铝车轮铸造模具水冷界面换热系数反算求解

铝车轮低压铸造过程中,模具温度场是影响铝液凝固的重要因素。水冷作为铸造模具的主要冷却方式,对模具温度场的影响机理仍不明晰,有待深入研究。本文以铝车轮铸造模具的边模水冷模块为研究对象,设计水冷降温实验并采集水冷过程中的模具温度数据。通过ProCAST及ANSYS分析冷却水流动状态,以实测温度数据为基础进行软件反求解,基于Beck非线性估算法,建立界面换热数值模型。通过对比分析两种界面换热系数求解方式,并正向求解以验证两种求解方式的准确性,以期为铝车轮低压铸造模拟验证提供数据支撑,有望获取冷却水与模具的真实换热系数,并揭示其传热行为和换热机理。

小型压水堆功率控制系统堆芯换热系数不确定性量化研究

为研究堆芯换热系数不确定性对堆芯功率控制系统的影响,以小型压水堆为例,构建堆芯状态空间模型,结合PID控制器,建立堆芯功率控制系统,利用拉丁超立方方法进行参数抽样,开展不同功率水平下堆芯反应性阶跃扰动和堆芯冷却剂进口温度阶跃扰动的仿真,最后采用区间估计Bootstrap方法进行不确定性量化分析。结果表明:40%FP下堆芯换热系数的不确定性对堆芯功率控制系统的影响比100%FP下的更显著,在PID控制器的作用下,堆芯相对功率和冷却剂平均温度的不确定度均在0.1176%以内,堆芯换热系数不确定性对堆芯功率控制系统的影响是可接受的。

基于改进集中热容法的TC17钛合金淬火表面换热系数测算

表面换热系数是TC17钛合金淬火数值分析研究的重要边界条件,其准确性影响工件淬火温度与应力场的分布精度。基于深埋热电偶动态实测的温降曲线,采用改进后的集中热容法,计算求解TC17钛合金淬火表面换热系数,并通过数值模拟验证了结果的可靠性。结果表明,TC17钛合金水浴淬火过程中会经历3个主要阶段:蒸汽膜阶段、核沸腾阶段及对流冷却阶段。表面换热系数在蒸汽膜阶段、核沸腾阶段会快速增大,随后在对流冷却阶段会逐渐减小,在第50 s达到峰值1299 W/(m^(2)·℃),此时淬火面温度为355℃。将换热系数代入数值模型中进行温度场计算验证,计算结果与实测温降曲线吻合较好,平均相对误差仅为1.4%。

板式气冷器中超临界CO_(2)侧表面换热系数研究

为了探究板式气冷器中主导超临界CO_(2)侧表面换热系数h最值出现的因素及最值点的中移对平均换热系数大小的影响,采用基于MATLAB的换热器分布参数分析方法,研究了超临界CO_(2)侧表面换热系数h沿气冷器板片上的分布规律,并针对h最值出现的主导因素、改变板片尺寸和流量使最值点移动对平均换热系数的影响进行研究。结果表明,伪临界温度对板式气冷器中h最值的出现更具有决定性;一定压力下的C_(p)最大值会随着压力的增加不断增大,但伪临界温度逐渐降低;减小板片尺寸或者增大质量流量,可以使得平均换热系数增加,对应的换热量也会增大,而且由质量流量增加所带来的换热量增加幅度在3种工况下分别为12.72%,12.79%,11.75%,同时压降也会增加;当h最大值保持在6170 W/(m^(2)·K)或5120 W/(m^(2)·K)附近时,最值点中移不会使平均换热系数增加明显,而且对应的换热量也会减小。

R1234yf在光管内流动冷凝换热特性及换热系数关联式研究

以内径为3.5 mm和5 mm的光管为研究对象,实验研究冷凝温度、质量流量、管径对节能环保型汽车空调制冷剂R1234yf的流动冷凝换热特性的影响,并选出最优管内换热系数关联式。结果显示:随着R1234yf质量流量的增加、冷凝温度的下降,管内换热系数值增加,且质量流量每升高100 kg/(m^(2)·s)、冷凝温度每降低1℃,换热系数分别改变0.623~0.938k W/(m^(2)·℃)、0.136~0.274 kW/(m^(2)·℃);3.5 mm管内换热系数比5.0 mm的高0.281~0.441 kW/(m^(2)·℃);Thome等关联式、Shah关联式和Akers等关联式预测精度高,预测平均误差均低于5%;Cavallini等关联式、Dobson等关联式和Jung关联式预测值均高于管内换热系数实际值,且预测精度受冷凝温度、管径等影响较大;虽然Wang等关联式、Huang等关联式预测值均低于管内换热系数测量,但其变化趋势与实验值相符。

熔模铸造ZL114A铝合金凝固过程界面换热系数研究

为获得ZL114A铝合金在凝固过程中温度场的分布规律,根据实际工况设计了测温实验方案,利用热电偶和热成像仪得到了金属及其型壳在凝固过程中温度场的变化曲线,并根据实际测得的温度曲线借助ProCAST模拟软件中的反算模块对铸件与型壳间的界面换热系数进行了反求,得到了更加符合实际的界面换热系数。随后对其进行验证,用该界面换热系数所模拟求得的金属液温度曲线与实测值最大温差为10℃,型壳温度曲线与实测值最大温差为15℃,该方法及结果为铝合金熔模精铸模拟界面换热系数的设置提供了参考依据。

基于L-M算法的铝合金铸造过程界面换热系数的反问题模型

铝合金铸造过程铸件-铸模之间的界面换热系数的变化非常复杂,且预测非常困难。本文基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法建立了铝合金铸造过程传热反问题模型,通过反问题分析获得铝合金铸造过程中铸件-铸模界面换热系数。通过将铸件-铸模界面换热系数反演值与标准值进行比较,验证传热反问题模型的准确性。在此基础上,分析了铸模上测点位置(与铸件-铸模界面距离、相邻测点间距)和温度测量误差对铸件-铸模界面换热系数反演值的影响规律,并给出了最优的测点布置方案和温度测量误差要求。通过铝合金铸造实验,用该反问题模型能求解出铝合金凝固过程中的铸件-铸模界面换热系数。

居住区建筑布局对建筑外表面对流换热系数及建筑用能负荷影响研究

建筑外表对流换热系数(CHTC)是影响建筑能耗模拟(BES)结果的重要参数。BES工具中既有的CHTC计算方法不适合建筑群能耗模拟,这将增大建筑能耗预测的不准确性。文章考虑了建筑布局对建筑外表面CHTC的影响,基于优化后的建筑能耗计算模型,研究寒冷地区居住区建筑布局对建筑用能负荷的影响。

电机端部绕组表面对流换热系数的研究

电机端部绕组的温升求解是电机温度场计算过程中的难点所在。针对端部绕组周围的流场域不规则,难以用热路法或有限元法精确计算其表面换热系数的难题,提出了一种基于简易风洞实验装置的对流换热系数测量方法,搭建了实验平台对不同绝缘等级、不同成型工艺的绕组线圈的表面对流换热系数进行了测量,并分析了对流换热系数在不同影响因素下的变化规律。结果表明,不同绝缘等级的绕组端部表面对流换热系数相差不大,相比于成型线圈,散开线圈端部表面的对流换热系数更大。通过实验实现了对端部绕组表面对流换热系数的准确测量,为后续电机温度场的准确计算奠定了基础。

淬火介质表面换热系数的计算方法与应用

表面换热系数是淬火过程数值模拟中的关键参数。淬火介质下的表面换热系数是大型风电主轴42CrMo4钢淬火过程模拟的重要边界条件之一,也是评定淬火介质冷却能力的主要参数。结合试验测得不同介质(水、油)的冷却曲线,通过研究对比反传热法、数值法和比拟法,测定了42CrMo4钢不同淬火介质下的表面换热系数。对比淬火模拟和相同条件下的试验,结果表明,采用反传热法获得的模拟边界条件精度高,其计算值与实测结果吻合较好。

基于改进集中热容法的Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金表面换热系数求解方法

表面换热系数作为淬火数值模拟过程的重要边界条件,其求解精度直接影响温度场、热应力场的演变规律。实验通过设计矩形淬火探头并进行单面水浴淬火,根据热电偶记录的温降数据,采用改进的集中热容法对Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金进行表面换热系数的求解。研究结果表明:表面换热系数呈现先增大后减小的趋势且水浴淬火过程存在蒸汽膜沸腾阶段、二次形核阶段以及对流换热阶段3个阶段,在第27秒时表面换热系数达到峰值2496.31 W/(m^(2)·℃),此时淬火面温度为211℃。用此方法计算得到的随温度变化的换热系数以列表的形式代入Abaqus有限元模型的相互作用模块,同一深度处仿真温度与实测温度最大相对误差为15%,平均相对误差仅为6%;采用K-S双样本分布检验对仿真与实验的温度曲线进行分布检验,在合适的显著性水平下4个样本的统计量均不在拒绝域内,验证了改进的集中热容法用来求解水浴淬火过程中表面换热系数的正确性。

基于营造及评价非均匀热环境目标的人体对流换热系数研究

为了精确评价非均匀热环境下人体热舒适性以营造低碳健康建筑环境,需要了解各方向气流下人体局部对流换热系数。本文基于实测实验及CFD模拟,对水平及竖直方向气流对人体局部对流换热系数的影响进行了研究,得到了人体各部位对流换热系数的计算模型,分析了各方向气流对人体对流换热系数的影响机制。结果显示:水平气流工况下的人体整体对流换热系数大于竖直气流工况;位于肢体末端的手部、小臂、脚部的对流换热系数较大;处于人体中心部位的腰腹部和背部的对流换热系数较小,且受不同方向气流影响较小。

镍基高温合金端淬表面综合换热系数计算方法的比较

端淬实验是研究材料冷却速率与组织性能之间关系的高通量方法,而工件表面综合换热系数则是端淬数值模拟研究的必要边界条件。采用经验公式法、传热反问题法及流-固耦合分析法,计算了CSU-A1型镍基高温合金工件在空气端淬实验中的各表面综合换热系数;结合工件实验温度测点的冷却曲线及平均冷却速率对三种方法进行了比较。结果表明:实验温度范围内工件底端、侧部以及顶端的综合换热系数分别在323~555、16~30、58~184W/(m~2·K)之间。三种方法中,经验公式法获得的冷却曲线误差较大;传热反问题法的冷却曲线误差最小,但对实验数据及其他边界条件的依赖性强;流-固耦合分析法获得的平均冷却速率准确度最高,且不需要通过实验即可获取工件任意位置的换热系数,是研究气体端淬过程表面综合换热系数的有效方法。

铜钢双金属熔铸过程水冷换热系数的反求及应用

铸件凝固过程的边界换热系数是一个重要的边界条件参数,也是决定温度场模拟精度的关键因素。为了获得铜钢双金属样件的水冷换热系数,本文根据反传热法,通过实测水冷过程的温度曲线,利用ProCAST软件反求水冷换热系数。结果表明,随着样件温度的降低,水冷换热系数先增加后减小,在350℃达到峰值4980 W/(m^(2)·℃)。对比模拟和相同条件下的实验,反求的换热系数模拟精度高,准确预测出缺陷的位置。分析温度场后对工艺进行改进,使用改进的工艺成功消除产品的缺陷。

淬火换热系数的计算及实验验证

换热系数的精确计算对提高淬火过程数值模拟精度具有十分重要的意义。为此,本文编写了换热系数计算程序,以42CrMo钢为例,对该程序进行了校核,并据此研究了测温位置对换热系数计算结果的影响,分别计算了空冷及水冷过程的换热系数并通过测量不同直径试样的冷却曲线进行了验证。结果表明:测点位置越接近表面,换热系数计算值精度越高;对于空冷过程,当温度高于487 K时,辐射换热大于对流换热,当温度低于487 K时以对流换热为主;水冷的换热系数与工件表面温度有关,在表面温度为473 K左右时数值达到最大;在本研究的直径范围内(30~280 mm),根据某一直径试样计算得到的换热系数适用于其他直径的工件。

基于反热传导法的镁合金半连铸一冷区换热系数研究

文中设计了模铸实验并采用喷水冷却方式来模拟AZ31镁合金半连铸一冷区传热过程,得到了用于反求界面换热系数的温度变化曲线。采用反热传导法求解了不同冷却水量下熔体-模具间的界面换热系数,并分析了冷却水量对界面换热系数的影响。结果表明,随着冷却水量的增加,界面换热系数峰值与冷却水量呈正相关,冷却水量由20 L/min提高到60 L/min时,换热系数峰值从1425.8 W/(m^(2)·K)增加到2727.5 W/(m^(2)·K),且高冷却水量的换热系数峰值出现在低的温度;随着冷却水量的增加,从铸坯边部到中心的凝固组织均匀性明显提高。

关于蒸发换热系数he的证明

从湿空气状态方程出发，依据Ｌｅｗｉｓ关系证明了蒸发换热系数和对流换热系数的一般关系，推导了湿表面上水分蒸发换热系数ｈｅ的一般式，对其影响因素进行系统分析。

循环流化床颗粒团更新模型与局部换热系数

从循环流化床换热机理的研究出发，提出了一种能够综合描述换热特性并求解床壁间局部换热系数的模型．基于简化的颗粒团更新概念，沿床高分段求出各个位置颗粒团的平均滞留时间，对应于各处局部换热系数．

焦炭局部换热系数与导热反问题的研究

在固定床干熄炉传热模拟装置中,利用导热反问题原理得到了焦炭床层的局部换热系数。结果表明,局部换热系数和平均换热系数的变化规律相似,增加冷却气体流量有利于提高换热系数,换热系数随焦炭粒度小而增加。

巷道围岩不稳定换热系数变化规律分析

选取了影响围岩不稳定换热系数的主要因素,借助MATLAB分析软件,分析巷道几何尺寸、围岩导热系数、巷道表面对流换热系数及湿润程度、通风时间对围岩不稳定换热系数的影响规律.结果表明:通风时间对围岩不稳定换热系数的影响最为明显,其它各因素的影响均较小.不稳定换热系数随巷道断面积增加而减小,随着巷道湿润程度、对流放热系数的增加而增加,随岩体导热系数增加而增加,但变化量均很小.