空心管型泡沫铝吸声性能的数值模拟分析

为了提高多孔泡沫铝材料的吸声性能,将泡沫铝加工成空心管型结构。首先,利用声学阻抗管测试系统获取吸声系数;其次,基于JCA声学模型,采用COMSOL软件对空心管型泡沫铝进行仿真模拟以获取吸声系数,将吸声系数仿真结果与试验结果进行对比,验证仿真模型的可靠性;最后,通过声压云图和能量耗散云图对空心管型泡沫铝内部声场进行分析,并进一步通过数值模拟探究空心管参数对吸声性能的影响规律。研究结果表明:该空心管型结构属于共振式吸声结构;当声波的频率和结构中固有频率相同时,声波激励结构振动的振幅最大,导致大量的声能被消耗,从而起到吸声的作用;对于空心管型泡沫铝结构,可以通过增大空心管的半径、增加空心管的数量来提高吸声系数;在1000~6300 Hz的频率范围内,背后添加空腔的空心管型泡沫铝结构的平均吸声系数相较于背后添加空腔的均质型泡沫铝结构的平均吸声系数提高了26%。

基于多目标优化方法的FGT管吸能特性研究

为提升舰船反应堆弹性支承结构的抗冲击性,保护反应堆乃至整个舰船的结构安全,对支承方案的吸能结构进行结构优化,通过提升支承结构的综合吸能特性从而实现其抗冲击性优化的目的。利用JLY-6500型号实验机对试件进行冲击试验,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立圆柱壳吸能结构试验模型,得到的数值模拟结果与试验吻合。采用目标规划法和功效系数法对多目标优化问题进行求解,对一种新型的具有功能梯度厚度(functional gradient thickness,FGT)的金属管结构进行吸能特性研究。研究结果表明,FGT管在[20 kJ,27.5 kJ]轴向冲击能量范围内各项吸能评价指标(比吸能、冲程效率、平均载荷)都有一定程度的改善,优化效果明显;FGT管在(10°、20°、30°)的斜向冲击下更难进入全局弯曲变形模式,这意味着FGT管有着更大的临界加载角度。优化后的FGT管在大多数冲击情况下,综合抗碰撞性能都优于UT(uniform thickness)管。本文分析结果可为实际支承结构的设计和维护提供参考。

序列脉冲激光在不同大气模型下的热晕效应研究

考虑到大气中吸收系数随高度变化,通过内插法得到不同大气模型一定高度下大气的吸收系数,建立序列脉冲激光在地对空垂直传输的热晕模型。通过数值计算方法分析风场渡越时间内脉冲数为2时的序列脉冲在中纬度地区夏季和冬季、热带地区、近北极地区夏季和冬季5种大气模型下的热晕效应。结果表明:当光束孔径为0.25m,初始功率为200kW,波形为高斯状的激光束在近北极冬季传输10km后沿横轴方向光强峰值偏移0.056 9m,而热带光强峰值强度偏移最远为0.224m,为近北极冬季时的4倍;脉冲激光在热带传输10km后的靶面功率仅为15.06kW,近北极冬季靶面功率为热带的10.5倍。热带地区的热晕效应最明显,中纬度地区次之,近北极地区最弱。激光在夏季传输要比冬季传输的热晕效应严重,而且近北极地区夏季要比中纬度地区冬季的热晕效应更严重。

数值模拟技术在大空间化工火灾调查中的应用

以一起火灾事故为研究背景,结合数值模拟软件进行模拟研究,通过网格独立性分析、单罐模型模拟和全尺寸模拟三个步骤重构了火灾场景。对比模拟结果和现场勘查结果以及火灾监控录像,验证了模拟的准确性。模拟结果表明:吸收系数越大则反应釜罐壁越容易燃烧,辐射的强度和间距成非线性关系。4个监测点的数据拟合出经验公式,可用于粗略计算不同间距下的辐射强度。全尺寸的模拟结果为火灾调查提供依据的同时也提出了改进的建议。

空气源热泵辅助吸收式地源热泵系统的适用性分析

针对严寒地区集中供热系统能源利用效率低的问题,结合该地区应用地源热泵系统存在土壤吸/排热不平衡的问题,本文提出将一次网的高温蒸汽(热水)作为吸收式热泵发生器热源的地源热泵系统,利用空气源热泵保障地下换热系统热平衡。介绍了复合系统的运行模式,确定了系统的运行控制策略,选取哈尔滨地区某办公建筑对系统的全年运行性能进行分析。通过计算,系统平均综合性能系数为2.1,相比传统的供暖空调方式节能33.1%。该系统全年运行土壤取/排热不平衡率为3.8%,可以保证土壤温度场以年为周期的热平衡;系统可以长期稳定运行。

染料敏化太阳能电池载流子传输的数值模拟

由于在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)中存在染料弛豫、半导体薄膜中电子与氧化态染料分子发生反应和电子在电解质中与氧化态离子复合等不利反应,利用一个更完善的DSSC载流子传输模型对电池的光电性能进行模拟就显得非常重要。为此,本文基于由多重俘获理论建立的DSSC中的包括电子、染料阳离子、碘化物和三碘化物在内的载流子传输模型,数值模拟得到了不同TiO_(2)薄膜厚度、不同入射光强度与不同染料分子吸收系数下DSSC的J-V曲线。结果表明,随着TiO_(2)薄膜厚度的增加,太阳能电池的短路电流密度增大,开路电压减小,光电转换效率先增大后减小。当DSSC的TiO_(2)薄膜厚度为20 μm时,光电转换效率达到最大值7.41%,同时光电转换效率随入射光强度与染料分子吸收系数的增大均有一定程度提高,其中在吸收系数为4 500 cm^(-1)时,光电转换效率为6.73%。以上结果可以为改进DSSC的光电性能提供理论指导。

应力波入射滑移节理传播特性的数值模拟

基于弹性波理论,建立应力波入射滑移节理的数值模拟模型,并计算应力波的透射系数、反射系数和吸收系数,并据此研究应力波垂直入射滑移节理的传播特性。研究表明:纵波垂直入射滑移节理的传播特性主要受节理面的抗拉强度影响,当纵波产生的拉应力大于抗拉强度的瞬间,节理面产生分离而破坏,透射波瞬间消失,反射波增强,吸收能量增加,发生全反射;剪切波垂直入射滑移节理的传播特性主要受节理面的切向刚度与抗剪强度、等效切向刚度乘积的比值λ的影响,随着λ增大,反射波逐渐增强,透射波逐渐减弱,吸收能量先增大后减小,当λ足够大时,应力波在节理面处发生全反射而不产生透射。

墙体保温形式对冬季太阳能实际吸收率的影响

针对如何量化冬季实际传入建筑物墙体内部的太阳能问题,本文以室内、外空气温差作用时的墙体传热量为基准,对传入墙体内部的辐射得热量进行了分析。为准确估计传入南墙内部的太阳辐射热量,给出了内、外保温条件下,南墙的冬季全天太阳能实际吸收率与外表面对流换热系数和连续日照天数的关联式。结果认为:尽管墙体对太阳能的实际吸收率在昼间很高,但全天实际吸收率偏低。外保温墙体的全天太阳能实际吸收率仅约为内保温墙体时的1/2,且二者均随着对流换热系数和连续日照天数的增加而减小。

多束强激光在大气传输中的热晕与湍流效应

强激光在非均匀光程中传输时,大气路径中分子的吸收系数不再是常数,利用内插法得出了中纬度夏季模式的分子吸收系数随海拔高度的变化规律。强激光传输会同时受到大气湍流效应和热晕效应的共同影响,这严重影响了强激光传输的效能,而采用多束强激光传输方法可以减小这些效应的影响。根据波动光学理论,建立了三束脉冲激光在湍流和热晕相互作用下的数学模型。数值结果表明:该方法对光强起伏、光斑分裂和光束扩展等现象有较好的校正效果。

序列脉冲激光由地面斜入射空中的热晕效应研究

当强激光在地面以不同天顶角向空中传输时,大气的吸收系数不是常数,利用大气中吸收系数随高度变化的函数,通过内插法得到了中纬度夏季时一定海拔高度下大气的吸收系数,建立了序列脉冲激光在地对空传输的热晕模型.分析了强激光以不同天顶角入射对热晕效应的影响.数值结果表明:当高斯激光束传输同样距离,其他条件不变时,天顶角减小,重心沿逆风偏移程度减弱,峰值光强和桶中功率增大,光束聚焦能力增强,热晕效应减弱;当激光沿海平面水平传输时,热晕效应最强烈.

双效溴化锂吸收式热泵余热回收系统数值模拟研究

溴化锂吸收式热泵机组可以有效回收利用工业和建筑中的各种形式低温余热,提高余热资源回收率,但设备参数对热泵性能影响很大。因此本文基于温度对口和梯级利用的原则,对蒸汽型双效溴化锂吸收式热泵机组内传热部件进行热力及传热分析,通过质量和能量守恒建立热泵机组数学模型,分析热网供水温度、蒸发器进口低温余热水温度和驱动热源温度这三个外部因素的变化对系统性能的影响。研究结果表明:热网供水温度在49℃左右,热泵系统COP最佳为2.67;蒸发器进口低温余热水温度在47℃左右时,热泵系统COP最佳为2.67;随着驱动热源温度的上升,热泵系统的COP呈上升趋势。为吸收式热泵实际运行过程中,合理设置设备参数提高热泵性能提供指导。

制浆造纸废水脱色程度数值模拟

为提高废水脱色程度数值模拟的准确性,设计一个制浆造纸废水脱色程度数值模拟方法。建立污染物降解反应动力学数学模型,分析影响废水脱色动力学数学模型中速率常数,采用傅立叶变换方法处理光谱数据,采用递归技术计算出最新的估测值,根据费克定律,分析溶质会发生反扩散现象,采用平均吸光度计算脱色率,实现制浆造纸废水脱色程度数值模拟。实验结果表明,在不同pH值、不同催化剂投加量、不同紫外灯功率以及不同时间下的废水脱色率模拟上,准确度都较高,同时在不同脉冲电晕放电电压峰值下对废水脱色率分析的准确性也较高,满足脱色程度数值模拟方法的设计需求。

不锈钢激光搭接焊接头温度场数值模拟及分析

温度场是影响激光焊接焊缝成形质量的关键因素。针对非熔透型激光搭接焊接头焊缝成"钉头"状的特点,通过分析焊接时材料吸收激光能量的分布情况,提出了高斯面热源加线性递增式柱热源的复合体热源模型。模型考虑板间接触热阻的影响,并将计算结果和试验结果进行了对比,发现模拟出的焊缝形状和试验吻合较好;此外基于本模型对焊缝各处的热循环与焊缝组织形貌及显微硬度的关系进行了分析。结果表明,焊缝组织形貌及显微硬度除与加热和冷却速率有关外,峰值温度对其也有重要影响;在热循环基本一致的情况下焊缝的性能相似。该模型较准确地模拟了薄板激光深熔焊接熔池温度场,对研究激光深熔焊接温度场问题和激光工艺参数的优化选择具有参考价值。

532nm多脉冲光辐照人活体皮肤黑色素的热响应

脉冲光与皮肤组织的选择性光热解效应(Selective photothermolysis)在皮肤病损激光治疗中具有广泛应用。在相同参数光辐照下,个体皮肤温度场分布差异主要源于表皮黑色素含量不同。针对皮肤表皮黑色素含量差异,实验研究了532nm多脉冲光与不同个体黄色人种皮肤黑色素的热响应。提出了在无损光剂量辐照下基于脉冲光热辐射度量术(PPTR)确定黄色人种个体皮肤表皮光学吸收系数的方法,并比较了不同参数光辐照下皮肤热响应的数值模拟和实验结果。研究结果表明皮肤热响应的数值模拟和实验结果具有较好的一致性,因而这一方法对于优化选择个体皮肤光治疗辐照参数具有重要意义。

蓝宝石晶体吸收系数对晶体内温度及热应力分布的影响

针对工业用热交换法蓝宝石晶体生长炉,建立了二维全局传热数值模型,采用离散坐标辐射模型对晶体内辐射传热进行了模化,研究了晶体吸收系数对晶体内部温度及热应力分布的影响规律。研究表明:在内辐射的作用下,大的轴向温度梯度及热应力区域集中在晶体底部1 cm的范围内,并且随着吸收系数(1.9~1 900 m^(–1))增大,晶体底部的最大轴向温度梯度及热应力呈现先增大后减少的趋势。

行波式透平间隙系数对气动特性的影响

在矩形流道内设置行波机构,它由入口通入的高压气体驱动,可以将来流的能量转变为行波机构的机械能,称这种能量吸收装置为行波式透平。将装置中的行波机构简化为二维行波板,采用数值模拟的方法,研究间隙系数对行波式透平气动特性的影响。结果表明:当间隙系数减小时,流量减小,侧向功率提升,能量吸收率增大。减小间隙系数可以提升流场中的中、高压区域的压力,减小行波板波峰波谷处的马赫数,削弱涡的掺混,降低能量损失。

某超高吸热塔数值风洞模拟研究

某700 MW光热项目具有目前世界最高的光热吸热塔,其高度带来的非常规抗风设计需要特别关注。利用FLUENT软件对吸热塔进行了足尺数值模拟,计算了4种工况下9个角度的整体体型系数,分析了结构的自振特性,并对各工况下风速和风向角对风振响应的影响以及阻尼比对结构塔顶位移和底部剪力的影响进行了研究,最后分析了设置破风圈对结构抗风性能的提升效果。结果表明,该吸热塔的体型系数相对较小,振型以前2周期为主,阻尼比建议取值不大于1%,设置破风圈可以有效减小横向涡振影响。