精细化涡扇发动机过渡态建模与验证

为了提高涡扇发动机过渡态性能仿真的精度并实现过渡态性能计算模型的工程应用,梳理了不同因素对涡轮发动机过渡态性能的影响机理,介绍了各影响因素的建模方法,在此基础上建立了精细化涡扇发动机整机过渡态性能仿真模型。研究分析了总温、总压和燃油流量传感器的过渡态效应及其建模方法。最终利用涡扇发动机整机地面台架加减速性能试验数据对精细化过渡态模型进行了验证,结果表明:高低压物理转速、推力、压气机出口总压和内涵排气温度的平均误差分别为0.45%,0.77%,0.61%,0.44%和1.77%,最大误差分别为2.82%,1.92%,7.45%,5.67%,5.28%,加速时间的误差小于0.26s。本文揭示了过渡态性能仿真模型误差的机理。

木材导热系数实验与模拟方法的研究进展

精准评定木材的导热系数对木材干燥、热处理等工艺优化及模型构建意义重大。近年国内外学者主要通过实验法与模拟法两方面解析木材的导热行为。本文在综括木材导热系数的实验法与模拟法的基本原理、特点及应用研究现状基础上,从检测方法的规范性、模型构建的合理性两方面,分析不同检测方法的科学性、精确性及实用性,旨在为木材导热系数的精确测算提供借鉴与参考。

热冲击作用下基底/涂层结构的应力分析及结构优化

分析了基底／涂层结构的动态热应力，并对涂层的厚度进行了优化。采用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换法，在Ｌａｐｌａｃｅ域内求解了问题的控制微分方程，然后利用界面连续条件、边界条件以及Ｌａｐｌａｃｅ数值反演，得出了结构中的动态温度场和热应力场。数值算例表明，加热速度对结构中的最大热应力、破坏模式以及涂层厚度的优化值都会产生影响。

水污染对径向滑动轴承热弹流润滑的影响

研究润滑油水污染对水轮机滑动轴承弹流润滑的影响。通过实验确定油水混合物的黏度、水的质量分数以及温度三者间的关系;研究在不同含水量油水混合液润滑下滑动轴承的润滑性能,分析滑动轴承从初始状态到达稳定状态过程中轴心轨迹的变化规律,以及轴承到达平衡位置时各润滑特性参数的分布,包括液膜流体压力、最大液膜压力、液膜厚度、最小液膜厚度、液膜温度等。结果表明,随着含水量的增加,油水混合物的黏度增加,且变化明显,而润滑油的密度、比热容以及导热系数虽增大,但变化并不大;各种因素综合影响的结果,使得轴承液膜承载能力增强,液膜厚度和温度增加,最小液膜厚度增大,最大液膜压力下降。

柴油机活塞顶面热状态变化规律试验研究

为了探究活塞顶面热状态变化规律,以某型增压中冷柴油机为试验对象,采用薄膜热电偶测温法和引线式传输系统对发动机过渡工况下活塞顶面测点瞬态温度场变化规律进行了试验测试研究,并对试验数据计算得到标定功率工况点和最大转矩工况点活塞顶面不同位置测点温度值。研究结果表明:在过渡工况下活塞温度场发生剧烈变化,其中冷启动过程活塞温度变化幅度最大,达到180 ℃;其次是急加速过程活塞温度变化幅度达到140 ℃。急减速工况下活塞各测点温度先迅速升高,约20 s时达到最大值,4个测点A、B、C、D分别为346、341、314、343 ℃,然后温度缓慢降低,约60 s后趋于稳定。在标定功率工况点,活塞顶面最高稳定温度为331 ℃,顶面各测点温差31 ℃;在最大转矩工况点,活塞顶面最高稳定温度为336 ℃,顶面各测点温差29 ℃。

关于半导体器件热特性表征和控制技术的研究

根据对器件散热特性的分析,提出用特定脉宽的瞬态热阻抗表征器件的稳态散热特性。测量了特定器件热阻与温度的依赖关系,建议在实际工作中注意器件热阻并不为常数的客观事实。提出应力试验前后测量器件热阻可有效控制器件的某些制造缺陷。

热管冷却双模式空间堆堆芯瞬态安全特性分析

为研究热管冷却双模式空间堆(HP-BSNR)概念设计的可行性和推进模式下堆芯瞬态安全特性,本文基于堆芯结构和稳态程序计算的初始参数分布,建立了堆芯数学物理模型,并开发了适用于HP-BSNR的瞬态安全分析程序TTHA_HPBSNR,计算了HP-BSNR在推进模式下反应性引入和堆芯失流等不同瞬态事故工况下的安全特性,同时分析了反应堆关键参数对HP-BSNR堆芯瞬态安全特性的影响。结果表明,由于堆芯固有负反馈机制的作用,发生反应性引入事故时,堆芯功率最终达到一新的稳定值,且燃料最高温度并未超出安全限值。而发生失流事故时,反应堆能实现自动停堆,且负反馈系数的大小决定了自动停堆的响应时间。相较于反应性引入事故,失流事故对HP-BSNR的安全运行威胁更大。

飞机液压系统热分析方法的研究

分析飞机液压系统高压化状态下的发热问题,采用稳态热分析来估算液压系统的平衡温度,采用瞬态热分析来预测系统温度变化的规律。通过这两种方法的比较,介绍一种新的液压系统热分析方法,即神经网络分析方法,并进行初步的热分析计算,为液压系统的散热设计提供依据。

梯度功能材料薄板瞬态热弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题，并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、 冷却热边界条件以及两种力学边界条件(固支和简支)对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力分布的影响。发现：(1) 在加热过程中，简支板低温金属侧出现较大压应力；在冷却过程中，简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力; 且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。(2) 无论是简支板还是固支板, 在冷却过程中，沿整个厚度板内部压应力均较大。(3) 在本文的相同条件下，固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。

基于Ansys的11kW无刷直流电动机温度场分析

利用Ansys软件研究无刷直流电动机在运行时的发热情况和温度场分布。仿真结果和实验,结果基本一致,说明本文在电机热场分析中采取的方法对于电机设计和分析具有一定的工程应用价值。

阶跃载荷扰动下径向滑动轴承绝热瞬态过程研究

研究了径向滑动轴承在阶跃载荷扰动下的绝热瞬态行为。通过对轴承油膜压力、温度及轴颈的动力学建模,应用数值方法对模型求解。获得了大载荷扰动工况下径向滑动轴承热瞬态运动参数的非线性响应。给出了瞬态过程中轴承最高温度、最小膜厚等其他参数的变化规律。结论认为,瞬态过程中温升、膜厚参数变化很大,并且超出了其要达到的稳态值,有可能造成瞬态过程中轴承由于温升过高而失效。

高强化内燃机活塞瞬态温度场分布规律研究

应用ANSYS有限元分析软件,建立了某高强化150内燃机活塞的三维有限元分析模型,计算了瞬态过程和快速冷起动过程中活塞温度场的变化历程及热应力状况。计算结果表明:瞬态活塞顶面的温度波动最大达到22℃,由此产生的瞬态热应力幅值与稳态热应力幅值处于相同的数量级。而冷起动过程活塞温度近似按指数规律上升。这些快速变化的温度引起的附加热应力是活塞顶面热损伤不可忽视的因素。

功能梯度材料的热/机械耦合分析研究进展

对功能梯度材料结构的热／机械耦合问题的研究现状进行了评述，包括分析方法的进展、热载作用下的裂纹问题、优化设计问题、细观力学问题等，然后提出了需要进一步研究的方向．

航空发动机过渡态典型热端部件热响应分析

为满足航空发动机方案设计阶段结构分析及强度寿命评估的要求,必须提供相关零件稳态和过渡态热状态数据。应用1维解析方法和数值方法分别对薄壁类和轴对称缘盘类热端部件进行了过渡态热状态计算分析,得到带涂层叶片、盘及机匣平均温度随发动机状态的变化,并依此分别进行了各零件热响应分析;由热响应分析结果得到了高压涡轮转子和机匣过渡态热伸长量,并进行了过渡态的热间隙分析,为结构分析提供输入;计算结果与采用ANSYS软件计算的结果偏差普遍在3%以内,说明计算方法合理,可适用于方案设计阶段过渡态热端部件热状态计算。

脉冲半导体激光器端面抽运Nd：YAG晶体瞬态热分析

为了研究脉冲半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应,对激光晶体瞬态温度场以及热形变场进行解析分析与计算。考虑到脉冲LD出射光具有超高斯分布,且Nd:YAG晶体热传导各向同性的特点,利用热传导Poission方程得到了超高斯分布脉冲LD端面抽运Nd:YAG晶体瞬态温度场以及热形变场的一般解析表达式,定量分析了单脉冲抽运过程中超高斯抽运光光斑半径及超高斯阶次、脉冲宽度对Nd:YAG晶体瞬态温场的影响以及准热平衡状态温度场的时变特性。结果表明,当脉冲LD端面抽运光具有3阶超高斯分布、抽运功率为80W、脉冲频率为100Hz、脉宽为200 s、钕离子掺杂质量分数为0.01的Nd:YAG晶体瞬态温度场随抽运脉冲呈现出周期性分布,准热平衡状态的温度在25.5℃到29.2℃之间成锯齿形周期分布;晶体抽运面的热形变量在0.13μm和0.19μm之间也呈现出周期性变化。该研究对于脉冲LD端面抽运全固态激光器热不敏谐振腔设计具有理论指导意义。

均匀磁场强化磁性液体导热系数实验研究

将封有聚α-烯烃合成油基磁性液体的两玻璃管放置于磁场中,为消除磁场力、重力所引起的磁性液体自然对流的影响,消除端部效应,研制了磁性液体在均匀磁场中瞬态双热线导热系数的实验测量系统。实验测量了均匀磁场对不同体积浓度的磁性液体导热系数的影响。结果显示,均匀磁场显著强化磁性液体的导热系数,其导热系数随磁场强度的增加而近似线性增加,且体积浓度越大增加量越大。

新型膨胀螺栓锚固下外保温墙体的有限元分析

为了探讨温差作用对新型膨胀螺栓强度的影响以及被锚固的外墙外保温板空鼓、开裂的原因,采用有限元方法,分析了温度荷载作用下膨胀螺栓及保温板的温度分布,并通过热-结构耦合分析,得到其位移场、应变场和应力场.有限元分析结果表明,被锚固外保温板空鼓、开裂主要是由于锚栓盘的限制及外保温防护体系的性能差异所造成;在热应力作用下新型膨胀螺栓满足强度要求.在实际工程中保温层各相邻层的弹性模量、线膨胀系数等性能应逐层渐变,并应提高抗裂砂浆柔韧性.该研究有利于新型膨胀螺栓的推广及外墙外保温技术的应用与完善.

IHNI-1反应堆热工水力与瞬态特性分析

本文利用子通道程序PRTHA计算了IHNI-1反应堆堆芯热工参数,分析了IHNI-1反应堆堆芯燃料元件与冷却剂的温度场分布,同时给出了堆芯发生过冷沸腾时的功率计算结果。利用RELAP5程序分析了反应堆瞬态特性,以及堆芯瞬态参数随反应性的变化过程。通过本文的分析,表明IHNI-1反应堆具有较好的固有安全特性。

G550高强度冷成型钢高温力学性能瞬态试验研究

冷成型钢高温材料特性是进行冷成型钢结构抗火设计及数值模拟的重要参数。现有的钢材高温材性数据大多基于稳态试验方法得到,而瞬态试验方法显然较前者更接近实际火灾情况。本文利用MTS810试验系统对1mmG550冷成型钢进行了详细高温瞬态试验研究,并将试验结果与已完成的同批次G550冷成型钢高温稳态试验进行了细致对比,结果表明:①G550冷成型钢瞬态试验极限强度折减系数在525℃以下时与稳态试验结果比较接近,但在550℃以上时明显高于稳态试验结果;②相同温度、应力水平下,G550冷成型钢瞬态试验应变值高于稳态试验结果,尤其在应力-应变曲线非弹性段二者差异明显。因此,瞬态试验方法与稳态试验方法对G550冷成型钢并不等效。然后,基于统计平均方法得到瞬态试验高温弹性模量以及屈服强度,同样与稳态试验结果进行了比较;最后,通过数值拟合提出了G550冷成钢高温材性折减系数及本构关系表达式,表达式与试验结果基本吻合,满足工程精度要求。

青藏工程走廊带多年冻土导热系数测试方法对比研究

为分析不同测试方法对青藏工程走廊带内多年冻土导热系数测试结果的影响规律,指导冻土工程的热工设计和为走廊带内冻土导热系数的测试方法选择提供依据,搭建了稳态对比法、稳态热流计法、瞬态平面热源法和瞬态热线法冻(融)土导热系数试验测试平台,运用理论模型对稳态对比法测试过程中径向漏热量进行了估算,分别从测试结果准确性、适用土性类别和适用场合等方面对各类测试方法进行了对比。结果表明:稳态对比法试验结果与文献理论值相差较大,测试过程中径向漏热量无法忽略;稳态热流计法和瞬态平面热源法的测试结果与理论计算值具有较好的一致性,80%以上的测量值与理论值相对误差小于±15%;瞬态热线法测试结果整体偏小,冻、融土平均偏小17.75%和15.03%.考虑到瞬态平面热源法测试结果准确,测试时间短,样品需求量小,因而是一种合适的青藏工程走廊带冻(融)土导热系数大规模测试方法。