旋流强化换热器传热与流阻分析

为了研究管程旋流强化中换热器的性能,设计了一种适合气体流动的旋流元件安装于换热器的管程换热管入口处。通过RNG k-ε模型进行了数值研究,对不同参数旋流结构和换热器入口流量为30~50 m3/h的条件进行研究,并模拟结果进行换热器的设计和实验系统的搭建。结果表明:加入旋流元件可以使流动趋于均匀进入各换热管,旋流元件对换热管近壁面处速度提升明显,总体传热系数提高了76.1%~135.9%,压降增加约5.7%~19.5%,旋流元件的加入使得换热器以较小的压力损失的情况下获得较高的换热系数。对其螺旋角度(14°、18°、26°)、长度(32 mm、48 mm、64 mm)以及叶片宽度(8 mm、10 mm、12 mm)进行分析,得到α=18°,L=48 mm,W=10 mm时,换热器效果为最佳。

山东地区中生代岩浆岩中放射性元素富集规律及其对大地热流异常的指示意义

为进一步了解岩浆岩中放射性元素富集与大地热流异常的相关性,以山东地区中生代岩浆岩为研究对象,从岩石类型、元素含量、岩石形成年龄、放射性生热元素Th、U丰度、大地热流等方面进行分析。结果表明:区内正长岩Th、U丰度最高,酸性岩和碱性岩的Th、U含量相对较高;Th、U元素与Si、K元素含量存在正相关,与Fe、Mg等其他主量元素存在负相关,与Nb、Ta、Pb及稀土元素也存在较为明显的正相关;放射性元素丰度与大地热流存在一定的正相关,但还受到地壳厚度等多种因素的影响;研究进一步揭示放射性元素、岩浆岩及地热之间的关系,对山东地区地热资源的开发和利用具有一定借鉴意义。

500 kV输电线路劣化瓷绝缘子非线性发热特性的红外分析

高压输电线路绝缘子串中的劣化件会威胁电网安全。为了研究劣化瓷绝缘子的红外发热特性,设置了一系列实验,研究了劣化绝缘子的电阻、沿串位置和环境相对湿度对红外检测的影响。并对含有两片劣化绝缘子的绝缘子串进行了附加实验,以研究了正常绝缘子和低值绝缘子之间不同的发热现象。利用有限元分析仿真进一步分析了红外图像中钢帽的发热机理。实验和仿真结果表明:劣化绝缘子的温升与阻值呈非线性关系,当电阻为30 MΩ时温升最大;绝缘子串两端的劣化易被检测;相对湿度过高可能会导致误检;正常绝缘子的发热区域是钢帽的下部,瓷件的温度上升1.2℃左右,而对于劣化绝缘子,沿钢帽的温升分布均匀,瓷件的温度与实验前基本一致。相关研究结果为劣化绝缘子的红外检测提供了参考依据。

烟叶烘烤多元式清洁供热系统研究与应用

为探索利用新能源烤房,实现节能、减排、提质目标,以常规电热泵供热烤房为对照,对比分析多元式清洁供热系统在设备运行、烘烤能耗、烟叶质量等方面的差异。结果显示,与常规电热泵供热烤房比较,多元式清洁供热系统1 kg干烟用电量降低0.34 kW·h,用电费用减少0.19元,节能降费效果达到15.2%;上等烟比例高2.03百分点,均价高出0.64元;烤后烟叶各化学成分比较协调。综合分析,采用多元式清洁供热系统烘烤烟叶能耗小、均价高,有利于提高烤后烟叶质量,是未来新能源供热烤烟的重要选择。

斜拉桥施工阶段π型混凝土梁翼缘板裂缝成因分析与防裂措施研究

为了解斜拉桥施工阶段π型混凝土梁翼缘板斜向裂缝成因并制定合理的防裂措施,以某主跨120 m的π型预应力混凝土梁斜拉桥为背景,针对其悬臂施工阶段主梁翼缘板下表面出现斜向裂缝的现象进行分析。采用ANSYS软件建立该桥施工阶段杆系模型与混凝土梁实体模型,分析梁体自重、斜拉索张拉、预应力张拉、混凝土收缩、混凝土水化热作用下主梁翼缘板下表面应力情况。结果表明:梁体自重及斜拉索张拉作用下,翼缘板下表面未出现拉应力;横向及纵向预应力张拉作用下,翼缘板下表面产生一定的拉应力,但未超过混凝土抗拉强度标准值;混凝土收缩作用下,翼缘板下表面产生极小的拉应力,不会引起裂缝;混凝土养护过程中水化热作用下,翼缘板下表面混凝土与周边混凝土存在一定温差,部分测点第一主应力超过混凝土抗拉强度标准值,是开裂的主要原因。针对混凝土水化热作用影响,提出主肋布置冷却水管与翼缘板下方火炉加热并用的防裂措施,建立热流耦合模型分析防裂效果。结果表明:所采用的措施能够改善主梁养护过程中水化热温度场分布,各测点第一主应力均未超过混凝土抗拉强度标准值。

深空再入飞行器烧蚀粗糙表面高超声速转捩预测

深空再入飞行器为提高气动减速效率,一般采用大钝度迎风外形以及烧蚀降热型防热结构。而扁平的前体外形与气动加热烧蚀导致表面粗糙度急剧增加等因素,极易造成飞行器迎风面流动失稳,流动出现转捩甚至演化为湍流,使表面热流分布发生巨大变化,给飞行器安全带来极大挑战。国内以往对大钝头再入器微观形貌变化下高超声速边界层失稳机制和转捩模拟的研究开展很少。以大钝头防热罩与沙粒式分布粗糙元为研究对象,分别利用基于高超声速与粗糙元修正的γ-Reθ转捩模式和k-ω-γ转捩模式,分析了高超声速来流条件下分布粗糙元等效粗糙高度、来流Reynolds数、攻角以及化学非平衡基本流对大钝头迎风表面的间歇因子分布和边界层转捩位置以及热流分布的影响,研究了深空再入飞行器烧蚀粗糙表面的高超声速边界层转捩发展规律与气动热影响规律。

卧式反应釜电磁感应加热设计

针对大型反应釜的感应加热难以进行大量实验验证的问题,通过将理论计算与有限元仿真相结合的方式,对计算得出的参数进行优化,选择合适的输出功率和谐振频率,完成感应器的设计。通过仿真可以更好对比不同匝数、自热对流和搅拌轴对加热的影响,更直观地查看工件温度分布情况,缩小计算参数误差,实现反应釜加热的工艺要求。

高导热储热材料对高功率密度永磁电机温升的影响

如何降低电机温升是电机设计中一个至关重要的问题.将绝缘漆与高导热材料、储热材料、固化材料通过一定工艺制备成高导热储热材料,填充在样机绕组端部与外壳的间隙处,并对其进行了温度场分析与温升实验.结果表明:利用储热材料吸收热量的特性与高导热材料的高导热率可有效降低电机温升10.2℃,电机功率提高了9.8%,高导热储热材料能有效提高电机的性能.

微量元素对超大线能量EH36船板热影响区粗晶区组织和性能的影响

通过焊接热模拟研究了在超大线能量下焊接时Al元素、Mg元素和Ti元素含量对EH36高强船板钢热影响区粗晶区组织、性能的影响规律,采用Thermo-Calc热力学计算与SEM,EDS测试相结合的方法揭示了Al元素、Mg元素和Ti元素含量与母材中氧化物类型、尺寸、数量及粗晶区相变的关系.结果表明,Al_(2)O_(3)无法诱导针状铁素体相变,当Al元素质量分数低于0.005%时,钢中可形成Mg元素、Ti元素或其复合氧化物,可促进粗晶区针状铁素体相变.Mg元素和Ti元素联合添加时,当Mg元素质量分数由0.0042%降低为0.0013%,氧化物类型由MgO转变为Mg_(2)TiO_(4),经统计20个视场内的氧化物数量由408个提高到503个,平均直径由1.37μm减小到1.10μm,显著提高了非均匀形核的比表面积,抑制了晶界铁素体的形成,使t8/5=300 s时粗晶区热模拟试样-20℃冲击吸收能量由43 J提升到127 J.

基于Lagrange-Galerkin有限元方法的焊接热循环轻量化求解

焊接热循环的干扰因素多、变化速度快、影响范围广,常需要对其进行即时预测与控制,以保证焊接质量。以焊缝中心温度分布与变化为研究对象,将其简化为一维焊接热循环瞬态热传导问题,并基于Lagrange-Galerkin有限元方法,进行算域离散与插值。开发了一种轻量化的焊接热循环求解算法,研究不同时刻下焊缝中心温度分布曲线与变化曲线的即时变化。以镍基Inconel 718合金2 mm薄板对接接头为例,进行数值模拟实例演算,结果表明计算耗时约0.41~0.72 s,满足数据与轻量化计算的要求。

电路参数对石墨加热元件发热特性的影响规律研究

电路参数是石墨加热元件发热性能的决定性因素,对电路参数的影响规律研究是高性能、高可靠性石墨加热器设计的基础。对石墨加热装置的失效过程进行研究,确定发热元件可靠性量化指标——温度均匀度;在此基础上,确定对加热元件热输出性能进行量化的四个电路参数:加热元件厚度、发热条宽度、发热条缝隙、缝隙处的倒圆半径;对发热电路进行参数化建模,并采用有限元电热耦合仿真对加热元件电路参数对加热能力和可靠性的影响机理进行研究。结果表明:加热元件的厚度决定了其热输出能力,而其余三个电路参数决定了加热元件的可靠性。本文的研究成果对高性能石墨加热装置的研制具有重要的支撑作用。

预应力钢绞线感应加热及其丝间接触模拟研究

预应力钢绞线感应加热是一复杂工艺过程,利用多物理场仿真软件对该过程进行模拟,可为工艺优化提供基础。对于几何方面,由于工艺的连续性,难以确定钢绞线丝间接触情况;对于物理场方面,感应加热是涉及多场的强耦合、强非线性过程。针对以上情况,根据两种丝间接触情况建立了三维钢绞线几何模型,描述了非线性材料参数,建立了相对磁导率关于温度和磁通密度的数值模型,测定了现场温度数据,判断了边丝间是否接触,分析了接触面宽度对加热效果的影响。结果表明:边丝之间是接触的,且现场温度数据与模拟结果较为吻合,验证了模拟的正确性。

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials,PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。

电磁感应热压辊表面温度均匀性优化设计

以线圈内置式的电磁感应热压辊为研究主体,基于电磁场理论和温度场理论,设计了一种有利于提高其温度均匀性的结构,通过在辊内壁安装鼠笼式套筒来分散热源并降低对涡流产生位置的影响,通过在辊体安插导热铜条实现辊体综合热导率的提高并降低辊端与辊中心区的温度差,通过非均匝线圈改变热源位置以使得辊中心区温度均匀性的提高。最后使用Maxwell与Ansys Transient Thermal进行仿真分析,验证了鼠笼式套筒上几乎无涡流产生,并且辊面中心区的温差≤1.58℃、整体加热区域温差<25℃,与优化前相比,整体温差降低146.22℃,优化效果可观,对实际应用和相关技术研究具一定指导意义。

20CrMnTi薄壁齿轮渗碳淬火过程有限元模拟与调控

对实际工况下20CrMnTi薄壁齿轮渗碳淬火过程利用有限元分析软件Deform进行模拟。结果表明,薄壁齿轮渗碳淬火后,渗碳层厚度为1.2 mm,淬火组织主要由马氏体和残余奥氏体组成,表面的残余奥氏体较心部的多4.2%,由于温度场的不均以及组织应力导致其径向产生9%的变形。齿轮表面和心部的残余应力分别为-256.5MPa和141 MPa。实际测得显示薄壁齿轮渗碳层厚度为1.15 mm,淬火后齿轮表面组织由针状马氏体+7%残余奥氏体+颗粒状碳化物组成,心部组织由低碳马氏体+1%残余奥氏体组成,齿轮表面残余应力为(-1078±168.2)MPa,径向最大变形量约7%,与模拟结果对应较好。为此针对薄壁齿轮热处理过程中因热应力与组织应力综合作用下内应力过大造成的变形,使其在不同部位同时冷却或采取径向约束的措施。

基于相变材料的混凝土吊罐温控数值模拟研究

为保证混凝土吊罐在垂直运输时其内部混凝土的温度,采用相变石蜡作为吊罐温控措施,通过Fluent软件探究了不同季节和不同相变石蜡厚度下混凝土温度变化情况。结果表明:在不同季节,采用相变石蜡作为吊罐温控措施,可有效控制其内部混凝土温度的波动;在冬季环境中,当相变石蜡厚度小于40 mm时,混凝土内外温度差减小有限,消峰填谷效果不理想;在夏季环境中,随着相变石蜡厚度的增加,混凝土表面最大温度的降低程度呈现先增大后减小的趋势,当相变石蜡厚度为20 mm时,混凝土表面温度达到最低。

场协同扭转螺杆热输运性能的研究

应用Polyflow软件,采用数值模拟的方法对创新提出的场协同扭转螺杆在不同转速下的热输运特性进行了仿真分析,结合温度分布、对流换热系数、黏度、压力等参数对其热输运性能进行了系统研究,并与常规螺杆进行对比。结果表明,设置有扭转结构的场协同扭转螺杆温度均匀性得到改善,对流换热系数提高,强化了整个体系的传热效果,其中扭转元件串联排布的螺杆换热性能更优。并以三元乙丙橡胶(EPDM)为原料,采用扭转挤出技术结合机头径向温差、换热系数等参数对常规螺杆与场协同扭转螺杆的传热性能进行了实验研究。所得结果与仿真一致,证明了场协同扭转螺杆具有强化传热、改善塑化均匀性的特性。

盾构机主轴承润滑特性影响因素研究

盾构机主轴承作为一种大型重载机械,其工作环境恶劣,轴承损坏会造成极大的经济损失,为了保证较高的可靠性,其润滑性能极为关键。采用Fluent对轴承进行流固耦合模型的建模仿真,研究轴承转速、负载、润滑油黏度、润滑油流量和润滑方式对轴承温升影响。结果表明:润滑油分布少的区域温度较高;盾构机主轴承的转速是影响温升最关键的因素,温升随着转速的增大而急剧增大;轴承温升随着负载的增加而增加;润滑油在黏度等级为320附近的温度最低;不同转速下流量对轴承温升的影响不同,转速低时,温升随着流量增大先减小后增大,转速高时反之;通过仿真将类似于油气原理的润滑方法应用在盾构机主轴承的润滑上改善了润滑状态。

铝合金在接触固溶处理工艺中的界面传热系数

采用有限元模拟和反演优化(IO)方法测定7075铝合金在不同压力、表面粗糙度和温度下接触固溶处理过程中的界面传热系数(IHTC)值,并分析这些因素对IHTC的影响。结果表明:随着压力的增加,IHTC值先增加,然后保持稳定;IHTC值随表面粗糙度的增大而减小;随着板温的升高,瞬时IHTC值先增大后减小。基于压力、表面粗糙度和温度的综合影响规律,建立多因素影响的IHTC理论模型。使用此模型能较好地预测不同条件下合金的瞬时IHTC值。

基于热源网络法的永磁式电磁制退机热特性研究

永磁式电磁制退机以磁场为能量传输介质,有望彻底解决传统液压式制退机液体泄漏、阻力规律稳定性差等问题。然而电磁制退机工作过程中的热特性变化规律尚未探明,限制了电磁制退机的进一步发展。依据电磁制退机的结构,建立了热源网络温度场分析模型,计算了电磁制退机各主要部件的热参数,结合热路传播路径编写了温度场计算程序,得到了火炮后坐过程中电磁制退机不同时刻的瞬态节点温度,探究了电磁制退机瞬态工作过程中的温度传播规律与分布特性。同时建立有限元模型,对热源网络分析模型进行了验证。最后充分利用热源网络模型计算效率高的优势,开展了连发射击工况下电磁制退机的热特性研究、失效预测和冷却措施探究,为电磁制退机的工程设计提供了参考。