肝肿瘤温控射频消融温度分布的有限元建模

为了提高肝肿瘤射频温控消融温度分布的预测精度,建立了具有比例积分(proportional integral,PI)反馈控制器的射频消融温度分布仿真模型,并且研究了有限元模型中不同传热方程(Pennes和Hyperbolic生物传热方程)对温度分布的影响。首先,利用单电极热消融仪对离体猪肝进行温控射频消融实验,电极针尖稳态温度设定为90℃,消融时间为600 s,并利用测温针获得各测温点的热消融数据。然后,建立具有PI控制器的肝肿瘤温控射频消融有限元模型,其中PI控制器通过反馈调节电压源来使针尖温度与实测数据保持一致,传热方程分别采用基于非傅里叶传热规律的Hyperbolic方程和基于傅里叶传热规律的Pennes方程,生物组织电导率和导热率选用温度依赖性函数。最后,通过仿真温度和实测温度进行对比验证。结果表明,相比于Hyperbolic方程,采用Pennes方程的仿真模型具有较高的精度,各测温点的仿真温度与实验结果之间的标准偏差、平均误差和最大误差的均值分别为0. 78、1. 46、2. 90℃。因此,基于PI控制器和Pennes生物传热方程的肝肿瘤温控射频消融有限元模型能够有效地预测热消融温度。     

基于Morris方法的微波消融肺组织温度场参数敏感度分析

为了获取微波消融肺组织温度场中组织特性敏感度，采用有限元方法建立微波消融肺组织计算模型，进行电磁场-温度场的耦合，基于Morris方法获取组织电导率(σ)、相对介电常数(ε)、导热率(k)、密度(ρ)、比热容(C_p)和血液灌注率(ω_b)的敏感度，建立二维有限元模型.肺组织的σ、ε、k、ρ、C_p、ω_b六个参数各设置4个水平，分别获取在50 W、300 s时的微波消融肺组织的消融面积和中心温度，并采用Morris方法，分析各参数对消融面积和消融形状的影响程度.结果表明，血液灌注率、相对介电常数、电导率是对微波消融肺组织的消融区域和消融形状影响较大的参数.     

基于SAR单针反馈的2450 MHz微波消融温度场仿真研究

比吸收率(SAR)的精确表征对于恒功率微波消融的温度场仿真至关重要.提出了2 450 MHz微波消融中SAR的单针反馈方法以及基于SAR反馈形式的温度场仿真技术.在具体实施中,首先利用离体猪肝实验获得SAR的空间分布函数,然后通过单针实测结果获得SAR随温度变化的精确表征形式,最后基于此SAR形式进行温度场仿真以验证温度预测精度.实验对比结果表明,仿真结果与实测温度具有较高的一致性,验证点的最大温度差的平均值约为2. 805℃,平均温度差的平均值约为1. 551℃,标准偏差的平均值约为1. 121℃.因此基于SAR反馈形式的温度场仿真能有效地预测微波热消融中的温度分布,从而为临床热消融手术提供可靠的科学依据.     

自然火灾中钢结构构件温度场模拟

在既有一榀框架受火实验的基础上,建立了该实验框架的精确有限元模型。通过与试验结果对比,获得了较好的温度场模拟结果。从结构抗火设计实际需要的角度出发,探究不同火灾发展因素对构件升温的影响,使用ABAQUS模拟多种参数化火灾模型下构件温度场分布。研究表明：有限元软件ABAQUS能够获得较精确的温度场分布;考虑多种随机性参数更有利于钢结构抗火工程。     

大电流母排三维涡流场-温度场耦合分析

利用有限元方法建立大电流开关柜母排的三维涡流场——温度场耦合分析模型,计算三维涡流场,得到磁感应强度和焦耳损耗的大小及分布规律;将焦耳热作为热源,通过顺序耦合方式计算出母排的温度场分布情况.实验结果验证了计算模型的准确性.在此基础上深入探讨不同工作电流对母排产生的温度场的变化规律,对设计大电流开关柜有参考价值.     

钛合金筒形件温热强旋热力耦合有限元模拟

针对BT20钛合金筒形件建立了三维热力耦合有限元模型,在有限元模拟过程中叠加了火焰加热边界条件.计算了成形过程中工件上温度场的分布情况以及旋压力的变化.所建立的有限元模型更加符合实际工况,模拟结果更加真实可靠.     

发动机活塞温度场的三维数值模拟

建立了活塞三维有限元模型,论述了活塞热分析的理论基础,通过理论计算确定某发动机活塞热边界条件,利用有限元分析软件进行温度场数值计算,得到活塞的三维温度场分布情况,为活塞的结构设计和改进提供了重要依据.     

干式电抗器三维温度场有限元分析与温升实验

提出采用三维有限元计算干式电抗器温度场的有限元模型,并给出了一台干式电抗器的稳态温度场分析实例,给出其详细的温度场分布及热点温度。对设计的一台电抗器进行温升实验,结果表明了三维有限元法的合理性。     

等离子-MIG枪体内流场、温度场的模拟分析

利用计算流体力学(CFD)和传热学的知识，对等离子MIG枪体内的流场建立了二维不可压缩粘性流体的数学模型，对温度场建立了线性热传导有限元模型，并对枪体内的流场及温度场进行了数值模拟，揭示了等离子MIG枪体内流场与温度场的分布规律.最后根据数值模拟结果比较分析了等离子MIG枪体结构参数、流体运动参数对枪体内流场及温度场的影响，即对不同参数数值重复模拟计算，从而在理论上对等离子 MIG枪的研究和设计具有一定指导作用.     

钢板轧后冷却过程温度场仿真

建立钢板的温度场模型是钢板轧后冷却过程控制与优化的基础.为此,简述了钢板轧后冷却过程模型研究的情况,基于有限元方法建立了钢板轧后冷却过程的温度场模型,并进行了仿真研究.在ANSYS软件环境下,通过对工件几何、单元类型、材料属性与边界条件等定义,对钢板轧后冷却过程瞬态温度场模型进行了仿真求解,得到了钢板的温降曲线及瞬态温度场分布,所模拟出的温度场对合理制定冷却制度和冷却工艺具有实际指导意义.     

基于方差分析的2450MHz微波消融温度场仿真模型参数研究

为了提供2 450 MHz微波消融温度场模型在不同时间和不同位置的显著性影响因素,基于电磁方程和生物传热方程建立微波有限元模型,利用方差分析技术获得密度(ρ)、比热容(c)、对流交换系数(h)、电导率(σ)、导热率(K)和相对介电常数(ε)等模型参数对于温度变化的方差贡献率(SS)和主效应.研究表明,微波天线冷却水对于中心点温度具有一定影响,方差贡献率约为0.09,但对于近场点和远场点温度的影响几乎为零.在水冷侧近场区域中,消融前期c和σ对温度场的影响显著,K几乎无影响,消融后期K和σ的影响越来越高;在无水冷侧近场区域中,电特性参数对温度的影响随时间而增加,而c的影响逐步降低,K的影响一直较小;在远场区域中,消融区温度为各模型参数共同作用的结果,各参数敏感性差异不大;根据主效应分析,仿真温度与参数σ成正相关,与c、ρ、h呈负相关,而仿真温度与k和ε的相关性随时间和位置而有所不同.因此,基于方差分析的参数研究可为仿真模型的特异性分析提供科学可靠的参考依据,尤其是在近场区域,模型参数对于不同时间的仿真温度具有特异性影响.根据水冷侧近场区域中的分析结果对参数进行反馈调节,可获得与实测数据具有良好一致性的温度场仿真结果.     

三维瞬态激光烧蚀聚合物微流道动态界面研究

相恒富，傅建中，陈子辰相恒富，傅建中，陈子辰为了预测热加工过程中的流道轮廓和烧蚀面温度场，基于CO2激光直写聚合物微流体芯片加工原理以及传热学原理和能量平衡原理，建立了三维瞬态激光烧蚀模型.通过有限元方法和伽辽金变换得到有限元矩阵方程，利用单元生死技术和高精度数值算法模拟了烧蚀过程的材料损失，并给出了三维瞬态动态烧蚀界面和温度场随时间和空间的变化关系.以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为例，给出了在不同时刻的数值算例，实验得到的流道深度与模拟结果吻合.仿真结果表明采用该方法预测流道轮廓和温度场是可行的.     

激光加工聚合物微流控芯片暂态烧蚀模型研究

为了预测激光直写加工聚合物微流控芯片三维微流道外形，提出了三维烧蚀加工的解析模型.在CO2激光加工聚合物原理基础上，根据传热学原理和烧蚀面能量守恒原理，建立了激光加工三维暂态烧蚀模型.根据在微元控制面上热传导只发生在表面法向，并且激光加工在瞬时达到准稳态，将三维暂态偏微分方程转化为一维常微分方程.基于烧蚀面上的温度始终保持为降解温度，求出关于激光功率、扫描速度和材料热物理系数的微流道外形函数解，并用聚甲基丙烯酸甲酯进行了实验验证.实验结果表明，由解析模型得到的理论值与实验数据吻合很好，该模型的理论推导是符合实际加工实践的.     

Evaluation of numerical ablation model for charring composites

Charring composites are widely used in the thermal protection system(TPS) to consume the intense aerodynamic heating during vehicle reentry. The ablation and thermal responses for the charring composites can be studied by using a numerical ablation model, in which the surface ablation and volume ablation could be taken into account. The coupling interactions among temperature, gas motion and interior pressure producing the pyrolysis gas could make the computation more complicated. A multi-physics model is developed to simulate the thermal response coupled with volume ablation and surface ablation. After studying four typical ablation cases, the model is validated, and then the heat transfer mechanisms in ablation are investigated. It is found that the viscous dissipation energy by the motion of pyrolysis gas can be neglected in the simulation. Also, the flow of pyrolysis gas plays an important role in the temperature response, especially under high heat flux condition.     

防热复合材料高温体积烧蚀模型

分析了防热复合材料在高温烧蚀过程中所发生的物理－化学变化;根据能量和质量守恒定律,建立了防热复合材料的体积烧蚀模型,并对某碳／酸醛复合材料的烧蚀过程进行了数值模拟。结果表明,材料的烧蚀不仅与温度而且与升温速率相关;升温速率越大,达到相同烧蚀温度时的烧蚀量减小,烧蚀过程中温度的渗透速度减慢,温度梯度减小。材料内部孔隙中气体的压力影响区域较温度的影响区域小,最大压力点随时间增加逐渐内移,最大压力相应增大。     

寒区碾压土多周期冻融循环热水力耦合分析

针对冻融循环条件下工程土体内部发生冰水相变、水分迁移以及温度场变化,进而导致土体变形的问题,提出了冻胀及融沉理论,并建立了基于温度场、水分场以及应力场的耦合方程.通过时域差分法建立三场耦合模型对选定碾压土路基工程实例进行计算.结果表明,计算模型能够准确计算土体温度、水分以及变形情况,并对土体变化进行预测.该模型适用于寒区工程建设中土体多场耦合状态分析,为冻融循环诱发的工程安全问题提供了参考.     

Development and validation of THM coupling model of methane-containing coal

Based on nine necessary basic assumptions for THM coupling model, this research comprehensively applied the theories of elastic mechanics, seepage mechanics and heat transfer, and established a real three-field and two-way coupled mathematical model to reveal the connections among seepage field, deformation field and temperature field within the system of methane-containing coal. In comparison between numerical and analytical solutions, the coupling modeling for THM of methane-containing coal was proved to be correct by model application in the physical simulation experiment of coal and gas outburst. The model established in this paper was the improvement of traditional seepage theory of methane-containing coal and fluid–solid coupled model theory, which can be widely used in prevention of coal and gas outburst as well as exploitation of coal bed methane.     

三维初始地应力场反演以及SPSS软件的应用

结合某水电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,分析研究了区域初始地应力的影响因素.在各影响因素单独作用下,采用FLAC^3D计算程序对建立的三维地质概化模型进行计算,在应力实测值和应力回归值之间建立多元回归模型,通过多元回归分析,求出最优回归系数,从而获得初始地应力场分布规律.为了说明计算范围对初始地应力场的影响,对工程区域分别取大小模型进行计算.数值计算结果表明,对于处于高山地区的工程,地应力回归时要选择大模型.并且使用SPSS(statistical package for the social science)软件对应力进行统计分析,可得到工程区域内的初始应力函数.     

Discrimination for ablative control mechanism in solid-propellant rocket nozzle

The ablation in solid-propellant rocket nozzle is a coupling process resulted by chemistry, heat and mass transfer. Based on the heat and mass transfer theory, the aero-thermo-dynamic, and thermo-chemical kinetics, the thermal-chemical ablation model is established. Simulations are completed on the heat flow field and chemical ablation in the nozzle with different concentrations, frequency factors and activation energy of H2. The calculation results show that the concentration and the activation energy of H...     

高压SF6断路器三维动态电弧仿真

为了研究高压SF ₆断路器在短路开断过程中电弧的变化情况,建立了三维能量源动态电弧模型和三维气流场模型.考虑到电流变化对整个气流场中压力、温度以及电弧形态的影响,将电弧模型、旋气式断路器气流场模型以及触头的机械运动通过计算机耦合并行求解,对电弧与气流场的共同作用进行分析.仿真结果表明,该电弧模型可以反映出电弧从燃烧到熄灭过程的形态变化和能量逸散过程,得出了电弧和熄弧期间喷口压力的变化规律.