基于二维传热数值分析模型的激光处理专家系统

实现激光热处理工艺优化控制的方法是建立一套实用的激光表面处理工艺专家系统。文章讨论了激光相变硬化处理专家系统的建立 ,该系统结合了基于关系型数据库的知识系统和基于二维传热相变的计算机数值分析模型 ,运行时优先考虑使用数据库中的实际加工工艺参数 ;在数据库中没有满足该加工初始条件的工艺参数的情况下 ,参考数据库中的实际加工工艺参数进行正交设计 ,进而使用数值分析模型进行虚拟和分析处理 ,最终获得一个比较具有实际意义的专家参考工艺参数。数学模型则采用 SIMPL ER法进行分析和模拟计算。该系统克服了完全依赖于数据库知识系统所具有的工艺参数的有限性 ,又克服了完全依赖于数值分析模型的不精确性 ,具有典型的学习功能。

高深宽比冷却通道的流动与传热数值分析

本文描述了一个火箭发动机高深宽比冷却通道三维流动和传热分析程序。该程序是建立在抛物线化的纳维尔一斯托克斯方程基础之上的,将其流动和传热计算结果与文献中找到的测量数据进行比较,表明该程序是有效的。计算是针对实际压力为100巴的发动机冷却通道内的流动进行的。计算出的冷却剂温升和压降值和实验结果符合良好。参数分析给出了湍流强度、壁面粗糙度、传热边界条件和近壁流动模型的影响。可以看出,本程序能够成功用于火箭发动机冷却通道内三维的流动和传热分析,它高效地利用 CPU 时间,而且用它来帮助设计现在或是将来的火箭发动机燃烧室将是很方便的。

余热锅炉管口区传热的数值分析

应用高温换热设备管口传热分析系统针对某天然气化工厂二次转化气余热锅炉管口区传热问题建立了物理、数学模型 ,进行了相应的数值分析。数值计算结果表明 ,新型双瓷管保护结构改善了管口区的传热性能 ,降低了余热锅炉管口区金属材料的温度 ,减缓了高温腐蚀反应速度 ;新型双瓷管保护结构同时改善了管口区域内保护套管的温度“畸变” ,因而减轻管口区材料的热应力破坏。

多年冻土区天然地面耦合热管的数值传热分析及优化

为了青藏铁路多年冻土路基耦合热管优化设计的需要,建立多年冻土区天然地面耦合热管的相变传热模型,利用该模型研究不同热管管径、气候条件和冷凝段与蒸发段长度比对热管传冷量的影响。结果表明:大管径的热管对于提高热管的传冷量是有利的;在冷凝段与蒸发段长度比大于0.9的条件下,热管传冷量随长度比增大得并不明显,因此建议优化的冷凝段与蒸发段长度比取为稍大于0.9的值;与年平均气温较高的多年冻土区相比,年平均气温较低的多年冻土区更有利于热管的传冷。对比模型计算值和现场实验值表明,提出的模型与实际拟合良好。

基于有限元法的垂直地埋管换热器传热研究

根据能量守恒原理,对地埋管换热器建立二维传热模型。运用Ansys热分析软件,采用热传导的有限元瞬态分析方法,对地源热泵垂直埋管与回填材料及岩土间的传热进行数值模拟与分析。根据合肥地区某住宅的地源热泵工程的相关设计资料,分析了垂直埋管在岩土中传热的温度场及温度梯度场的影响大小及范围,对地埋管在1个周期运行后对岩土体的温度恢复情况的影响进行了数值分析,结果表明:对于地处夏热冬冷的合肥地区,较适宜应用地源热泵系统,岩土温度的自平衡性较好。

中国实验快堆泵支承冷却系统温度场分析

中国实验快堆一回路泵支承套筒是承重设备,位于高温的热钠池中。为了限制套筒和套筒内部冷钠腔室的钠温度,维持主泵正常工作温度,设置钠泵支承冷却通道。利用计算流体动力学技术(CFD),对泵支承冷却系统进行三维模拟,通过对泵支承冷却系统冷却流道和支承结构的数值传热分析,得到了该系统的温度场分布情况,验证了泵支承冷却系统的冷却能力。

红外相机三态隔热冷却装置的设计及分析

红外相机工作环境温度不能超过50℃,但在某些工业高温场合,它需在约300℃的环境中持续工作。针对此问题,设计一种适用于某型号红外相机的三态隔热冷却装置。该装置结合隔热材料阻滞热量传递、水冷却、空气冷却的三态物质的隔热冷却效果,同时具有自清洁石英玻璃的作用。通过COMSOL中的传热模块对传热性能进行验证,分析其内部空间的温度场。结果表明:所设计的三态隔热冷却装置能够在约300℃的环境温度下使红外相机所处空间的温度保持在50℃以下,保证红外相机能正常工作。

预应力钢结构锚固节点瞬态温度场分析

根据试验数据,建议了热铸锚填料锌铜合金和冷铸锚填料环氧树脂/钢丸混合物的比热容及导热系数计算公式.基于热传导理论和ABAQUS数值传热模拟平台,进行了ISO834标准火灾下锚固节点截面瞬态温度分布的参数分析.结果表明:随着受火时间的延长,热铸锚杯壁截面温度分布非均匀性逐渐显现,锌铜合金填料的升温速率显著低于锚杯壁;冷铸锚杯壁截面温度分布较均匀,包裹钢丝的填料区域较填料其他区域温度分布非均匀性降低.总体上,锚头沿中心轴的温度分布非均匀性显著,且升温明显滞后于环境温度,无防火保护的情况下锚杯内壁界面处的填料将在较短时间内失效.所提出的热铸锚截面瞬态升温理论计算式,为预应力钢结构锚头抗火承载力验算提供了理论依据.

基于空腔辐射效应的钢索截面温度场分析

该文基于传热学基本理论及ABAQUS数值传热分析平台,以圆柱壁的截面径向导热热阻和空腔热阻代替平壁导热热阻,分别建立了四面受火工况下具有空腔几何特征的钢索截面升温理论及数值传热模型,得到考虑空腔辐射传热效应的无防火保护钢索截面升温历程,将其与具有等效截面圆钢的升温历程比较,研究表明:截面尺寸和空腔辐射效应对钢索截面升温历程有显著影响,空腔辐射效应在火灾升温初期加快了钢索截面的升温速率;最终在钢索热传导理论分析及数值模拟基础上,建议了钢索截面升温计算式,从而准确确定火灾升温历程中钢索材料性能衰减程度,正确评估预应力张拉结构中钢索的抗火承载力。

典型舰船舱室大气环境仿真

根据流体力学和数值传热的基本原理,用CFX软件对某典型舰船动力舱室大气环境进行仿真研究,对仿真的对象从仿真的方法、过程、评估等方面作出初步研究,并将实船试验数据与仿真结果进行对比分析。通过仿真、对比分析表明,CFX软件可以实现舰船舱室大气环境的计算机辅助设计并对其流场分布进行优化。

大功率激光二极管列阵的硅基微通道热沉研制

为了提高大功率激光二极管列阵的散热效率以便提高其寿命和波长稳定性,研制了一种封装集成度较高的屋脊式硅基微通道热沉。将田口稳健设计方法用于微通道热沉的优化设计,利用正交试验和信噪比分析实现了参数的稳健优化。以(110)单晶硅作为基片,采用KOH各向异性刻蚀和硅-玻璃-硅三层阳极键合方法制作出了通道宽度约为50μm的微通道热沉,通道壁面粗糙度优于0.1μm。采用激光二极管芯片对样品进行了封装和测试,利用砷化镓激光波长的温度漂移系数估算出了中间激光二极管的有源区温升,从而计算出了热沉的热阻。测试结果表明,该微通道热沉的单位面积热阻约为0.070 cm2.K/W,与有限元分析结果基本一致。

光刻物镜恒温水套的小比例模型实验设计

为了进行光刻物镜恒温水套先期设计分析,采用相似性原理设计了一个恒温水套的小比例模型实验,并采用数值仿真的办法,证明了该小比例模型实验设计方法的正确性。首先根据恒温水套的结构形式给出了传热控制方程。接着对各控制方程进行分析,得出了稳定传热情况下模型实验设计的相似准则。然后根据相似准则设计了一个光刻物镜恒温水套的1:4小比例模型。最后通过数值仿真分析了1:4小比例模型及原型上的热场分布,计算结果表明它们之间的热场分布具有相似性。结论表明:在进行光刻物镜恒温水套小比例模型的稳定传热实验设计时,需要满足几何相似、雷诺数相似、普朗特数相似、毕奥数相似及边界条件相似。

火灾高温下热铸锚抗拔性能研究

为研究热铸锚在火灾高温下的耐火极限及失效模式,开展了18个锚固预应力平行钢丝束、钢绞线及高钒索的热铸锚高温抗拔性能恒载升温试验和4个恒载恒温试验并进行了其数值传热分析。试验结果表明:高温下热铸锚钢索端滑移时程表现为线性增长、加速增长及滑移位移突变三个阶段;在发生钢索锚固端滑移位移突变前,锚固索拉力基本保持不变,且拉力突降滞后于滑移位移突变;当张拉力水平不超过0.3,热铸锚锚固破坏时锌铜合金填料达到熔点;随着张拉力水平及温度水平增长,锚头内的钢丝对锌铜合金填料有明显的裹挟现象,表明高温下填料对钢丝握裹具有较好延性。基于试验及数值传热分析结果,建议以高温下热铸锚锚固端滑移量超过索体名义直径的8.5%作为热铸锚高温失效判断准则,并提出了验算热铸锚高温承载力的临界温度法。

10kW电校准激光功率计吸收体的设计与抗损伤性能研究

激光功率的绝对测量主要采用电校准激光功率测量系统,将激光功率溯源至电压和标准电阻基准,实现量值复现。对于万瓦级高功率激光的绝对测量,吸收体的抗损伤性能是测量系统的关键。针对10 kW电校准激光功率计吸收体的设计与抗损伤性能展开研究,基于反射锥体扩束结构和水冷散热方式,实现了抗损伤激光吸收腔体的设计与研制。采用数值传热分析手段,对不同激光功率、光斑尺寸和冷却水流量下吸收体的传热特征进行了研究。结果显示,吸收体内壁激光吸收面的温升得到较好控制,吸收体的功率测量上限达到15 kW,主要受限于水冷通道表面温升引起的冷却水汽化。数值分析结果对于抗损伤性能的明确、测量系统参数的设定和吸收体结构的优化具有重要的参考价值。在高功率激光下对由该吸收体组成的电校准测量系统开展了实验测试,最高测量功率达到14.3 kW,不同功率下的测量数据保持稳定,吸收体未发生损伤。