活塞-缸套瞬态耦合传热的有限元仿真

采用耦合传热方法解决在传热数值仿真中对单个零件单独确定边界条件的困难．基于耦合传热理论和有限元方法，将零件间的外边界条件转变为零件的内边界条件，直接对零件进行耦合仿真计算．传热初始条件和边界条件分别由工作过程模拟程序和经验公式计算得到．以柴油机活塞-缸套为对象，采用耦合传热方法对其整体温度分布以及温度随循环时间的变化规律进行了仿真计算，并与实测数据进行了比较．结果表明，采用耦合传热方法模拟活塞-缸套间的传热可以大大简化边界条件，同时使传热过程的模拟更加符合实际工作状态．     

新型凸轮发动机活塞强度分析及结构改进

新型凸轮发动机活塞工作环境恶劣,需承受很高的热负荷和机械负荷.为了分析新型凸轮发动机活塞的强度,对大功率条件下活塞的热状态和受力进行分析,确定了活塞的传热边界条件和机械边界条件,应用有限元分析软件对活塞进行了热-机械耦合仿真,并依据仿真结果提出了活塞结构加隔热螺钉的改进方案.对比改进前后两种活塞热-机械耦合分析结果表明:新型活塞热量集中在顶面,其余部分温度降低明显;活塞的轴向变形、径向变形、最大应力均有所降低,能够承受大功率条件下的载荷作用.所建立的模型可为分析凸轮发动机活塞在热车试验中出现的问题提供理论依据,同时可以为新型凸轮发动机的研制提供参考.     

增压柴油机整机耦合传热研究

传热研究对改善内燃机的工作过程、燃烧和排放有着重要的意义.采用试验测试与数值仿真相结合的方法,以一款非道路高压共轨柴油机作为研究对象,并基于试验测试结果建立了其整机耦合传热模型,分析了缸内各个关键零部件之间的热传递情况和温度场分布规律.研究结果表明:系统地考虑柴油机中各个零部件之间的传热问题,相比于传统的单个零部件传热研究,可以更加准确地确定边界条件,使得仿真计算结果更加接近实际;柴油机的缸盖鼻梁处温度较高,最高温度出现在第四缸鼻梁处;活塞的温度梯度较大,温差达到100℃左右,最高温度出现在活塞喉口靠近排气门一侧;第一道气环在环组中起到主要导热作用,三道活塞环温度由内侧向外侧呈递减趋势;缸套内壁面温度分布不均匀,轴向方向由上至下温度递减.     

柴油机缸套耦合传热有限元分析

综合考虑燃烧室燃气侧及冷却水套侧共同传热的影响,在额定工况下对四缸增压柴油机缸套的传热过程进行模拟计算.通过对发动机缸内工作过程进行三维仿真分析,对冷却水套进行CFD模拟计算,得出燃气侧和水套侧温度和传热系数边界条件,并完成缸套的温度耦合有限元传热分析.研究结果表明:缸套上部出现温度峰值,最大值为472 K,与实验值有较好的吻合.     

基于有限元法的直埋式气体绝缘输电线路温升数值计算与分析

为研究直埋式气体绝缘输电线路(GIL)的温升特性,建立了基于多场耦合的三维有限元模型.采用了伽辽金法对模型进行有限元离散,计算了直埋式GIL的导体焦耳热损耗和外壳涡流损耗,并用1段电阻率可变的导体模拟触头部位的接触电阻.通过单元映射的方式,将直埋式GIL的各部分损耗作为体积热源耦合到流体场-温度场进行计算.考虑了SF6气体的温度变化特性,针对土壤的实际传热导热过程,对土壤层6个边界分别施加了恒温边界条件、对流换热边界条件和热流密度边界条件.通过该模型分析了负荷电流与直埋式GIL温度场分布的关系,研究了4种不同土壤对直埋式GIL温升的影响,分析了不同埋深情况下的直埋式GIL温度分布情况,模拟了触头接触劣化过程中直埋式GIL导体与外壳温升变化过程,研究结果为直埋式GIL温升的在线监测或带电检测提供了理论依据.     

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.     

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。     

发动机缸体冷却液流动传热的三维CFD模拟

针对发动机冷却系统优化设计中存在冷却液的三维流动与传热的问题，为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量分配和热量利用，以4缸发动机为研究对象，利用计算流体动力学 (CFD)软件STAR-CD，对发动机缸体冷却水套内冷却液的流动和传热进行三维数值模拟.通过CAD建模、计算网格划分和给定边界条件，进行数值计算，给出了发动机冷却水套内冷却水的流场、压力场及表面传热系数分布，为进行发动机冷却水套内冷却液的流动和传热分析以及冷却水套的优化设计提供了理论依据.     

埋管流化床内传热行为的微观尺度模拟研究

为了模拟埋管流化床内的流动和传热行为,将有限元方法(FEM)、基于非结构化网格的计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)结合,建立了CFD-DEM-FEM耦合方法,并在此基础上采用k-ε湍流模型及考虑颗粒间和气固间作用的多向耦合传热模型.通过计算结果从微观尺度探讨了埋管流化床内的传热机制,分析影响床内传热的关键因素,得到换热管壁周围固含率和传热系数的分布规律,考察了流化气速对埋管周围传热系数的影响.数值模拟结果与实验结果基本一致,证实了CFD-DEM-FEM耦合方法模拟复杂气固流动和传热的可行性和准确性,为进一步了解流化床内热传递行为的机理、准确预测各种流化床内的传热以及开展流化床内多尺度流动-传热-反应流的模拟奠定基础.     

有限元法及边界元法在内燃机热负荷研究中的应用

本文将采用有限元法与边界元法对内燃机受热零件的热负荷进行计算,并用实测温度校核,结果表明这两种方法在适当选择换热边界条件时,均具有较高的精度。文中还对这两种方法在传热问题中应用的优缺点进行了比较。     

考虑日照的碾压混凝土重力坝施工期温度仿真

目前在仿真计算施工过程中的温度场时,气温边界条件均没有考虑日照影响引起的混凝土表面温度升高.采用瞬态有限元方法严格模拟碾压混凝土实际碾压浇筑过程,就施工期考虑日照影响与不考虑日照影响两种情况进行温度仿真计算,并且将仿真计算结果与实测温度值进行了比较.结果表明,考虑日照后的仿真温度场接近实测的温度场,并且得出了施工期日照对混凝土温度场影响很大的结论,如不考虑日照影响,计算得到的温度场将低于实际大坝的温度场.     

基于流固耦合的火炮身管层间冷却分析

层间冷却是火炮身管冷却的一种有效方式,分析连发时这种冷却身管的冷却特点.以某速射火炮身管为研究对象,采用ANSYS的FLOTRAN模块,应用流固耦合的方法进行温度分析.通过与空气冷却对比,层间冷却能大幅度减少冷却时间,从而减少射击规范中冷却间隔时间;冷却过程中身管截面内出现了同一半径不同温度的分布现象;冷却液流速超过一定值后,提高流速对身管的冷却差别不大.这种数值仿真方法把流固边界条件处理为内边界条件,能够较好地模拟身管冷却的过程,为层间冷却身管的设计提供了一种数值计算方法.     

模型中延迟时间的影响

为求解同时考虑时空耦合因素和松弛时间因素的高响应速度传热Green and Lindasy(GL)方程，设计了一个半无限长杆的一维GL导热问题,运用Laplace变换获得其解析解.通过比较无限长杆上短时间内的温度、应变、应力分布的解析解与数值仿真结果，得出不考虑松弛时间的温度分布的最大偏差不超过10 K，应变和应力分布的最大偏差为5 %.依据此结论，在应用GL模型研究高温燃气加热铝质活塞的低周热疲劳问题时，可以忽略松弛时间对仿真结果的影响以简化计算,从而解决了求解极小松弛时间(10-13~10-11 s)的多维GL方程的困难.     

金属蜂窝夹芯板辐射导热耦合问题

针对金属蜂窝夹芯板,研究了其在气动加热条件下的非稳态传热行为.基于高温传热学原理,通过传热机制分析,建立了蜂窝夹芯板的导热-辐射一维瞬态耦合传热数学物理模型.在此基础上,采用控制容积法,结合蒙特卡罗法,发展形成了求解该类辐射导热耦合传热问题的数值方法,并给出了蜂窝夹芯板当量热导率和典型边界条件下金属蜂窝夹芯板瞬态温度场、非加热面热响应的计算方法,进行了典型算例计算和实验验证.结果表明,所建立的数值计算模型在预报蜂窝结构热响应方面是有效的,而且较之Swann-Pittman半经验关系式,提高了计算精度.     

具时间依赖边界条件的热传导方程的 近似解法研究

研究了求解具时间依赖边界条件的热传导方程的近似解。首先,对温度边界条件为时间的幂函数的情况,采用标准的多项式温度近似函数,结合热平衡积分法及改进的热平衡积分法,求得时间的次数和温度近似函数的指数之间的关系,从而确定温度近似解函数;然后,对复杂的时间依赖的边界条件,应用线性微分方程叠加原理,构建近似解表达式。实验结果表明,这种方法既简便又具有良好的计算精度,能较好地模拟传热过程。     

预应力混凝土箱梁桥的温度场和应力场

为较严密地计算预应力混凝土箱梁桥实时温度应力场，提出了计算温差应力场的新方法.基于箱梁表面热交换平衡理论，综合考虑环境条件、物理材料特征、几何性质以及桥梁走向对温度应力场的影响，采用热瞬态分析和热 结构耦合求解技术，实现任意时刻箱梁结构温度应力场的仿真.以杭州湾跨海大桥为例，进行了预应力箱梁温度和应力场的数值仿真，并与按公路桥规中的温度模式所计算的结果作了比较.结果表明，该方法能客观模拟实际边界，具有较高的计算精度，能合理解释常见温度裂缝的成因.     

航空整体结构件铣削加工变形预测研究

为了揭示航空框类整体结构零件铣削加工的变形行为，提出了一种基于接力计算模型的航空整体框结构零件铣削加工全过程物理仿真方法，阐述了接力计算的基本原理，设计了接力计算系统的完整框架.基于以上接力计算系统，通过将零件加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息，采用有限元模型对整体框结构零件进行了铣削加工全过程数值模拟.模拟综合考虑了材料毛坯内初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.通过铣削加工实验验证了建立的有限元模型的正确性.研究结果表明，基于接力计算的数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法，可正确预测零件加工变形.     

意外火灾下钢制氢气瓶的热响应数值模拟

采用分区耦合数值算法,以火灾环境下气瓶传热过程为研究对象,依据气瓶外表面温度和热流密度连续性耦合边界条件,计算得到了在火灾环境下氢气瓶的温度场、热流密度分布,以及内部介质的温度场和压力场。模拟结果表明:热流密度和温度场显不均匀分布,气瓶的中底部热流密度、温度最高,可能是气瓶薄弱环节。气瓶的热响应是研究气瓶力学响应和其失效机制的前提,对气瓶的安全设计和灭火救援具有一定的参考价值。     

混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法

假定混凝土是由砂浆和骨料组成的两相非均质材料,采用块体单元法模拟骨料,有限单元法模拟砂浆,基于虚功原理,建立了混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法.假定混凝土骨料为刚体,砂浆为理想弹塑性材料,采用FORTRAN语言,编制了块体元-有限元耦合分析程序.运用该耦合分析程序,对耦合面刚度敏感性进行分析,得到了合适的耦合面刚度取值量级,在此基础上,采用Drucker-Prager准则,仅考虑砂浆单元的屈服,分别研究了二维和三维混凝土试件在荷载作用下的屈服、破坏过程,计算结果符合一般规律,验证了所提方法的有效性和正确性.块体元-有限元耦合分析方法兼具块体元法和有限元法的优点,前处理简单,单元数目少,计算量小,并且充分考虑了砂浆和骨料的材料力学特性差异,可以进行含有多面体骨料的三维混凝土模型的数值模拟,较精确方便地计算混凝土在荷载作用下的应力、应变,模拟混凝土的屈服、破坏过程.     

液态金属镓自然对流换热数值模拟

为更好地得到液态金属的流动和传热特性,模拟了液态金属流体镓(Ga)自然对流流动和传热过程.采用单流体模型研究液态金属流体Ga的流动特性和传热机理,考虑边界条件对自然对流的影响,选用合适的边界条件进行了模拟.结果表明,该工况下的传热以导热为主,速度矢量是顺时针旋转分布,并与实验数据较好吻合.Gr数对液态金属Ga自然对流影...