锭温度分布,以此为基础,通过反算法得到直接冷却半连续铸造铝合金水冷段换热系数与铸锭表面温度的关系。计算表明,随着铸锭表面温度的降低．换热系数逐渐增大;在温度由400℃降至130℃的过程中,换热系数急剧增大,温度在130℃左右时达到最大,其最值大约为23000W/(m~2·K);当温度继续降低时,铸锭表面换热系数又迅速减小。并用三维有限元对铸造过程的凝固规律进行了数值模拟,模拟值和实验值基本吻合。     

镍基高温合金端淬表面综合换热系数计算方法的比较EI北大核心CSCD

端淬实验是研究材料冷却速率与组织性能之间关系的高通量方法,而工件表面综合换热系数则是端淬数值模拟研究的必要边界条件。采用经验公式法、传热反问题法及流-固耦合分析法,计算了CSU-A1型镍基高温合金工件在空气端淬实验中的各表面综合换热系数;结合工件实验温度测点的冷却曲线及平均冷却速率对三种方法进行了比较。结果表明:实验温度范围内工件底端、侧部以及顶端的综合换热系数分别在323~555、16~30、58~184W/(m~2·K)之间。三种方法中,经验公式法获得的冷却曲线误差较大;传热反问题法的冷却曲线误差最小,但对实验数据及其他边界条件的依赖性强;流-固耦合分析法获得的平均冷却速率准确度最高,且不需要通过实验即可获取工件任意位置的换热系数,是研究气体端淬过程表面综合换热系数的有效方法。     

基于3D-CAFE法的连铸Ag-28Cu合金凝固组织的数值模拟

基于3D-CAFE法对连铸法制备的Ag-28Cu合金的凝固组织进行了模拟,研究了表面换热系数、浇注温度和拉速对凝固组织的影响。结果表明,增大表面换热系数、降低浇注温度、提高拉速,可起到细化晶粒的效果。在最佳工艺条件为表面换热系数1800 W/(m2·K)、浇注温度830℃、拉速1.5 m/min时,Ag-28Cu合金的凝固组织等轴晶比例最大,且晶粒较细。     

Zr-4合金与模具钢的界面换热行为研究

界面换热系数是锆合金塑性成形模拟的重要边界条件之一。本文测定了界面有、无玻璃润滑剂条件下Zr-4合金和H13模具钢的界面接触温度随接触时间的变化曲线,在此基础上分析了界面换热特征,获得了界面换热系数随初始界面温度变化的函数式。结果表明,玻璃润滑剂可有效减缓Zr-4合金与H13钢的界面传热,当Zr-4合金和H13钢的初始界面温度分别为700℃和470℃时,有玻璃润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为16.3s,该时间段内相应的界面换热系数随实验时间的延长由226 W/( m₂?℃)增大到2166 W/( m₂?℃),无润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为7.7s,该时间段内界面换热系数由250 W/( m₂?℃)增大到2700 W/( m₂?℃)。采用本文确定的换热系数随温度变化的关系式进行热交换模拟可以获得较高的模拟精度,模拟与实验结果的最大误差约为4.5%。