基于传热反问题的绝缘栅双极型晶体管模块温度计算方法

在分析绝缘栅双极型晶体管(Insulated grid bipolar transistor,IGBT)模块内部传热机理的基础上,建立了集总参数的温度计算模型。采用边界元法对传热反问题的解空间进行离散。采用共轭梯度法求解传热反问题,得到较准确的等效热阻和等效热容值。该方法通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据和有限元方法计算的结果相比较,计算误差小于5%。     

脉动流诱导振动的双向热流固耦合强化传热机制

脉动流诱导振动换热管强化传热技术是实现过程换热设备节能降耗的一种有效途径。基于热流固双向耦合理论,研究了脉动流诱导振动换热管的边界变形运动与近壁脉动流动的双向耦合作用对流固共轭耦合传热特性的影响。结果表明:脉动流诱导振动边界变形运动与近壁脉动流动的热流固双向耦合作用能有效强化近壁壳程流体的传热,且其热流固双向耦合作用和强化传热强度随脉动流的脉动频率加快而增加。研究发现热流固双向耦合作用是通过传热驱动力温差的增大和近壁壳程流体产生的内涡流所诱发的微对流来强化壳程流体的传热,当脉动流频率为50 Hz时,可使换热管的壳程传热系数增加24.3%,强化传热效果明显。     

基于热流固耦合过程的液力缓速器叶片强度分析

针对传统液力缓速器叶片强度的流固耦合分析方法无法真实地模拟叶片载荷分布,以及未考虑流固耦合存在温度场的影响的问题,本文根据质量守恒、N-S、能量守恒以及非线性结构动力学,采用一种新式流固耦合方法以及考虑温度场作用的热流固耦合方法,分别对某型号液力缓速器叶片强度进行数值计算,并将两者结果从叶片位移和等效应力的角度进行对比分析。结果表明:在其他条件相同的情况下,考虑温度场对叶片的复合作用后,叶片位移和等效应力分别增大6%和21%,易引起叶片强度失效,存在安全隐患。     

近场口径场变换的共轭递度快速傅里叶变换算法

改进了基于等效磁流的近场－口径场变换方法,采用共轭梯度法迭代求解矩阵方程的最小二乘意义解,把系数矩阵构成循环Toeplitz块矩阵,用二维快速傅里叶变换计算迭代过程中大量的矩阵与矢量乘积,从而形成近场－口径场变换的共轭梯度快速傅里叶变换算法。通过数值模拟,并与奇异值分解法和共轭梯度法比较,说明该算法可以极大地提高计算效率,并由诊断实验验证了算法的工程实用性。     

层板冷却结构传热优化数值模拟研究

为研究层板强化换热机理，提高其内部换热效率以优化层板传热设计，在相同的两侧换热条件和冷气密流下，对孔径、通道高度和开孔率相同，但内部绕流形式不同的5种层板结构和1种双层壁结构进行了流固耦合传热计算，得到了其综合冷却效率，结果表明层板结构的综合冷却效率明显高于双层壁；冷气沿程吸热焓增带走了大部分从燃气侧进入层板的热，并且冷气与层板内表面的换热主要发生在出气板上；绕流柱的存在增加了换热面积，一定程度上增强了换热；合理设计绕流结构有利于改善层板的热均匀性。     

双热中子束流治疗孔道低浓化BNCT堆初步设计

以我国已经建成的高浓铀为燃料的BNCT堆为研究对象,将其堆芯低浓化并且添加水平热中子双束流治疗孔道,开展双热中子束流BNCT堆堆芯低浓化初步设计,计算分析该BNCT堆的keff、控制棒价值、顶铍效率、堆芯能谱、堆芯径向通量、轴向通量、辐照管通量等参数,得到双热中子束流治疗孔道低浓化BNCT堆初步设计方案.     

叶轮机失谐叶片流固耦合颤振高效分析方法

直接流固耦合算法耗时极大,因此传统的失谐叶盘结构系统颤振研究一般将气动力忽略或将其当成小扰动。为了快速、准确分析叶轮机失谐叶片的颤振特性,基于气动力降阶模型提出了一种高效的叶轮机失谐叶片流固耦合分析方法。该方法利用系统辨识技术和一些基本假设来构建叶栅非定常气动力降阶模型,并在状态空间内耦合结构运动方程,得到气动弹性模型,通过改变部分叶片的结构参数来研究失谐对系统流固耦合颤振稳定性的影响。针对STCF 4算例,该方法计算得到的响应结果和直接CFD的结果吻合良好,但计算效率却提高了近2个数量级。运用该方法研究叶排系统的刚度失谐,通过求解气动弹性矩阵的特征值快速获得了系统的稳定性特征。结果表明,刚度失谐可以明显改善系统的颤振稳定性,也会导致模态局部化。失谐方式、失谐量和流固耦合作用对失谐后系统的颤振稳定性都有明显影响。     

导弹发动机推进剂恶劣工况下温度分析

为分析高温和低温工况下初容温度超标对导弹发动机的影响,采用计算流体力学方法,对一级发动机的各部分进行了三维实体的简化及建模,综合考虑热传导、自然对流和辐射等传热方式,运用流固耦合传热一体化计算方法进行定常模拟计算,获得野外高温日照和低温恶劣环境下该装置的温度分布情况,为初容温度指标调整提供理论依据,并利用该方法对导弹弹射动力装置的模型进行了非定常数值模拟,与实验数据吻合较好,表明采用计算流体力学方法和流固耦合方法进行传热问题的计算,可为导弹发动机推进剂温度场的分析提供参考和依据.     

导弹发动机推进剂恶劣工况下温度分析

为分析高温和低温工况下初容温度超标对导弹发动机的影响,采用计算流体力学方法,对一级发动机的各部分进行了三维实体的简化及建模,综合考虑热传导、自然对流和辐射等传热方式,运用流固耦合传热一体化计算方法进行定常模拟计算,获得野外高温日照和低温恶劣环境下该装置的温度分布情况,为初容温度指标调整提供理论依据,并利用该方法对导弹弹射动力装置的模型进行了非定常数值模拟,与实验数据吻合较好,表明采用计算流体力学方法和流固耦合方法进行传热问题的计算,可为导弹发动机推进剂温度场的分析提供参考和依据。     

CSP工艺中连铸热过程的数值模拟

依据CSP连铸工艺中结晶器内钢液凝固、二冷区内铸坯与喷淋水和轧辊及空冷区内铸坯的传热特点,采用了(1)符合实际的等效比热模型;(2)实物模型实验的二冷区冷却公式;(3)能表达结晶与坯壳表面气隙传热的等效导热系数,建立了能真实反映连铸热过程中铸坯温度数字化的数学模型.通过对模型的求解,计算分析了铸坯温度坯壳厚度随连铸过程的变化规律,模型的应用对提高产品质量、优化生产工艺有一定的实际意义.     

利用高精度浸没边界-格子Boltzmann流固耦合格式模拟2维刚体自由沉降运动

自由刚体的流固耦合问题是计算流体动力学领域的热点问题,也是实际工程应用中的常见问题。为了推广最新提出的基于迭代力项的浸没边界-格子Boltzmann(immersed boundary-lattice Boltzmann, IB-LB)耦合格式使之能够计算自由刚体的流固耦合问题,首先在原控制方程中添加自由刚体的运动方程组,然后利用IB-LB耦合格式离散并数值求解该数学模型。以两小球在水箱中的自由沉降运动为例,比较了本方法与其他流固耦合算法的计算结果。最后模拟了富有挑战性的矩形平板在水箱中飘动的过程,捕捉到了与实验数据相吻合的刚体运动轨迹和流态结构,通过对比本法和现有同类算法的单步平均耗时与平板平均速度,证明了推广后算法在计算复杂流固耦合问题上有较高的计算效率和精度。     

基于LBM流固耦合算法的桥梁颤振稳定性分析

为有效分析风-桥梁的相互作用和研究桥梁的颤振稳定性问题,发展了一种显式求解流固耦合问题的LBM数值模拟方法。将传统大涡模拟的亚格子涡黏性模型—动态Smagorinsky模型（Dynamic Smagorinsky Model, DSM）引入多松弛时间格式的格子玻尔兹曼方法(Multiple Relaxation Time–Lattice Boltzmann Method,MRT-LBM)中,在MRT-LBM框架下构造了一种显式运算的大涡模拟方法—MRT-LBM-DSM作为流固耦合算法的流场求解器;将结构视为弹性支撑于流场中的刚体,其运动方程采用Runge–Kutta法求解;利用格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)的移动边界技术更新流固耦合面的位置,实现了流固耦合问题的松耦合分区求解。基于LBM流固耦合算法编制计算程序对Great Belt东桥的颤振稳定性问题进行了分析。研究表明由LBM流固耦合算法计算得到的Great Belt东桥颤振临界风速与试验和其他数值结论吻合良好,初步说明LBM流固耦合算法可以较为准确地预测颤振现象的发生。     

基于正交设计的气液混输泵增压单元优化设计

以自主研制的第三代YQH-100气液混输泵增压单元为优化对象,以混输泵相对扬程及效率为优化目标,采用正交实验设计方法设计优化方案,利用FLUENT软件对部分实验方案进行数值计算,预测混输泵的相对扬程和效率.针对数值模拟计算量大等问题,分别采用BP神经网络及GRNN网络建立目标函数与优化变量间的复杂响应关系.预测结果表明...     

基于流固耦合界面数据传递模型的水电站厂房流激振动分析

在现有大中型水电站机组普遍存在水力振动的情况下,如何建立一套完善的水力-厂房耦合振动模型,特别是适用于大型复杂工程计算的流固耦合界面数据传递模型,并以此来进行水电站厂房流激振动的预测,是厂房振动方面亟待研究的课题。 本文探讨了国内外常用的几种流固耦合数据传递插值算法的优劣,将近年来在航空、地形学、医学等领域广泛应用的C2紧支径向基函数插值方法进行了优化与改进,改善了该插值方法存在的精度和效率之间的平衡问题,并基于此建立了厂房流固耦合数据传递模型,进行了水电站厂房流激振动分析。 分析结果表明,当流体网格数远大于结构网格数时（5倍以上）,局部插值法的最大误差控制在工程应用可接受范围内,在网格量巨大的相关工程计算中可以考虑使用局部插值法以节省时间成本;改进后的C2紧支径向基函数可以进一步减小误差,提高精度,在大型复杂耦合界面数据传递中具有很大的优势;流道中压力脉动以叶片通过频率为主,水轮机叶片与导叶间静动干扰所引起的流体脉动压力对厂房整体结构振动影响较为明显。     

1000 MW超超临界燃煤锅炉高比例掺混生物质对炉内传热特性的影响

燃煤耦合生物质发电是一种能够提高生物质利用率，减少火力发电厂碳排放量的有效途径。为探究东北地区产量丰富的玉米秸秆与京西无烟煤、西山贫煤、龙凤洗中煤、神华煤、义马烟煤、丰广褐煤等六种煤种在不同的掺混比例下对炉膛传热特性的影响，本研究建立了生物质掺混燃煤对炉膛传热特性影响的数学模型，并验证了其可靠性。并以某电厂1 000 MW超超临界压力锅炉为研究对象，对锅炉的传热特性进行了分析计算，研究了六种燃煤与玉米秸秆在不同的掺混比例下对炉膛烟气量、炉膛出口烟温、水冷壁传热热流、炉内火焰黑度、水冷壁平均热负荷、炉膛火焰平均温度以及理论燃烧温度的影响。研究结果表明：京西无烟煤与玉米秸秆构成的混合燃料具有最高的理论燃烧温度。受掺混后混合燃料热值的影响，随着掺混比例的增大，六种混合燃料的烟气量、水冷壁传热热流、水冷壁平均热负荷、炉膛火焰平均温度均呈现下降趋势。所做工作对于燃煤机组高比例掺混生物质耦合燃烧发电提供了理论依据。     

反应堆矩形强化流道内超临界水流动传热特性数值研究

反应堆堆芯超临界水流动传热特性复杂,为优化其传热特性,针对反应堆堆芯矩形强化通道的超临界水传热特性进行数值研究,采用雷诺应力湍流模型,研究了25 MPa超临界压力下,单根燃料棒在无肋、带长条肋和等距短肋布置的三种矩形流道内的流动传热特征.研究结果表明:堆芯矩形通道内设置肋片可强化传热,不同肋片布置方式的传热强化效果显著不同;强化通道内角部超临界水温度比无肋流道内角部温度高,强化流道径向截面内不同位置温差小;无肋流道最窄处超临界水存在流动死区,且死区随轴向高度变化较小,带长条肋布置流道最窄处超临界水流动死区范围减小,在近肋片区域出现流动死区,等距短肋流道内无明显流动死区;三种流道中,带等距短肋布置的流道相对合理.     

铁心电抗器气隙等效导磁面积计算

以一台实际干式带气隙铁心电抗器为例,建立电抗器的三维电磁场仿真模型,给出仿真模型内的基本假设和边界条件;采用有限元分析,计算出了不同气隙下铁心电抗器的电感值和磁路中的磁感应强度矢量图,并与部分实测数据相对比,验证了仿真模型与仿真结果的正确性.然后,以铁心电抗器的电感量为主要研究对象,定量计算在不同气隙与不同铁心直径下电抗器的电感值,给出了电感值随气隙和铁心直径的变化曲线并对其拟合及定性分析.最后,结合铁心电抗器计算公式和基本假设,推算出气隙处磁通等效导磁面积扩大系数,研究气隙等效导磁面积扩大系数随气隙和铁心直径的变化关系.所得结论可以为此类电抗器的设计计算提供一定的技术支持.     

栅-网耦合净化电焊烟尘的正交试验模拟

为了探究对电焊烟尘高效、低耗、低投入的处理方法,基于正交模拟方式对栅-网耦合过滤过程进行研究,得到影响除尘效率主要因素,以确定模拟条件下的最优工况组合。以振弦栅数量、栅-网间距、入口风速和金属丝网等效过滤孔径为耦合正交变量,选择CFD软件建立物理模型并进行网格划分,利用FLUENT计算软件对栅-网耦合正交试验的相关参数进行模拟计算。研究结论表明:4种正交参数对过滤效率的影响程度为:金属丝网等效过滤孔径振弦栅数量入口风速栅-网间距;在考虑过滤压降的情况下,两块振弦栅,栅-网间距为20 mm,金属丝网等效孔径为1μm的栅-网耦合过滤系统在入口风速为3.0 m/s时对电焊烟尘的过滤效果最明显。     

炼油企业延迟焦化系统碳素流分析及碳减排研究

采用元素流分析方法, 对炼油企业延迟焦化系统的碳素流规律及影响碳排放的主要因素进行了研 究。建立了延迟焦化系统的碳素流模型, 定义了碳素流评价指标, 以调研数据为案例, 跟踪评价了预加热子工序、 延 迟焦化子工序及产品分馏子工序碳元素的流动过程, 并运用数学规划方法对燃料消耗量、 加热炉燃烧效率、 过量空 气系数及燃料碳氢质量比4个变量进行了优化分析。结果表明, 预加热子工序是延迟焦化系统中碳排放的主要工 序, 约占总碳排放量的6 3. 1 3%, 影响预加热子工序碳排放量的主要因素是燃料消耗量和燃料碳氢质量比。     

颗粒流的流固耦合分析及渗透系数标定

利用颗粒流程序PFC2D对达西渗透试验进行了模拟,分析了PFC进行流固耦合计算的原理,对与渗透系数有关的细观参数进行了分析,并与渗透系数建立了关系,由此确定了对数值模拟计算中渗透系数进行标定的方法.为利用颗粒流方法研究注浆、管涌等岩土工程中的流固耦合问题提供了依据.