基于流固耦合传热的制动盘瞬态温度场研究

针对通风盘式制动器在制动时空气与制动盘之间的流动与传热耦合问题,建立了空气与制动盘三维流固耦合模型,参照《乘用车制动器性能要求及台架试验方法》设置速度、热流密度等边界条件,利用CFD软件的流固耦合计算功能对建立的耦合模型进行瞬态传热数值计算,得到了耦合系统的温度场。数值计算所得制动盘温度值与制动器惯量实验台测得温度值之间的误差在合理范围内,证明流固耦合数值计算法可以较准确地分析通风盘式制动器制动过程中的温度场,为评价通风式制动盘的风冷性能提供依据。同时提出通风式制动盘通风肋板优化方案,经计算,优化后的制动盘在循环制动工况下最高温度降低了16℃。     

超轻多孔金属材料梯度结构换热性能研究

机载电子系统性能不断提高,功耗不断增大,体积不断减小,传统散热方式已无法满足散热需求,超轻多孔金属材料能够有效强化传热,但其流阻相比于传统翅片高出数倍.文中提出了超轻多孔金属材料梯度结构,建立了数值仿真模型,研究其换热性能和流阻特性,结果表明,梯度结构能够在强化换热的基础上,有效地降低系统流动阻力,从而得到更好的综合评...     

重载车辆用油冷盘式制动器热-机耦合研究

为了解决重载车辆盘式制动器使用寿命短、热变形较大等问题,以油冷盘式制动器为研究对象,建立油冷盘式制动器制动工况下热机耦合分析模型,最后得到制动盘厚度与冷却油流速对制动器制动盘接触表面、内部的应力场、温度场分布影响规律。研究结果表明,油冷盘式制动器在连续制动工况下最高制动温度与最大制动应力均满足材料使用要求;随着制动盘厚度增加,制动器制动温升变化量、应力值均呈现下降的趋势;随着油液流速的增加,制动器最高温度与最大应力也呈现下降趋势,且当油液流速为4 m~3/h时,制动器应力值稳定。     

带式输送机自冷式制动盘的热应力特性研究

自冷式制动盘具有肋槽结构,散热性能优良,在带式输送机中有着良好的应用效果。根据胡克定律推导出制动盘在二维条件下的稳态热力耦合表达式,并给定位移微分方程的求解方法。基于ABAQUS建立自冷盘式制动器的热力耦合有限元模型,针对制动盘的结构及载荷特点,定义3种不同方位的路径,得出不同路径下的瞬态热应力变化规律。分别在300℃、400℃和500℃的加热和水冷条件下对自冷式制动盘试样进行800次的热循环试验,通过电子探针显微镜分析金相组织。结果表明:过高的热循环温度将导致石墨化组织大量析出,诱发热裂纹。     

高速列车通风式制动盘的散热特性分析

通风式制动盘的散热特性对提高列车的制动性能至关重要,筋板结构是影响通风式制动盘散热特性的关键因素。本文考虑了紧急制动工况,采用计算流体力学分析方法(Computational fluid dynamics,CFD)分析了不同筋板结构制动盘的散热特性,筋板结构类型包括径向直筋板结构(Z型)、圆弧筋板结构(A型)、矩形筋板结构(R型)和梯形筋板结构(T型)。研究了制动盘的温度分布、平均对流换热系数和总热流量的变化情况。结果表明:A型制动盘结构散热性能较好;与Z型制动盘相比,A型制动盘的温度分布较均匀,温度降低了7.3%;平均对流换热系数较高;总热流量提高了32.3%。因此,A型制动盘筋板结构可有效地提高制动盘的散热特性。     

内置扰流柱的人字形板式换热器的数值模拟

设计了一系列具有不同尺寸扰流柱的人字形板式换热器,基于COMSOL软件研究其传热效率.应用了冷热双通道模型,并创新性的提出了在人字形纹波中间添加空心的扰流柱.通过数值模拟方法研究了冷热双通道模型中的多物理场(流体流动和温度).仿真结果表明,扰流柱可以减小通道两侧速度较小的流动区域,从而使温度传递更加均匀.此外,内置扰流柱的通道出口处的压力损失很小.为了进一步降低压力损失,可以在出口处不设置扰流柱.同时,与传统板片相比,内置扰流柱板片可将传热效率提高3％.     

致密多孔层板冷却结构研究

应用FLUENT软件对内部绕流形式不同的7种层板结构进行流动与换热的耦合计算,分析扰流柱、冲击孔、气膜孔之间的排布方式以及堵塞比等参数对层板冷却效率与相对压力损失的影响规律。研究表明,层板结构以冲击孔和气膜孔呈现长菱形分布、扰流柱呈梭子形排布的方式较好,压力损失小,综合冷却效率可以提高10%左右;在进气流量相同的情况下,不同的层板结构压力损失相差不大,压力损失主要发生在从环腔经气膜壁进入火焰筒流出的过程中;增加扰流柱的数量或者是增大扰流柱的直径都会带来堵塞比的增大,层板的相对压力损失会随之增加,综合冷却效率增大,一定程度上强化了换热。     

汽车制动盘热-结构耦合仿真及寿命预测

凭借热稳定性好、制动力平稳的特点,盘式制动器已广泛运用于各式车辆。由于盘式制动器制动时为摩擦制动,其热-结构耦合特性对制动器的结构、寿命有着重要影响。使用CATIA软件建立简化的三维结构模型,并通过ABAQUS模拟制动器的制动过程,模拟了制动盘在紧急制动过程中热-结构耦合特性的情况,确定了在制动过程中制动盘最容易发生热疲劳失效区域,并通过对制动盘表面径向及同一半径处的周向节点温度及应力的变化情况对比,深入分析了制动盘的温度及应力变化特性。利用Manson-coffin公式对制动盘在紧急制动工况下热疲劳寿命进行预测。     

水冷盘式制动器热疲劳失效有限元分析

针对海洋钻井绞车在连续下钻过程中的制动工况,建立了水冷盘式制动器三维热—机耦合分析模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS数值模拟了制动器的制动过程,获得了制动盘表面及内部温度场与应力场的分布特征,并以此为基础分析了制动盘热疲劳失效的机理。研究结果表明:连续制动工况下,制动盘的温度场与应力场相互耦合,两者具有相似的变化规律;周向热应力是形成制动盘表面初始裂纹的主要应力分量,在热应力反复作用下,该初始裂纹发展为粗大的裂纹,最终导致制动盘的断裂。分析结果与实际情况吻合较好,从而证明了该分析方法的正确性和可行性。     

带孔扰流片核废液浓缩器强化换热数值研究

为提高核废液浓缩器的换热性能,并研究带孔扰流片螺旋板式换热器在核废液浓缩中的应用。文章采用周期流模型进行数值模拟,分析了不同带孔扰流片结构参数对换热器流动阻力和换热性能的影响。结果表明：增加扰流片长度或减小间距会增强流道内的传热性能,带孔扰流片强化传热综合性能受扰流片长度变化的影响较小,扰流片间距对综合性能影响大;大孔结构会减小压降和换热系数,但综合换热性能更高。在片长60 mm、间距为100 mm、开孔直径13 mm的条件下,Re值为33 238时综合性能评价系数达最大值E=0.89,Re大于49 858时未开孔扰流片的综合性能更好。     

H形鳍片管传热性能的三维数值模拟计算

建立了H形鳍片管的三维物理模型,对鳍片管传热机理进行分析.利用大型通用有限元分析软件ANSYS的FLOTRAN模块,建立了热流耦合的有限元模型,对鳍片管的稳态传热过程进行了数值计算,得到了鳍片管内、外流体的温度场分布.在对鳍片高度和鳍片间距进行调整的基础上分析了高度和间距对换热效率的影响,提出了在此边界条件下对鳍片管优化的方案.     

风电制动器的热—结构耦合分析

针对制动器紧急制动时制动盘的旋转运动规律,根据风电制动器的实际结构和热传导的基本理论,建立了制动盘的温度场的数值模型,提出了循环迭代的计算方法,并用ANSYS有限元软件模拟了制动盘的温度场。将温度场中的热单元转化成结构单元实现热-结构的间接耦合,采用184单元刚性梁特性来带动制动盘转动,从而来模拟制动盘的减速运动,在充分考虑温度场和应力场的耦合关系的情况下,提出了分步加载的方法来计算制动盘的应力场。模拟结果表明:制动盘摩擦区域的点的等效应力分布与其温度场的分布基本一致。     

针翅管的强化传热试验研究

对针翅管进行了试验研究、试验介质涉及了气体（空气）、水－油、水－水等，并分析了针翅管的传热性能和阻力压降，得出了相应的流动换热准则关系式，结果表明针翅管结构明显影响流动换热性能。     

板翅式换热器中新型微凸翅片结构设计及性能分析

为提高翅片区域的换热效率、改善板翅式换热器的整体换热性能,提出了一种新型微凸翅片结构。基于结构参数多采样点处的热力学性能仿真结果构建近似模型,以翅片热功率最高为优化目标、压降为约束,使用序列二次规划法确定了微凸体结构参数（微凸高度、微凸夹角、微凸开口长度）的最优值;对微凸体排列间距、排列方式进行优化,确定了改进微凸翅片结构的具体参数值。通过对翅片流道内温度场、压力场分析,以及与相同尺寸的平直翅片的换热性能对比,验证了所提出的新型微凸翅片结构的有效性。     

基于长大坡道持续制动的新型制动盘研究

随着我国中西部地区高速铁路的建设,由于长大坡道线路带来的问题日益凸显。在长大坡道行驶时如果电制动出现故障,将采用纯空气制动,长大坡道造成的持续制动会导致制动盘的热负荷急剧上升。由于散热的时效较慢从而导致制动盘温度过高,同时产生较大的温度梯度,从而导致制动盘热疲劳裂纹产生。为了解决长大坡道工况下制动盘的换热效率提升和降温问题,基于兰新线的长大坡道工况,通过设计新型的铝嵌钢结构制动盘,采用有限元分析软件对铝嵌钢结构制动盘和全钢制动盘进行仿真计算,得到温度场和热应力分布。结果表明,在长大坡道采用纯空气制动时,铝嵌钢制动盘可以在实现轻量化的同时明显降低制动盘面的温度和温度梯度,缓解长大坡道制动带来的制动盘热疲劳问题。     

三维热弹耦合场作用下汽车制动鼓的性能分析

将制动中的辐射换热等效为对流换热,建立汽车鼓式双领蹄制动器三维热弹耦合模型。考虑制动摩擦力矩的影响,对多次连续制动工况下的制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场进行有限元数值模拟,获得制动鼓的内外表面的温度、热应力及热机耦合强度变化规律。     

热管模组在机载ATR密闭机箱中的应用研究

某机载电子设备（ATR）密闭机箱内集成了多个中央处理器（Central Processing Unit, CPU）热源,单个CPU热源的热功耗达到了80 W。为了解決整机在高温环境下的散热问题,文中给出了一种基于热管模组的机箱散热结构。通过对热管模组的结构设计,在实现机箱密闭结构的基础上,将每个热源的热量快速传导至机箱两侧的风道内,提高了热源与外界热沉之间的导热效率。对热管模组中的热传导结构、肋片散热器的参数设置以及风机选型进行了理论分析计算,得出了热管模组具有导热效率高、热阻低的性能特点。借助ANSYS Icepak热仿真软件,对热管模组的散热性能进行了模拟仿真,并对仿真结果与设备在高温试验环境下CPU的温度测试结果进行了对比。对比结果表明,热仿真在设计阶段能够比较真实地反映热设计效果,热管模组的散热性能满足机箱的散热需求,解决了机箱内部多热源的散热问题。文中解决ATR密闭机箱多热源散热设计的有效方法对类似机箱的热设计具有参考价值。     

动态对流换热条件下液压盘式制动器传热性能预测

液压盘式制动是目前汽车上应用最多的制动类型，制动盘的传热性能对制动可靠性有重要的影响。充分考虑动态对流换热条件，根据边界层理论推导出沿径向变化的表面换热系数，基于有限元法对盘式制动器的传热特性进行了计算，得出制动盘的三维瞬态温度场和摩擦半径内节点温度的变化规律。通过台架试验验证可知，考虑风动因素能够使边界条件更符合真实情况，该传热性能预测方法具有较高的计算精度。     

钉头管自支承式换热器的耦合传热及流场数值模拟研究

对钉头管自支承式换热器的结构进行合理简化,建立数值模型,用FLUENT软件对其温度场和流场进行数值模拟,分析比较了钉头管自支承式换热器对空气、水、润滑油3种介质的强化传热效果。结果表明钉头管自支承式换热器对粘度较小的空气介质效果更明显,其强化传热系数可达光管结构的1.7倍左右,压降为光管结构的1.04-1.08倍。     

高集成阵列天线微通道散热设计方法研究

高集成阵列天线以其高精度、大范围、多功能的特点成为当今雷达天线发展的主流。然而,电子元件的高度集成导致天线阵面高热功耗,进而恶化天线电性能,因此高效率的散热设计必不可少。微通道散热装置是一种基于流体热交换的换热器,良好的微通道布置结构对稳定天线工作温度和确保天线的控制精度有着重要作用。文中基于ANSYS软件设计了天线微通道有限元模型,根据传热效率对微通道结构参数进行了优化,设计了蛇型流道和U型回路流道2种微通道散热结构,并进一步从传热效率和工程实践出发,对结构进行优化,设计出更加合适的2种一体式散热结构。