LNG低温波纹软管预冷瞬态传热分析

LNG(液化天然气)低温波纹软管预冷机理复杂,预冷效果受多种因素影响。为了准确求解软管预冷过程中管内介质及保冷层的瞬态温度,建立了LNG低温波纹软管预冷二维瞬态传热模型,基于显式有限差分法并运用Fluent软件对模型进行求解,分析软管内壁沿轴向以及保冷层沿径向的温度随保冷时间的变化规律;并进一步研究了保冷层厚度、氮气通入速度、管道半径对预冷效果的影响。结果表明:预冷工况下,当预冷时间一定时,软管内壁温度随轴向距离增加而升高;对于软管同一径向位置,保冷层温度随预冷时间的增加而降低,且径向距离越小,温降趋势越大;保冷层厚度及氮气通入速度对软管预冷效果的影响显著,当保冷层厚度小于28 mm时,增加保冷层厚度可以有效改善软管预冷效果;当氮气通入速度小于0.2 m/s时,可能会导致在规定时间内无法达到预冷要求;软管半径对预冷效果的影响没有保冷层厚度及氮气通入速度明显。本研究成果为改善LNG低温波纹软管的预冷效果提供了参考。

流固耦合在涡轮叶片瞬态传热仿真中的应用

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进。

反应堆压力容器安注过程瞬态传热特性研究

按1:10的比例建立了反应堆压力容器直接安注的试验模型,进行了流动可视化、常温常压下的传热与高温高压下的传热试验,并在试验研究的基础上,利用FLUENT5.4商用软件进行了数值模拟研究。通过研究获得了反应堆压力容器直接安注时的瞬态传热系数、流体的混合函数及瞬态温度的变化规律,为反应堆压力容器在安注时的承压热冲击分析提供了重要的依据。

金属结构航天器陨落过程三维瞬态传热有限元算法研究

构建金属桁架结构航天器陨落再入气动热环境有限元传热模型,是准确预测在轨服役期满大型航天器陨落再入解体过程温度分布的关键。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散,依据泛函理论,将传热控制方程离散为代数方程组;利用有限单元法总体合成得到具有对称正定、高度稀疏和非0元素分布的规则性刚度矩阵,发展一维变带宽压缩存贮技术,有效解决大型稀疏矩阵的数据存贮问题;为有效抑制求解过程出现的温度在时间和空间上的振荡问题,发展集中热容矩阵系数处理方法,将热容矩阵的同行或同列元素相加代替对角线元素,使非对角线元素化为0,构造求解三维瞬态温度场的两点向后差分格式、Crank-Nicolson格式和Galerkin格式。通过对正方体瞬态传热计算验证分析,在相同条件下,采用以上三种格式均可获得一致稳定的温度解,并得到与现有ANSYS有限元软件较为吻合的计算结果,验证了所建立三维瞬态传热有限元计算模型的准确可靠性。在此基础上,对铝合金低轨航天器薄壳结构进行了传热计算,给出了类天宫飞行器两舱体陨落飞行107.5 km～90 km不同高度的瞬态温度分布,为这类寿命末期航天器陨落再入解体预报提供理论支撑与可计算模型。

共轭梯度法求解瞬态传热组合边界条件多宗量反问题

提出求解瞬态热传导边界条件反问题的一般数值模式,并导出了相关的敏度计算公式.应用共轭梯度技术进行求解,在单一和组合识别中,探讨了测点数目、数据噪音和初值对反演结果的影响.数值验证给出了令人满意的结果.

HT-7U装置纵场线圈的稳态及瞬态传热分析

文章分析了 TH- 7U托卡马克核聚变装置在正常和非正常运行情况下产生的各种热负荷在纵场磁体上的热行为 ,给出了纵场线圈盒最严重部位上的温度分布云图 ,计算过程考虑了核热沉积、各种热传导、热辐射、涡流损耗热和迫流式超临界氦进行对流换热等过程。针对等离子体快速破裂时 ,在极短的时间内 ,其纵场磁体中产生的较大涡流损耗而引起的焦耳热对纵场线圈盒与超导磁体之间的热传递过程加以研究。该文采用国际上较为流行的有限元分析软件 COSMOS/ M进行计算 ,由于简化了纵场线圈有限元分析模型及真实情况下部分热流量的不确定性 ,所得结果较为乐观 ,但这些结果对 HT- 7U装置的工程设计仍具有重要意义。

内燃机燃烧室零件循环瞬态传热模拟

采用数值分析技术,并基于三维和耦合的观念,通过润滑油膜为一维热阻的假设,建立了内燃机燃烧室内移动活塞组—润滑油膜—气缸套之间的传热联系。建立了零件系统三维耦合过渡工况和循环瞬态传热的有限元离散理论,并开发了计算零件系统过渡工况不稳定传热和循环瞬态传热的有限元分析软件。在过渡工况求解所建立的稳定工况温度场的基础上,分析了CUB100内燃机燃烧室零件系统的循环瞬态传热过程。

Z箍缩驱动混合堆包层瞬态传热特性

Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)以较长周期(10s)脉冲式运行,为实现3000 MW的热功率输出,单个脉冲需要产生的能量较大,包层和第一壁在强热冲击下的瞬态传热和温度特性是决定Z-FFR技术可行性的关键问题之一。通过理论计算,分析了在连续脉冲作用下包层和第一壁温度随时间的变化规律。同时以输出恒定的电功率为目标,提出了展平系统输出功率的简便方法,并分析了出口冷却剂温度的波动特性。结果表明材料最高温度均在安全限值内,第一壁表面瞬时高温层厚度约为0.5mm,系统输出功率波动幅度在-2.84%^+2.05%范围内。

深层页岩气水平井钻进中井筒-地层瞬态传热模型

目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域--钻柱内流体、钻柱壁、环空流体及近井壁地层在径向与轴向传热机理,建立了井筒-地层瞬态传热模型,应用全隐式有限差分法对数学模型求解,分析了各敏感因素对井筒温度的影响。研究表明:页岩气水平井流体循环初期环空流体温度高于原始地层温度;增加循环时间、流体比热容与密度、降低入口温度可以降低井底温度;排量过高引起摩阻生热,使得井筒温度非降反升;通过地面降温装置降低入口温度能抵消水平段延伸产生的热量,增加水平段钻进距离;结合Y101H26-1井数据,当入口温度为35、65℃,对应钻进井深分别为5650、5250 m时,不超过旋转导向工具服役环境温度,计算误差在3%以内。该研究成果可避免井筒降温技术应用的盲目性和低效性。

超临界直流锅炉汽水分离器瞬态传热的研究

阐述了在高压汽水试验回路上进行的６００ＭＷ超临界直流锅炉汽水分离器模型，在锅炉实际启动过程中介质对筒壁瞬态传热试验研究，试验参数范围为Ｐ＝３～１１ＭＰａ，质量流量Ｍ＝０．２～０．３５ｋｇ／ｓ，干度ｘ＝０．２～０．８．在此参数范围内通过试验研究，由导热反问题方法根据试验数据拟合出动态过程中介质对分离器模型内壁的放热系数关联式，并按模化理论推广到实际设备，为计算动态过程中汽水分离器热应力和优化启动程序提供了重要依据。

挤出塑料管定型冷却系统的瞬态传热分析

定型冷却在挤出塑料管的生产过程中至关重要,决定着塑料管生产线的长度和产品的质量.文中根据生产过程中塑料管外壁的温度数据,结合牛顿冷却定律和"夹逼法",采用ANSYS有限元分析软件的瞬态热分析单元模拟了某挤出塑料管的定型冷却过程,得到了塑料管冷却工段3个喷淋冷却水槽的对流传热系数,以及塑料管在冷却过程的温度场变化图.在此基础上,对整个冷却系统进行了节能分析.结果表明:从单个冷却水槽能耗利用率的角度来讲,目前采用的操作条件所得到的对流传热系数已较为合理;但从整体的角度来讲,第3个冷却水槽在整个冷却过程中所起的作用太小,冷能浪费严重.

导热反问题方法在计算瞬态传热过程中的应用

利用Ｂｅｃｋ所提出的非线性估算方法，本文建立了一维瞬态导热过程中由固体内部一个或多个温度测点的测量值计算边界表面上未知的温度与热流密度的数学模型，编写了通用计算程序ＩＨＣＰＰ．为了验证程序ＩＨＣＰＰ的可靠性，假设在模拟压水反应堆燃料棒的电加热棒表面上施加周期性的热流密度变化，结果表明计算所得的热流密度与假设的热流密度比较一致．程序ＩＨＣＰＰ根据布置在汽水分离器筒壁内不同深度的５个热电偶在瞬态传热试验中的温度测量值计算得到了汽水两相混合物对汽水分离器内壁放热系数的关联式．

镁合金熔炉坩埚瞬态传热与热应力分析

针对镁合金熔炉坩埚使用寿命较短,坩埚各接合处易变形开裂而失效,采用有限元分析方法,对镁合金熔炉坩埚升温过程进行了瞬态传热模拟分析,得到了其升温过程曲线和温度场分布云图,并与实验采集的数据进行对比;在此基础上进行热—结构耦合分析,计算得出了升温结束时坩埚各接合处的热应力分布情况。分析结果显示:坩埚瞬态传热分析结果与实验数据吻合良好,说明瞬态传热分析真实可靠;坩埚各接合处热应力波动较大且局部有应力集中现象。

内燃机燃烧室零件表面薄层瞬态传热研究

本文以发动机燃烧室表面的实测瞬态热流为边界条件 ,应用Laplace积分变换理论 ,探索出一种确定燃烧室表面薄层瞬态温度和热流分布的数学方法 ,并结合实际机型 ,进行了分析计算。

基于解析法的矿用电机车盘式制动器瞬态传热特性研究

为提升制动器瞬态温度场的计算效率和精度,采用二维瞬态传热微分方程表达动态对流换热条件下的制动器传热特性,根据制动盘结构(端面和通风槽)以及空气流动状态(层流和湍流)建立散热边界条件,相比于传统的经验法更接近真实条件。基于PDE方法求解制动器的二维传热数学模型,得出不同制动压力和运行速度下的制动器瞬态温度场特性。台架试验结果表明,该研究方案具有较高的计算精度。

RHCM模具的三维瞬态传热建模与分析

研究RHCM模具的三维有限元瞬态传热建模,分析进入稳态工作状态的模具和熔体之间的耦合传热过程,提出了模具和熔体接触热阻计算模型。案例对比分析发现:三维模型可克服目前简化二维模型存在的加热时间预测偏短,精密模具型腔边缘与模具中心温差误差大的问题;接触热阻导致热传导效率大大降低,冷却时间增长,可通过减小热阻来解决;减少加热时间可避免冷却阶段初期型腔壁面温度继续上升。

微型换热器瞬态传热分析

以用于芯片冷却的微型换热器为研究对象,建立三维仿真模型,分析其在热负荷按指数型和周期型变化情况下的瞬态传热。根据获得的换热器温度场、温度梯度和热应力分布,比较了纯铜和氮化硅复合物两种材质对换热器的散热性能,结果表明:铜优良的导热性能使得铜换热器在稳态工况下散热性能优于复合材质换热器,但瞬态分析显示,氮氧化硅复合物在结构强度方面的优势利于换热器长期稳定工作在波动幅度较大的负荷下,很具有吸引力。本文工作对于微型换热器进一步研发具有参考价值。

基于WORKBENCH瞬态传热分析的熔模铸造工艺设计与实践

应用ANSYS的集成平台WORKBENCH瞬态传热模块分析了熔模铸造中铸件的凝固过程中,预测缩孔缩松缺陷产生。采取措施严格控制熔模铸造生产环节,得到了合格产品,实现了基于WORKBENCH瞬态传热分析的熔模铸造工艺设计。

能源地铁车站板式热交换构件瞬态传热问题的理论解

能源地铁车站技术是一种利用地球地温能的新型建筑节能技术,对其传热计算方法进行的研究是推动该项技术前进的重点与难点。根据能源地铁车站板式热交换构件实际瞬态传热的特点,对该传热问题的理论解进行了研究与探讨。首先根据有足够埋深、有足够的换热面积两个作为热交换构件的前提条件,探讨了地铁车站中可用作热交换构件的地下结构构件,并根据其外形特点将其分为板式热交换构件和桩柱式热交换构件两大类;其次通过分析板式热交换构件实际瞬态传热特点,利用傅立叶变换对其热流边界条件进行变换,推导出能源地铁车站板式热交换构件实际瞬态传热问题的理论解;最后,分别用理论解和数值解对某具体工况进行了计算,理论解和数值解得到的两条曲线基本重合,可见,该理论解推导正确。

基于瞬态传热数学模型的板坯连铸二冷优化

裂纹是板坯连铸生产过程中常见的缺陷,制定合理的二冷工艺是减少铸坯裂纹的重要措施。以JBS275-B钢为对象,研究了板坯连铸二冷的工艺优化。基于凝固传热学基本理论,建立了二维板坯瞬态传热数学模型;根据高温塑性实验曲线,结合二冷区冶金原则,确定二冷区各段终点的表面目标温度;根据制定的铸坯表面目标温度,优化了二冷工艺,最终达到消除铸坯裂纹的目的。