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%。     

钢混凝土界面接触热阻试验研究

火灾条件下钢管与混凝土间界面热阻对结构温度场有很大影响。利用INSTRON 8874型高温材料试验机的高温接触热阻试验装置对钢-混凝土界面接触热阻进行了试验研究,根据各测点的温度时间历程曲线,利用多项式拟和方法外推得到钢、混凝土界面处温度值,通过热传导方程和接触热阻定义得到了界面接触热阻。试验结果表明,不同界面压力下钢管混凝土界面的接触热阻数值比较稳定,与文献结果相比有一定可靠性;无界面压力下钢管混凝土界面的接触热阻数值离散性大,随温度变化明显。     

利用边界元素法求解热传导反问题

利用边界元素法对二维方形域和多边通的环形区域热传导反问题进行了求解。考察了内点位置，温度误差对求解结果的影响。结果表明内点温度的测取精度对结果的影响是呈线性的，并且内点距所求温度边界距离愈近其解的精度愈高。     

火灾下组合构件内温度场分析的二维热阻单元

目的 开发模拟钢与混凝土之间界面热传导的二维热阻单元,研究界面热阻对火灾下组合构件内温度分布的影响.方法 把通过界面的热流当作混凝土单元和钢单元的对流边界条件,分别推导出热流边界对有限元方程的贡献,然后把这些贡献组合到一起,形成热阻单元的导热单刚.结果 推导出了二维热阻单元导热单刚的通用积分表达式,并给出了六节点和四节点两种特殊矩形热阻单元导热单刚的显式表达式,这些单元已经装配到作者开发的温度场分析软件TFIELD中.结论 数值算例表明,笔者开发的热阻单元能够模拟界面热阻对组合构件内温度分布的影响.     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.     

基于有限差分的二维Helmholtz方程外问题快速求解方法

针对二维Helmholtz方程外问题,基于有限差分法进行离散,提出一种有效的快速求解方法。通过傅里叶变换和LU分解方法,将离散方程简化为维数较小的界面方程,对界面方程给出了一种有效的预处理共轭梯度法。     

U型埋管换热器及其周围土壤非稳态传热的数值分析

针对地源热泵U型换热器埋管、周围回填材料及土壤传热过程,建立了将U型管壁的边界换热取为第三类对流换热条件的二维非稳态传热模型,并对其温度分布进行了数值模拟分析．分析结果表明：U型埋管换热器管壁内对流换热热阻和管壁导热热阻对U型埋管换热器及其周围土壤非稳态传热过程的影响较小,但相互热干扰造成进、出水管壁自身各角度的温度存在明显差异．各处土壤温度达到准稳定阶段所需要的时间随其与U型埋管的距离增加而增加．     

用边界元法求解非连续域的凝固传热问题

通过接触边界的偶联，导出了求解二维非连续域非稳态凝固传热问题的边界元法数学模型。编制了计算程序，以金属模型内的铸坏凝固传热为例进行了计算。计算结果与使用有限差分法的计算结果吻合。     

二维势问题的杂交边界点法

提出了二维势问题的杂交边界点求解方法。该方法将用于杂交边界元的修正变分原理与移动最小二 乘法结合起来,不但具有边界元法降维的优点,而且是一种真正的无网格方法,即：该方法既不需要插值网格,也不需要积分网格,它的输入数据只是求解域边界上的离散分布的点。数值算例表明：该方法的数值解与解析解吻合得非常好,并且收验速度高。域内未知量的计算不需要象在边界元法和边界点法中做的那样,再一次沿边界积分。     

地源热泵U型管地下换热器的数值模拟

通过改进现有二维传热模型建立准三维传热模型,模拟U型竖直埋管地下换热器的运行工况．模型引入换热功率函数作为边界条件,对单个线热源到区域中心距离提出新的计算方法,运用有限体积法求解．通过与实验结果比较,模型结果可以满足工程精度的要求,并且给出U型管内流体温度分布情况以及钻孔深度对U 管两支管之间的热短路的影响．     

采用非线性估算法对铸造界面传热系数的研究

以试验中测得的铸件和铸型接触界面上的不同位置的温度为前提,利用有限元分析软件ANSYS模拟了铸造凝固过程的温度场,分析了在考虑热阻和不考虑热阻的情况下,计算结果对数值模拟准确性的影响;采用Beck非线性估算法求解了铸件和铸型间的界面传热系数,发现了金属铸造界面传热系数随时间的变化规律,以及铸型厚度对界面传热系数的影响.     

用边界元素法求解气冷涡轮叶片的二维稳定温度分布

求解气冷涡轮叶片的温度分布实质上是一个求解多连通域的温度分布问题,而对这一问题的解决用解析方法是难以处理的。本文介绍了用边界元素法解决该问题时的公式及离散化过程。通过计算矩形二维稳态温度分布及无限长圆筒截面中的温度分布,并与有限差分及分析解计算结果进行了比较,最后又利用同一程序对带有两个冷却内孔的气冷涡轮叶片截面内的二维稳态温度场进行了计算。其结果表明,用边界元素法解决此类问题具有计算精度高、运算速度快、占用CPU少、及使用方便之优点。     

基于接触热阻的高速精密电主轴热特性分析

主轴系统热问题是高精度机床必须要考虑的关键问题,接触热阻的大小影响机床的传热性能,从而影响其加工精度. 利用表面接触的分形理论,计算接触面的量纲一的接触面积,针对接触微凸体的热阻由基体热阻和收缩热阻形成接触对,建立了一个考虑接触界面基体热阻和收缩热阻的表面接触热阻模型,讨论了不同的分形参数对接触热阻的影响. 以立式加工中心电主轴系统为研究对象,分析了电机的损耗发热和轴承的摩擦发热,运用有限元软件对电主轴模型在有无接触热阻2种情况下的稳态温度场和稳态热变形进行仿真分析. 讨论了有无热阻情况下电主轴温度和变形变化量,论证了接触热阻对电主轴热温度场和热变形的影响. 结果表明:电主轴考虑接触电阻时温度将升高,变形将增加.     

一种二维不可压粘性流动的求解方法

本文采用边界元法求解二维不可压粘性流动的Ω-ψ方程。通过适当的数学推导,导出了关于流函数ψ。涡量ω的边界积分方程,并把它们在区域边界上离散,求解。二维扩张管道的计算结果表明,这是一种较优越的求解二维粘性流动的方法。     

应用改进虚拟流方法计算多介质可压缩流动

原始的虚拟流(GFM)方法在处理强激波与物质界面作用时遇到了困难,计算结果不准确.本文采用改进虚拟流方法(MGFM)对多介质可压缩流体进行了数值模拟,采用二阶TVD-WAF格式结合HLLC求解器求解Euler方程得到流场参数分布,应用五阶WENO求解level set方程捕捉物质界面.在此基础上分别计算了一维和二维数值算例.结果表明,该方法在能精确捕捉到物质界面的同时可以计算较强激波情况下的流场,并且可以捕获激波、物质界面和各类间断的相互作用.     

基于超圆颗粒模型的二维离散元法计算方法

采用超圆方程建立复杂形状颗粒的二维离散元法分析模型,提出采用外接矩形进行初步的接触检测,采用牛顿下山法进行精确的接触检测、接触点求解和接触叠合量的计算,建立了基于超圆方程的颗粒二维离散元法计算方法。实例验证证明了所建立方法的正确性和有效性,为复杂形状颗粒运动的离散元法仿真分析提供了一种可行的方法。     

三维多层地基的递归分析方法

为进行层状地基的力学行为分析,基于弹性力学基本方程,考虑地基土体的层状和各向异性的特性,采用一维离散、二维解析的有限层元技术,以土体层元界面上的应力和位移为基本状态变量,建立了三维线弹性问题层元的基本递归方程．根据层元界面上状态变量的连续性条件,建立了多层线弹性体系的广义递归方程,并给出了计算方法和算例．计算方法将半解析技术同状态方程矩阵传递求解技术有机的结合起来,为同类问题的求解提供了一个简便、可行、有效的方法．     

槽式太阳能集热器传热模型及性能分析

槽式太阳能集热器一维和二维传热数学模型是一组非线性代数方程,为改进求解的稳定性和计算精度,将槽式太阳能集热器一维和二维传热模型的求解看作有约束优化问题,建立了集热器传热过程求解的有约束优化数学模型,应用MATLAB软件优化函数fmincon进行求解。分析了传热流体入口温度及太阳能辐射热流密度变化对集热器性能的影响。采用fmincon函数求解集热器传热过程,计算速度快,计算过程稳定。分析表明,传热流体温度变化对集热器效率的影响大于太阳能辐射热流密度对集热器效率的影响。     

储冰球相变传热数值计算及分析

对圆球形相变储冷器的相变传热问题进行了详细分析，采用焓法模型对常用相变介质水在球内的凝结过程进行了数值求解，得出了第一类边界条件下的相变界面位置变化与界面部移动速度变化以及相奕时间与球径和传热温差的关系等结果，可以为圆球形及其它形状的相变储的设计和分析计算提供理论依据与参考。     

基于泛函变分和变热物性的层冷传热建模

分析板材在层冷过程中的传热,建立以热辐射和冷却水对流换热方程为边界条件的偏微分热传导模型,并基于泛函变分原理进行离散求解,获得各离散时间节点上的温度。为进一步提高该温度模型计算精度,在宝钢Gleeble热模拟实验机上测定3种碳钢样本的密度、比热容和热导率等热物性参数随温度变化的函数关系,采用最小二乘法建立回归模型,线性插值后用于温度场定量计算。此外,采用层冷实测温度反算和优化水冷、空冷换热系数,以满足模型现场长期应用的稳定性要求。结果表明,改造后层冷温度设定系统的精度能较准确地反映板材在层冷过程的温度变化,温度模型计算值与实测值吻合良好。