Simultaneous Modelling of Gravity and Magnetic Data in a Measured Heat Flux Area to Characterize Geothermal Heat Sources: A Case for Eburru Geothermal Complex, Kenya

Forward modelling of gravity and magnetic data was done simultaneously to show the correlation between gravity and magnetic anomalies on a measured heat flux region. The results were used to characterize the heat source structures in Eburru area. Modelling was done using Oasis montaj geosoft software which is an iteration process where the gravity and magnetic anomalies were calculated and compared to the observed residual anomaly until there was a fit. The start model was constructed based on depths from Euler deconvolution and models constrained using stratigraphy data from the existing wells in the study area. Forward modelling of gravity and magnetic data revealed intrusions within the Earth’s subsurface with depth to the top of the sources ranging from 739 m to 5811 m. The density of the sources ranges between 3.0 g/cm3 and 3.2 g/cm3 while their magnetic susceptibility was zero. This implies that intrusions from the mantle with a magnetic susceptibility of zero have temperatures exceeding the curie temperature of rocks. The density of the intrusions modelled was higher than 2.67 g/cm3, the average crustal density, hence it explains the observed positive gravity anomaly. The results also revealed that areas with high heat flux have shallow heat sources and if the heat sources are deep, then there must be a good heat transfer mechanism to the surface.

General expression of double ellipsoidal heat source model and its error analysis

In order to analyze the maximum power density error with different heat flux distribution parameter values for double ellipsoidal heat source model, a general expression of double ellipsoidal heat source model was derived .front Goldak double ellipsoidal heat source model, and the error of maximum power density was analyzed under this foundation. The calculation error of thermal cycling parameters caused by the maximum power density error was compared quantitatively by numerical simulation. The results show that for guarantee the accuracy of welding numerical simulation, it is better to introduce an error correction coefficient into the Goldak double ellipsoidal heat source model expression. And, heat flux distribution parameter should get higher value for the higher power density welding methods.

高海拔地区铁路隧道施工期围岩热流密度数值模拟

冷负荷预测是隧道施工的重要任务,目前传统隧道冷负荷预测方法无法满足高海拔铁路隧道施工环境。为高海拔铁路隧道的冷负荷预测提供准确方法,建立一个热湿耦合多孔介质模型,考虑围岩孔隙率和低压环境对隧道围岩热流密度的影响。建立高海拔铁路隧道围岩热流密度预测模型,分析渗流水和衬砌的存在对围岩热流密度的影响,对比不同环境参数对围岩热流密度的影响。结果表明,隧道的冷负荷取决于围岩的热流密度。预测模型可以准确计算隧道围岩热流密度,其均方根误差为0.573 W/m^(2)。围岩渗流水和衬砌对隧道热湿环境产生显著影响。压力对围岩热流密度的影响最小。围岩温度每升高10℃时,围岩初始热流密度增加了58.74 W/m^(2)。此外,每当隧道目标温度增加4℃或孔隙率增加0.1,分别导致围岩初始热流密度减少了23.5、0.14 W/m^(2)。研究结果可以为实际高海拔铁路隧道工程的冷负荷预测提供新的理论方法和参考依据。

升力体缝隙模型红外测热试验及分析

针对升力体缝隙模型在中国空气动力研究与发展中心的Φ0.3 m高超声速低密度风洞中开展了红外测热试验,试验马赫数12、总温668 K、总压4.731 MPa、攻角0°和35°,获取了模型的红外热图结果,并开展了相应的数值仿真分析。在此基础上,研究了选取不同帧次的红外热图进行数据处理对热流密度结果的影响,分析了缝隙干扰引起的热流密度增量。结果表明:投放后模型抖动对数据处理存在明显影响,建议在数据处理中采用模型投放稳定后(约1.2 s)的红外热图结果;“T”字型缝干扰区的热流密度增量需要引起重视,攻角35°情况下的峰值热流密度能达到无缝隙时热流密度的8倍以上;红外测热试验数据与CFD数据吻合较好,两者仅在很小的峰值干扰区域存在差异。下一步需要在CFD建模倒角处理、红外方案优化等方面开展工作。

液氦储罐高真空多层绝热结构影响研究

为了明确液氦储罐真空多层绝热结构的最佳层密度,采用Lockheed模型研究热流密度与层密度的关系,确定最佳层密度,探讨绝热层厚度、环境温度、绝热空间真空度对液氦储罐绝热性能的影响。研究结果表明:液氦储罐最佳层密度为41层/cm;绝热层真空度减小,热流密度下降,真空度下降到一定值后,热流密度几乎不再下降;热流密度与环境温度、绝热层厚度分别呈正、负相关,当厚度增加到一定值后,热流密度下降速率减小。在实际确定绝热层厚度和真空度时,应兼顾经济性和绝热性能。研究结果可为液氦储罐高真空多层绝热结构的设计提供参考。

基于高斯热源模型的曲轴磨削研究

曲轴的磨削过程中,磨削参数选择不当,易引起磨削区温度过高,导致轴颈表面烧伤。针对这一问题,参照已有研究,通过对比三种不同的热源模型,验证高斯热源模型的适应性,并应用该模型预测曲轴连杆颈表面的温度,通过瞬态热分析与材料组织相变探究磨削烧伤机理,并利用荧光探伤检测对其进行验证。

地下近邻平行精密恒温隧道间传热的模拟研究

针对某大科学工程地下3条近邻隧道运行时的隧道间传热进行了研究,分析了单条运行、2条运行及3条同时运行模式下隧道围护结构热流密度和周围土壤温度场的差异。结果表明:各运行模式下,初始第1个月内热流密度下降最快,可达90%以上;不同运行模式下6个月后隧道间传热开始出现明显差异,最大值是最小值的115%,而不同模式运行10年后,最大值是最小值的268%;当隧道运行数量和运行顺序不同时,热流密度衰减不同,隧道运行数量越多、距离越近,相互影响就越大,且围护结构热流密度越低。

人为热源对城市边界层结构影响的数值模拟研究

用南京大学多尺度模式系统在不同区域进行了多种人为热源引入方案的研究,结果表明:考虑时空变化的人为热源按比例分别引入到地表能量平衡方程和大气热量守恒方程是将人为热源引入模式的最优方案.人为热通量密度变化的敏感性试验结果发现:人为热源的存在对城市热岛的生成有重要作用.计算结果表明,南京现有的人为热源排放量对该地区的城市热岛贡献率约为29.6%,若人为热通量密度在现有量值的基础上增大1倍,则其热岛贡献率可达42.9%;此外,人为热的排放对清晨城市边界层逆温结构有一定程度的破坏作用,能明显升高夜间近地层气温达0.5-1.0℃,并能使白天湍流活动的影响范围增大,混合层高度抬高,使夜间城市热岛环流的影响范围扩大.

应用热脉冲系统对桉树人工林树液流通量的研究

应用热脉冲式树液流测定系统和自动气象站 1 999年 9月～ 2 0 0 0年 9月的观测资料 ,探讨了广东省湛江市雷州半岛两个桉树人工林树液流通量 (Sap flux density,SFD)的时空动态及其与环境因子的相关关系。河头和纪家两地桉树林的树液流变化具有明显的昼夜节律性 ,大约从清晨 7:0 0开始萌动 ,1 2 :0 0以后达到峰值 ,夏季连续 4 d中 (2 0 0 0年 6月 1 5日～ 6月 1 8日 )河头 SFD最大值 44.2 1± 4.5 ml/ (cm2 · h) ,纪家 2 9.2± 7.2 ml/ (cm2· h)。此后 ,SFD逐渐减小 ,一直到日落前后降至最低值。树液流在不同的季节具有不同的昼夜节律性变化规律。两地 SF D值的季节波动节律相似 ,湿季时相对较大。但是河头日平均 SFD值 (2 4 36± 1 1 92 .5 ml/ (cm2 · d) )要比纪家 (1 70 3± 82 4 .5 ml/ (cm2 · d) )高 ,这主要是由于两地土壤质地的差异所导致的。在所选时段内 ,SFD的最大值出现在河头的冬季和纪家的夏季 ,这是由于这两天的大气饱和水气压差 ,太阳辐射和土壤有效持水量都比较高的缘故。在空间上 ,从形成层到心材 ,SF D最初有所增加 ,随后持续减小。整个观测期间两地 SFD的极大值均出现在 6月中旬 ,河头为 51 .53ml/ (cm2· h) ,而纪家为 39.85ml/ (cm2 · h) ,显然 ,由于环境条件的限制 。

热容式热流密度传感器的研制及应用

为获取爆炸场热流密度及爆炸热源温度、热阻等数据,基于热容式热流密度传感器的测量原理,研究传感器的制作工艺,分析影响该传感器测量不确定度的因素。结合被测对象的作用特征,通过传感器结构优化设计提高传感器强度、量程及响应速度,控制传感器测量不确定度并使之满足项目要求。研制的传感器在密闭爆炸场、火箭发动机尾焰热流密度测量等领域展开应用。使用不同热阻的热容式热流密度传感器同时测量,联立方程可求解出爆炸场热源温度、内阻等关键参数。研究传感器具有具备响应速度快、测量上限高、成本低廉、易于安装等特点,适用于爆炸场热流密度测量。获取的数据可为弹药设计及毁伤威力评估提供数据支持。

熔化焊焊接热源模型及其发展趋势

为了更好地推动焊接数值模拟技术尤其是焊接热源模型技术的发展,全面分析和总结了现有的熔化焊焊接热源模型。通过分析总结熔化焊焊接热源模型的特点,首先给出了焊接热源模型的定义,并进而提出了将焊接热源模型分类为静态焊接热源模型和动态焊接热源模型。在此研究基础上,对现有的熔化焊焊接热源模型进行了分类。根据分类的结果,并结合当前焊接热源模型的实践,分析和总结了焊接热源模型的发展特点及其发展趋势。分析结果表明,建立一个动态焊接热源模型需要研究三要素,即空间分布形式、热流分布模式及该两要素随时间的变化规律。并且复合焊接热源模型和动态焊接热源模型将是焊接热源模型技术的主要发展方向。

基于神经网络的热带层流基本热流密度的计算

利用现场的数据 ,采用 BP神经元网络预报热连轧层流水冷区集管组内的基本热流密度 ,将预报的结果用于上、下集管组的热流密度的数学模型计算 ,进而优化层冷集管组的水冷温降计算数学模型的精度。将结果与采用多元回归方法所得到的结果作比较 ,表明采用 BP神经元网络计算基本热流密度的精度要高于多元回归方法的计算精度 ,卷取温度的计算值与实测值的标准差比解析回归方法减少了近 2 0 % ,说明该方法具有良好的在线应用前景。

多孔介质平板通道传热模型的两种求解方法

基于Brinkman-Darcy扩展模型和非局部热平衡模型,考虑液相和固相含有内热源的情况,建立了多孔介质平板通道传热的一般模型.分别采用直接法和间接法将液相与固相能量方程解耦,进而求得充分发展传热条件下的多孔介质温度场.与直接解耦法相比,间接解耦法可在原始边界条件下求解二阶微分方程,更加简单易行.通过对无量纲温度表达式系数以及温度分布的比较,验证了两种求解方法的等价性.在两种极限情形下,间接法所得温度分布解析解与现有文献结果相当吻合,这也在一定程度上证明了所建模型更具一般性.参数分析表明,液固两相温差随着Biot数或有效导热系数比的增大而减小,Nusselt数随着内热源比的增大而减小.

碳纤维织物在热流冲击下的热传递数值模拟

为研究纺织材料在热流冲击下的热传递性能,以碳纤维平纹织物为例,利用电子显微镜获得纱线的几何结构参数、经纬纱交织路径及横截面形状,建立碳纤维织物单元结构模型,基于传热学的基本方程,利用有限元法数值求解织物厚度方向上的温度随时间变化曲线。结果表明:利用创建的热流冲击下织物热传递数值模型可预测织物背面温度随时间变化的情况;试验验证发现,利用数值模型计算获得的织物背面温度随时间的变化趋势与试验结果一致,当织物表面分别施加热流密度为1 319 W/m 2和1 103 W/m 2时,织物背面温度的模拟值和试验值的平均相对误差分别为6.64%和3.28%。说明所建立的数值模型能较好地反映碳纤维平纹织物动态传热过程,可为高温热流冲击下隔热耐烧蚀织物的开发和性能优化提供理论参考。

基于带状热源的摆动焊接温度场数值模拟

在高斯热源的基础上,推导出模拟电弧摆动的带状热源模型,并基于该热源模型,以20#钢平板对接接头为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,对其摆动焊接过程的温度场进行了数值模拟,获得了其焊缝区的瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线。模拟结果表明:摆动焊接过程中,当热源接近时,焊缝附近节点的温度瞬时上升至1 000℃以上,热源经过后,温度又降至200℃以下;与焊接方向垂直截面处节点的最高温度值随节点远离焊缝中心而逐渐降低;焊缝附近节点温度为200℃以下时,升温速度平缓,200℃以上则升温速度明显增大;摆动焊接过程中,焊件上形成宽而短的近似于圆形的熔池。

复合材料质量烧蚀率计算模型实验研究

通过对CF/S-157PF复合材料进行氧-乙炔烧蚀试验研究,得到了质量烧蚀率,并利用多元线性回归方法,拟合得到了该参数与热流密度和烧蚀时间的数学模型,即M=0.043.q0.128.t-0.191。经检验,该回归模型适用性较好,预测精度较高,为复合材料该项烧蚀性能的评估建立了快速、有效、可靠的试验方法。

倾斜降膜蒸发特性实验研究

以电加热作为供热热源来模拟太阳能,研究了不同工况下倾斜降膜蒸发特性,通过对蒸馏器吸热面和冷凝面划分等间距小区段,根据液膜和冷凝面的温度分布,利用Dunkle模型预测了蒸馏器的产水速率.结果表明:热流密度、单位长度给水质量流量、倾斜角度和单位长度冷却水质量流量是影响蒸馏器产水速率的主要因素;产水速率随着热流密度的增大呈线性增加;在单位长度给水质量流量为5.5～10.0kg/(h.m)时,产水速率随着单位长度给水质量流量的减小呈线性增大,单位长度给水质量流量为0.7～5.5kg/(h.m)时,产水速率波动较小;在倾斜角度为15°～60°时,产水速率随着倾斜角度的增大而增大;冷却水均匀地流过冷凝面上表面有助于增大蒸馏器的产水速率;蒸馏器吸热面和冷凝面划分的区段越多,模型预测值与实验值吻合越好.

激光深熔焊体积热源模型计算精度的比较

通过激光深熔焊焊缝横断面形状、尺寸进行模拟计算,定量分析比较了目前具有代表性的激光焊体积热源模型的计算精度。研究结果表明,双椭球体热源、高斯旋转体热源和热流峰值线性递增-柱状热源模拟焊缝形状的精度较差;而三维锥体热源和热流峰值指数递增-锥体热源在模拟激光深熔焊焊缝形状和尺寸方面都具有较好的精度,且后者由于考虑了激光热流在焊件厚度方向的分布特征,其热流分布区域更接近实际焊接过程,模拟精度也更高。

NexGen燃烧器火焰特性和换热特性数值模拟研究

航空发动机防火试验是发动机适航验证的重要组成部分。利用ANSYS软件对NexGen燃烧器建模仿真,选取RNG k-ε湍流模型和PDF燃烧模型,计算得到燃烧器的火焰分布、热流密度分布及温度分布。在此基础上进行平板试件冲击模拟试验,分析冲击火焰特性和冲击换热特性,重点研究了不同燃烧器旋流叶片倾角对试件换热的影响,得到当旋流叶片倾角为45°时平板温度最高、换热最大的结论,相应结果可为发动机防火试验提供指导。

室内空气环境的数值研究方法

建筑室内空气环境(IAE)与人们的舒适、健康及工作效率密切相关,对其数值模拟与评价具有重要的实际意义。由于室内存在大量离散分布的热源与污染源,IAE表现为复杂的对流传热传质过程,如何有效地利用CFD模拟技术分析与评价IAE即是本文的研究内容。作者根据室内空气环境的特殊性提出了对流传输与自然模拟方法,简洁有效地分析了二维层流置换通风房间中离散热与污染源之间的相互作用及其对IAE的影响。