新型无接触热阻空调换热器性能研究

将不同形状的波纹翅片与无接触热阻技术结合研制了波纹型无接触热阻换热器,并利用CFD仿真软件进行对比分析尖角波纹翅片和圆角波纹翅片空气侧换热性能及阻力特性,寻找较好的翅片形状。按照仿真结果生产无接触热阻尖角波纹翅片空调换热器实验样件,进行实验测试,实验结果表明:翅片表面换热系数仿真结果与实验结果较为一致,整体误差在10%以内,仿真结果能基本反映翅片表面的实际换热情况。引入强化传热指标,通过仿真结果计算可知,在不同风速下强化传热指标DEC均大于1,说明尖角波纹翅片的传热效果优于圆角波纹翅片。     

金属板材成形的静力隐式有限元分析与程序设计

阐述了用于板材成形过程静力隐式数值模拟的弹塑性大变形有限元方法,基于给出的方法编制了板材成形过程数值模拟软件,并对矩形板的液压胀形进行了有限元分析,计算结果与典型的实验结果吻合很好.对球形模具拉伸成形过程进行了数值模拟,给出了计算结果.     

水-空气翅片管换热器实验研究与数值模拟

通过对翅片管式换热器的设计和实验研究,得出了该换热器的性能曲线,此外还对换热器内部流场和温度场进行了三维数值模拟计算。从实验和模拟结果分析可知,实验所得传热因子j较模拟结果有12％范围内的减小,而阻力因子,有4％～16％的增大;翅片间距和管排密集度对翅片管换热器性能影响很大,减小翅片间距和增大管排密集度均能增强换热器的换热效果,但压力损失也明显增加。     

钢轨接头轨缝对轮轨接触应力的影响

利用有限元软件ANSYS建立了钢轨接头端处轮轨弹塑性接触有限元模型,分析计算钢轨材料弹塑性接触应力和变形随轮轨接触点到轨缝距离变化的情况,数值结果并与Hertz接触理论的结果进行了比较。数值结果表明:Mises等效应力、最大主剪应力、塑性区和变形越靠近轨缝越大;最大等效应力和最大主剪应力的位置随接触点到轨缝距离的减小而接近轨面;在靠近钢轨接头处,钢轨几何形状突变,已不满足Hertz接触理论的假设条件,所以Hertz接触理论不适合轮轨接触应力和变形分析。     

平翅片传热与流动特性的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent研究翅片管换热器的换热和压降特性。使用流固耦合准确确定翅片及管内外侧的传热边界条件，并利用场协同理论进行分析。将计算出的结果与试验结果进行比较。结果表明，数值模拟与实验结果吻合较好，数值计算可为换热器的结构优化和产品的研究开发提供依据。     

小管径椭圆管开缝翅片换热器的数值模拟

对小管径椭圆管开缝翅片换热器空气侧的流动与传热特性进行数值模拟,对影响其换热性能的2个主要参数椭圆管偏心率和开缝翅片开缝错列高度分布进行优化,与传统管翅式换热器换热性能进行比较。模拟结果表明:当椭圆管两轴之比Rx:Ry=2:3(偏心率),开缝高度分布为0.8 mm,0.6 mm和0.4 mm时,换热效果最好。与传统管翅式换热器相比,小管径椭圆管开缝翅片换热器换热系数提高10%~20%,而压降几乎相等,总体换热性能提高。     

微通道换热器非对称式百叶窗翅片性能研究

针对汽车热泵空调中最常用的传统对称式百叶窗翅片换热器存在的换热不均匀、风阻较高问题,本文提出6种非对称式百叶窗翅片结构.采用STAR-CCM+软件对非对称式百叶窗翅片结构进行数值模拟,研究对应的4种工况下的换热器内部温度场和压力场的变化特性,并计算得出各个翅片的传热因子j和阻力因子f曲线.研究结果表明:尽管新型非对称式...     

加工缺陷对翅片管式换热器耐腐蚀性能的影响

翅片管式换热器折弯成型过程中会出现翅片包覆铜管不紧密和翅片冲裁及换热器组件胀接过程会有翅片开裂这2种缺陷。通过对缺陷和合格样品进行乙酸盐雾加速腐蚀对比试验发现,腐蚀破坏随机发生在翅片上,按腐蚀形貌分析,属于孔蚀及缝隙腐蚀,这些缺陷并非主要的腐蚀失效诱因。     

基于空间扫描思想的复杂蒸发冷却式换热器 通用模拟方法

针对现有蒸发冷却式换热器数值计算模型中存在的不足,提出了基于空间扫描思想的复杂蒸发冷却式换热器的通用模拟方法。该方法将三维复杂蒸发冷换热器按空间划分为若干个节点,每个节点视为独立的微型换热器,利用流体在节点之间的流动建立节点联系,根据稳定流动和稳态换热时节点之间的能量和质量守恒关系,构建迭代更新算法,利用扫描迭代的方法对模型进行求解。将无填料型和有填料两种闭式冷却塔的模拟结果与文献实验数据进行对比,结果表明：所建模型具有良好的精度,可用于复杂结构、复杂流动、多模态蒸发冷却式换热器的仿真。     

亲水涂层对翅片管式换热器空气侧性能的影响

为了分析亲水涂层对翅片管式换热器空气侧性能的影响,对干/湿工况下亲水涂层翅片和普通翅片管式换热器空气侧的压降和热阻进行对比试验。结果表明：相对于普通翅片管式换热器,在干工况下,亲水涂层翅片管式换热器空气侧压降略增大,空气侧热阻增大10%左右;在湿工况下,亲水涂层翅片管式换热器空气侧压降减小,空气侧热阻增大4%左右;亲水涂层翅片管式换热器空气侧热阻基本不受空气湿度的影响。     

内置高温热管C/C复合材料热防护结构热力耦合机制

采用内置高温热管的热防护结构是一种新型高效的热防护方式。建立了内置高温热管的C/C 复合材料热防护结构模型, 并通过罚函数的方法引入C/C 复合材料与高温热管间装配关系, 推导了一种顺序耦合的热力耦合有限元格式, 在此基础上对热防护结构进行了热力耦合计算分析, 最后对影响结构温度场与应力场的若干参数进行了参数影响分析。计算结果表明, 在典型飞行状态下, 采用内置高温热管的C/C 复合材料热防护结构能确保结构驻点温度在材料许用温度范围内; 同时, 采用预留装配间隙的方法可有效降低结构界面的接触应力。该方法也可进一步用于研究由接触热阻引起的热力耦合问题。      

弹塑性随机有限元在低周疲劳分析中的应用

推导了交变载荷下弹塑性随机有限元的迭代格式,计算了局部多轴应力应变的随机响应.迭代格式中,针对复杂的交变载荷,采用运动强化模型反映塑性变形引起的各向异性和包辛格效应,运用Jhansale模型描述材料的瞬态应力应变关系.弹塑性有限元分析,克服了以往近似方法只能计算单轴局部应力应变响应的缺陷,为多轴疲劳分析奠定了基础.考虑零构件的随机因素,将随机有限元方法引入到交变载荷下弹塑性有限元的迭代格式中,得到局部应力应变的随机响应,为低周疲劳可靠性分析提供了更精确的依据.Mont Carlo模拟结果证实了提出的弹塑性随机有限元方法是可靠的.     

Optimizing the Design of Space Radiators

A procedure for optimizing the configuration of a heat pipe/fin radiating element in terms of heat rejected per radiating mass has been developed. The optimization was carried out analytically by expressing the heat radiated per radiating mass in terms of a function involving a dimensionless heat transfer coefficient and the dimensionless thermal gradient at the root of the fin where it joins the heat pipe. The dimensionless Stefan–Boltzmann radiation equation was solved numerically to determine the value that maximizes the function that determines the heat transfer per radiating mass. Once this value is obtained, the optimum width and thickness of the fins as well as the heat radiated per mass can be specified in terms of the operating temperature, emissivity, diameter, and mass/length of the heat pipe, and the density and thermal conductivity of the fin material. The resulting analytical expression can then be used to determine the maximum heat radiated per radiating mass over a wide range of operating conditions, to optimize the design of a specific heat pipe/fin combination, and to conduct analyses of the influence of design and materials properties on the performance of the system. The optimization procedure was carried out for the case of uniformly tapered fins as well as for flat fins.     

Superficial Plastic Response Determination of Hard Isotropic Materials Using Ball Indentations and a FEM Optimization Technique

This article introduces a novel method for determining the superficial relation between stresses and elastoplastic strains for hard and commonly brittle isotropic materials. An experimental-computational procedure is developed based on a finite element method simulation of successive ball indentations with increasing loads onto machine elements, which are in their final geometry and heat treatment. The imprint profiles, measured by means of profilometry, are used as input data to a finite element method-supported optimization algorithm. The goal of the optimization procedure is to determine the constitutive stress strain curve, expressed as a multilinear hardening law. The proposed method yields superficial plastic properties accurately, extending forward already existing models that determine bulk-flow material data using ball indentations. The developed procedure is demonstrated with the aid of 100Cr6 through hardened bearing steel, annealed at different temperatures.     

Evaluation of thermal contact conductance using a new experimental-numerical method in fin-tube heat exchangers

In a fin-tube heat exchanger the contact between fin collar and tube surface is obtained through mechanical expansion of tubes. Since the interfaces between the tubes and fins consist partially of metal-to-metal contact and partially of air, the features of heat transfer through the contact interfaces have not been fully investigated. The present study aims at the development of a new tool including an experiment and a numerical calculation for the estimation of the thermal contact conductance between the fin collar and tube surface, and pursues the evaluation of the factors affecting the thermal contact conductance in a fin-tube heat exchanger. Heat exchangers fabricated for the current study have been put to the test for heat balance in a vacuum chamber with water as an internal fluid. And a finite difference numerical scheme has been used for the data reduction of the experimental data to evaluate the thermal contact conductance. Fin-tube heat exchangers employed in the current research are of tube diameter of 7 mm with different tube expansion ratios, fin spacings, and fin types. The results of the present study imply that these parameters as well as hydrophilic fin coating have a significant effect on the thermal contact conductance. It has been discovered that the portion of the thermal contact resistance is not negligible compared with the total thermal resistance in a fin-tube heat exchanger, and this means that in order to reduce the thermal contact resistance thoughtful care should be taken in fabricating heat exchangers.     

高温接触热阻的有限元模拟方法

基于多点接触理论建立了高温接触热阻的计算模型及其有限元格式,模型的基本尺寸取自表面粗糙度测量时的特征尺寸,该模型能有效模拟界面粗糙度、界面压力、界面温度和间隙填料热导率等参数对界面接触热阻的影响,同时也考虑了高温环境下材料热导率随温度变化的特点以及通过界面间隙的辐射换热效应。在此基础上,针对影响接触热阻的若干主要参数进行了研究。数值算例表明：该文所建立的有限元计算模型及其计算方法不仅能有效地模拟不同条件下高温接触热阻的变化规律,也为进行高温接触热阻研究提供了一种新途径。     

基于热流耦合精细算法的大体积混凝土水管冷却数值模拟

基于有限元热流耦合精细算法进行大体积混凝土施工期温度场仿真分析,真实反映水管附近的温度梯度和水管水温沿程的变化,采用基于粒子迁徙的粒群算法对Dittus-Boelter方程进行参数识别,使之适用于描述冷却水流的强制对流特性.在通用有限元软件ABAQUS 平台上,开发热流耦合用户子单元,以官地碾压混凝土重力坝某一浇筑块为例验证热流耦合算法和用户子单元的可靠性和合理性.计算结果表明:精细算法能真实反映混凝土浇筑块的温度场,同时基于精细算法得到的施工期应力略大于等效算法.     

复合材料定向管热弹动力响应特性研究

为研究复合材料定向管热弹性问题,采用求解轴对称流动Euler方程组的正格式方法对管内火箭燃气射流场进行数值模拟,得到了管内流场热力载荷。运用非线性有限元方法,建立了复合材料定向管非线性热弹性有限元模型,将定向管模态计算结果与模态试验结果作比较,验证了有限元模型的有效性,计算了复合材料定向管分别在火箭燃气动压载荷、非定常温度场和耦合状态下的动力学响应。结果表明：由非定常温度场热冲击引起的定向管内壁面热应力响应呈现脉冲形状,轴向应力对复合材料定向管定位部间管段的应力响应影响较径向应力和周向应力明显,热冲击引起的热应力在复合材料定向管的热弹性应力响应中占主导作用。     

复合材料夹芯管胶接连接结构力学特性分析

针对在航空结构中广泛应用的复合材料蜂窝夹芯圆管中的接头这一最脆弱的部分,发展了一种分析复合材料蜂窝夹芯圆管胶粘接头力学特性的解析模型.该模型根据Gibson修正公式得到了蜂窝芯子的等效弹性参数,再运用经典的复合材料壳理论和线弹性理论得到管接头的控制方程,并通过状态空间法进行求解.运用本文模型,计算了管接头在扭矩和弯矩作用下胶层内的剪应力和剥离应力;同时采用有限元法对模型进行了数值模拟,并将模拟结果与模型计算结果进行了对比,最后分析了搭接长度对胶层内应力的影响.     

瞬态热传导区间反演分析

基于区间有限元和矩阵摄动理论, 引入同伦技术, 建立了瞬态热传导不确定性区间参数反演识别的数值求解模式。利用测量信息和计算信息的区间残差构造同伦函数, 将反演识别问题转化为一个优化问题进行求解。时间域上, 引入时域精细算法进行离散, 空间上, 采用八节点等参元技术进行离散, 并结合区间有限元法, 建立了便于敏度分析的不确定性正反演数值模型。该模型不仅考虑了非均质和参数分布的影响, 而且也便于正演和反演问题的敏度分析, 可对导热系数和热边界条件等宗量的区间范围进行有效的单一和组合识别, 并给出了相关的数值算例。数值结果表明了所建数值模型的有效性和可行性, 并具有较高的计算精度。