基于子循环自适应串行交错时间匹配算法的油浸式变压器绕组瞬态温升计算

针对传统算法存在的步长调整及耦合点选择问题,该文提出基于子循环自适应串行交错(SCAS)的时间匹配算法。首先,在步长调整方面,通过加入自适应(ATS)-启发式(HTS)混合变步长算法,解决步长无法实时调整的问题;然后,针对耦合点选择问题,该文在传统常规串行交错(CSS)时间匹配算法及现有改进方案子循环常规串行交错(SCSS)的基础上,提出SCAS时间匹配算法,采用自适应方案确定计算时间窗及预定耦合点,并引入指数平滑法对其精度进行保证;最后,该文基于110 kV油浸式电力变压器建立二维瞬态单分区分匝绕组模型,并将所提算法与其他传统方法进行对比分析。结果表明:在精度方面,与传统CSS算法相比SCAS算法的流场及温度场最大平均相对误差均不超过0.45%,在可接受误差范围内;在效率方面,SCAS算法总体计算效率较CSS算法提高了近20倍。同时,为了说明所提算法的工程价值,该文搭建基于110 kV变压器绕组模型的温升实验平台,将SCAS时间匹配算法应用于该模型中,实验结果表明:在精度方面,SCAS算法与实验达到稳态时最大绝对误差为2.7 K;在计算效率上,本文所提算法的计算效率较传统算法提升约46倍,计算步数约为传统的1/47,减少了计算冗余。

基于差异冻结技术的深厚冲积层三维冻结温度场数值计算分析

为了探究人工地层冻结(artificial ground freezing, AGF)多圈管冻结壁温度场分布与发展规律,以淮北青东煤矿东风井为工程背景,利用现场实测数据和COMSOL Multiphysics软件建立三维冻结温度场数值计算模型,分析了立井井筒所在土层在差异冻结技术下的冻结温度场时空演化规律。研究结果表明:在对比分析中三圈管相较两圈管冻结扩展速度较快,相同的冻结时间下,冻结壁平均温度要低0.73~3.32℃·d^(-1),有效厚度增加0.38 m;砂土层相同冻结时间的条件下冻结壁平均温度要比黏土层低0.94~1.50℃,有效厚度增加0.21 m。冻结井筒计算范围内,径向温度场呈现出圈管之间温度低,圈管两侧温度较高的“马鞍型”分布;在土体深度方向,不同土性的土层温度梯度较为明显,具体表现为三圈管以及细砂层位温度更低,30 d左右Ⅱ层土体(三圈管砂土层)降温速率达到最大,约为1.12℃·d^(-1),首先完成土体降温阶段进入冻结壁交圈和拓展阶段,此时其他土层仍处于土体降温阶段。“长短腿”冻结管布置形式既可以提高井筒开挖的时间,缩短工期;又可以防止深部冻土入荒径过多,降低开挖难度,节约工程成本。采用差异冻结的方式,开机冻结30 d,去路盐水温度降至-30℃后维持该温度循环制冷盐水,使得该冻结工程取得了圆满成功。此研究可以为类似矿井冻结施工提供一定的参考。

600MW汽轮机转子高精度热应力在线监测模型研制

转子热状态的监控必须实时计算转子体内温度和应力场。从二维轴对称体内导热微分方程出发,经过一些合理假设和简化后,用积分变换的方法推导得到转子内温差及热应力迭代计算公式,并通过实例与有限元计算结果作了对比。结果表明所得模型计算精度高、计算速度快,所得到的热应力计算公式不仅可用于汽轮机和燃气轮机转子热状态理论分析,还可用于在线监测和疲劳分析以及处理材料、边界条件的非线性因素。所采用的推导方法和得到的应力计算公式还可用于其它具有类似边界条件的轴对称体内热状态分析。

考虑轴向传热的单芯电缆线芯温度实时计算模型研究

为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载恒定与阶跃电流的实验,讨论了电流、电缆敷设环境与外界环境温度等因素对轴向、径向温度分布的影响。实验结果表明,电流是决定轴向温度梯度变化趋势的主要因素,空气中电缆的线芯温度上升速度最快,土壤中电缆次之,水中电缆最慢。最后通过有限元仿真工具,对比了空气中电缆中间接头三维有限元模型与二维有限元模型计算的线芯温度。研究结果表明,只考虑电缆径向传热的二维热路模型会造成线芯温度计算的误差,而考虑电缆轴向与径向传热的三维热路模型能够提高计算的精度。

铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的实验研究

空调铁路客车室内空气湍流场、温度场的研究是空调客车室内气流组织设计及车室内舒适环境评价与研究的基础 ,本文采用k—ε湍流模型 ,固体区域应用区域扩充方法 ,对空调客车室内三维空气流场与温度场分布进行了数值模拟研究 ,为空调客车室内舒适环境的优化研究提供了依据。

燃气涡轮无气膜冷却动叶参数化设计系统应用

为进行燃气涡轮冷却结构的设计,在考虑总的温度分布系数(OTDF)及不考虑OTDF两种情况下,采用一套设计方法,完成了燃气涡轮第一级动叶冷却结构的整体设计。通过设计表明:采用管网计算,并通过三维导热计算进行热分析,最后通过气热耦合计算能够快速地设计出较佳的冷却结构;不考虑OTDF设计时,第一腔流量为16.9g/s,第二腔流量为40.8g/s,最大无量纲温度0.700,采用双进口蛇形通道,换热效果较佳,且结构设计较为简单;考虑OTDF时,为达到设计要求,第一腔流量为18.2g/s,第二腔流量为25.4g/s,第三腔流量为5.3g/s,最大无量纲温度0.752。通过多方案设计,得出在无气膜情况下,采用三个冷气进口多回转通道能够达到较好的冷却效果。

汽车发电机定子三维温度场有限元计算

提出了针对汽车爪极发电机三维定子温度场有限元计算的新方法,有效处理了汽车爪极发电机定子铁心与气隙之间以及定子绕组端部与空气之间复杂的对流散热过程,妥善解决了汽车爪极发电机定子的热交换问题。运用等效体积法给出了散下线定子绕组的三维有限元计算模型,简化了计算难度并且节省了计算时间。在此基础上建立了汽车爪极发电机定子三维温度场三维数学模型和三维有限元计算模型。计算了汽车爪极发电机额定负载运行时定子的稳态温度场;实验结果很好地验证了该三维温度场计算模型的正确性和计算结果的准确性。在该三维温度场计算模型的基础上,分析了冷却风速及浸漆质量对汽车爪极发电机定子温度场的影响,为汽车爪极发电机优化设计奠定了理论基础。

二维三温流体力学计算中时间步长的自动控制

研究了二维三温流体力学计算中时间步长的控制问题,提出了控制时间步长的多种约束条件:既考虑了显式流体力学离散方程的CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件,又考虑了隐式三温能量方程温度的相对变化,还考虑了Lagrange网格密度(或体积)的相对变化以及三温能量方程的迭代次数等.在计算过程中这些约束条件可以随时自动地改变时间步长,以最经济和合理的时间步长完成计算.最后给出了数值实验结果.

600MW机组锅炉分隔屏过热器变工况壁温分析

通过对600 MW机组四角切圆燃烧锅炉的前屏过热嚣在BMCR、BRL(不投油最大稳燃负荷)、100％ECR、滑压75％、滑压50％、高压加热器切除6种典型工况的三维壁温计算,得到了各工况下前屏过热器典型三维壁温分布及最高壁温高发生的部位和最高壁温值。根据分隔屏过热器的壁温计算结果,对过热器的设计和选材提出了优化设计方案。

周向接触弧长对闸片温度场分布影响的研究

提出了热流分配系数受摩擦副周向接触弧长影响的观点;使用分段二次插值法确定了摩擦副周向接触弧长和热流分配系数随径向位置的变化关系;基于能量守恒法,计算和比较了2种不同热载荷下闸片的温度及其分布规律。结果表明:周向接触弧长随径向位置呈先增大后减小的变化规律,而热流分配系数的变化趋势正好与其相反;由2种不同热载荷计算得到的温度峰值发生时刻虽接近,但差值较大;温度在径向和轴向方向上的分布规律也不相同。因此,在摩擦副的热分析过程中必须考虑闸片结构带来的影响。

SiC/Fe/SiC连接件高温温度场分布的计算

采用有限元方法对SiC/Fe/SiC高温钎焊连接件进行了三维温度场分布的有限元计算分析,以期对该连接件热力耦合条件下的应力分析提供热分析结果,计算表明,在连接件的边界、棱角处由于其曲率半径的影响,使得该区域具有较高的自由能,温度较其他区域高。

具有自调节通风性能的大型永磁同步发电机内流热特性数值研究

为了探究具有自调节通风功能的结构紧凑型大型永磁同步发电机内部流体流变特性及温升分布规律,以一台6 MW永磁同步发电机为例,基于电机学和数值传热学理论,结合流-热耦合机理,根据电机实际冷却结构选择一个周期作为求解域,建立三维流体场与温度场耦合分析数学模型及物理模型.采用有限体积元法对永磁同步电机三维温度场进行数值研究,对发电机定转子铁心、定子绕组与绝缘以及永磁体的温升分布特性进行详细分析.通过与电机绝缘温升限值的对比分析,验证了其求解方法的合理性以及计算结果的准确性,为永磁同步发电机温升的计算及通风结构的设计提供参考依据.

二维紧密蛋白质链折叠序列的特性研究

采用完全计数法,研究了二维紧密蛋白质链在不同HP序列时的构象性质,特别是具有唯一基态能量的折叠序列的性质.对于具有N个单体的紧密蛋白质链,发现有一定比例的序列为折叠序列.在这些折叠序列中,疏水基团(H)的数目比亲水基团(P)多20%,并同200种真实蛋白质分子的疏水基团和亲水基团的结果进行了比较.对于不同的折叠序列,根据序列中其疏水基团的数目,把具有相同疏水基团数目的序列归在同一类,发现这样的序列在总的序列中的相对含量满足高斯分布.同时还对序列中H(或者P)团族大小及其分别进行了研究,发现折叠序列与无规随机序列不同.还研究了不同折叠序列在不同链长时的比热情况,发现其相转变温度TC主要与链长有关,与折叠序列无关.

沈兴输油管线节能技术研究

根据实验数据确定了沈兴原油粘温关系曲线,并回归出了吻合度很好的原油粘温方程。从传热学原理出发,利用水热耦合模型对沈兴输油管线热油管道沿线土壤温度场进行三维传热情况数值模拟,并对热油管道停输后进行热力计算。实验与研究结果表明:实验测得凝点值为41℃,根据相关规范的要求,热油管道的允许最低进站温度为44℃;水分迁移等因素对土壤温度场及埋地管道非稳态传热的影响非常明显;随着出站温度的升高,进站温度也增加,但是进站温度的增加幅度要小于出站温度的增加幅度;随着输油温度的降低,停输后能满足输送条件的时间渐渐变小;由于沈兴管线所输送原油凝点高达41℃,建议开展原油降凝降粘研究,降低凝点,进而降低允许的最低进站温度,最终降低加热站出站温度,以节省管道总运行费用,同时低凝又能够提高热油管道的安全性并且大多数降凝方法也兼有降粘效果,以期实现热油管道的安全经济运行。

固体火箭发动机后效推力计算

为提高导弹的精度,对固体火箭发动机后效推力进行了理论分析和计算。首先用一维两层模型计算绝热层内部温度场,建立了绝热层表面能量和质量守恒方程,得到后效段绝热层各时刻的热解气体质量和烧蚀质量,再采用经典流体力学理论对后效段发动机内弹道进行了一维计算,而后计算发动机的后效推力。计算结果表明,发动机工作结束后的后效推力迅速减小。

热力耦合条件下的SiC/Fe/SiC接头残余应力分析

陶瓷和金属的连接是陶瓷获得广泛应用所需解决的问题之一,陶瓷-金属连接中残余应力计算、测量、缓解是陶瓷在应用中必须解决的关键问题。对陶瓷与金属连接的应力分析计算时,考虑连接温度对应力的影响会使计算结果更接近实际。本文采用有限元方法对SiC/Fe/SiC高温钎焊连接件进行了三维温度场分布的有限元计算分析,并在此基础上计算了该连接件在热力耦合条件下的残余热应力分布情况。计算结果表明,在陶瓷与金属连接中连接处的外表面是应力和热量最为集中的地方,也就是连接件最易出现裂纹的地方。此外,在模型的边界、棱角处由于其曲率半径的影响,也是温度和应力集中点。平面与曲面相比,曲面的残余应力分布均匀,且数值高。

2.5MW直驱永磁风力发电机温度场的耦合研究

以一台2.5MW直驱永磁风力发电机为例,根据发电机本体冷却结构及传热方式,建立计算流体力学的流体与固体耦合温度场三维传热模型,运用有限体积法对发电机全域温度场及流体场进行求解计算,并分析关键因素参数变化规律。通过分区域温度监测实验,验证计算方法的准确性。得出了2.5MW直驱永磁风力发电机内部温升分布规律及冷却流体流动特性,分析了发电机内主要散热途径及传热特性,并验证了分区域温度监测方法的正确性及强制风冷冷却的局限性。

600MW机组锅炉屏式过热器壁温测试及三维计算

大型锅炉过热器爆管是造成机组强迫停机的重要因素之一,而大多数的爆管都是由管壁超温引起的。因此,为了准确了解锅炉屏式过热器(屏过)的壁温分布情况,在大别山电厂超临界600 MW机组锅炉屏式过热器上进行了炉内外壁温测试,实时采集了炉内壁温及炉外壁温的变化数据,找出了屏式过热器炉内外壁温的关系,并用最小二乘法拟合出二者的关联模型,并进行了三维壁温分布计算分析。利用所拟合的屏式过热器炉内外壁温的关联模型及炉外可长久保留的测点测量出的温度t0,可以预测发生超温管段的炉内温度。此外,利用该模型还可验证屏式过热器三维管壁温度计算程序结果的可靠性。

二维铁电材料的理论研究进展

对铁电材料的性质和应用的研究已成为材料科学和凝聚态物理领域热门的研究课题之一.搜寻和设计结构稳定性好、居里温度高的二维铁电材料可以克服传统钙钛矿型铁电材料在尺度降低时电极化退化的缺点,有利于在技术上实现铁电元器件的小型化、集成化.由于实验上制备出来的二维铁电材料比较少,本文重点介绍以第一性原理计算方法为主要手段在二维铁电材料方面取得的最新理论研究成果.首先介绍近年来预测的面内极化型和垂直极化型的二维本征铁电材料.然后介绍理论上提出的在二维材料中引入铁电性或者增强铁电稳定性的各种方法,包括表面吸附、插层原子、外加应变、电场和选择合适的衬底等.最后对二维铁电材料理论研究中存在的问题和未来的研究方向进行讨论.

台车式热处理炉加热过程模拟与分析

热处理作为管材及三通等产品的最后处理工艺,直接决定产品质量。热处理要求炉内温度分布均匀,特别是三通附近。为研究某台车式热处理炉内三通摆放位置的差异对炉内温度分布的影响,利用数值模拟(CFD)技术,建立同实际一致的三维计算模型,选用k-ε湍流模型和Rosseland热辐射模型分别对热处理炉内均匀分布三通、非均匀分布三通条件的流场进行模拟计算,得到稳态条件下台车式热处理炉内气体分布、气体流速和温度分布规律,确定各工况对三通质量的影响,为现场热处理操作提供了技术支持。