热管措施下锥柱式桩基础传热过程及降温效果预测研究

针对青藏直流联网工程塔基热稳定性问题,建立空气-热管-土体耦合传热数学模型,并利用该模型开展锥柱式基础传热过程及热管冷却降温效果的模拟预测研究.结果表明:冷季热管工作期间,其周围地温梯度明显较大且呈"纺锤形"分布.同时,由于锥柱式基础及其底座为热的良导体,热管产生的冷量通过锥柱式基础及其底座快速向基础底部传递,使得基础下部形成大范围低温冻土,这对主要考虑融沉病害的锥柱式基础而言十分有利.暖季热管停止工作期间,浅层地温主要受环境温度影响,锥柱式基础附近融化深度大于天然地表下,二者差值约35 cm.通过热管剖面及无热管作用中间剖面地温对比,发现单一塔腿在4根热管措施作用下,锥柱式基础周围多年冻土地温分布较为均匀,可避免冻土地基的显著不均匀沉降变形.热管周围土体快速降温过程主要集中在前5 a,之后受气候变暖影响桩基础及天然地表以下上限深度不断增加,多年冻土地温缓慢升高.50 a气温升高2.6℃背景下,锥柱式基础下部多年冻土仍保持冻结状态,能够满足青藏直流联网工程对于冻土地基热稳定性要求.

石油焦煅烧回转窑综合传热过程数值模拟

研究了石油焦煅烧回转窑内的物理和化学反应过程对回转窑内传热过程的影响,并在对回转窑内的物料输送过程、传质过程和传热过程具体分析的基础上,建立了石油焦煅烧回转窑的综合传热数学模型.应用数值计算方法对传热数学模型进行计算求解,预测了窑内气体、物料和窑壁内外表面的轴向温度分布.结果表明,窑内的高温区域主要集中在挥发分大量燃烧的区段上,三次风的注入会引起窑内气相温度的明显下降,但不会造成料床温度的明显变化;在物料与气体、窑内壁之间热交换过程中,物料与被覆盖的窑内壁表面之间的对流换热和气体与料床表面间的辐射换热为主要的传热机制.计算预测的结果与测量数据在规律上和数值上都能较好地符合,从而为石油焦煅烧回转窑的优化设计和经济运行提供了指导和依据.

注射模充模流动和传热过程的理论与算法

从粘性流体力学的质量、动量和能量方程出发 ,针对塑料注射成型特点 ,基于量纲分析 ,建立了适合于充模分析的数学模型。控制方程的求解主要包括三个阶段 :压力场、温度场和流动前沿位置的确定。数值求解采用有限元法求解压力场、有限差分法求解温度场、控制体积法确定流动前沿位置 。

应用逐层传热模型分析高真空多层绝热中的传热过程

本文在量热研究所得到的实验数据的基础上 ,通过建立逐层传热模型 ,对高真空多层结构中的传热过程进行了分析。计算结果和实验数据的比较表明 :模型较好的解决了反射屏间固体传热量难以用特定的公式进行计算的难题 ,计算得到的当量热导率与实验值的误差在 30 %以内 ,符合工程计算的要求。由此可见 ,逐层传热模型可以较好地反映层间的传热过程 。

不同路面和幅宽条件下冻土路基传热过程研究

随着我国多年冻土区高速和高等级公路建设的发展,冻土路基稳定性成为工程建设的关键科学问题．应用有限元计算分析发现,沥青路面下路堤底面的年均热流量为砂砾路面下的3倍；高等级公路在路面宽度较普通公路增加1倍的时候,底面年平均热流量增加60%,且增加的热流主要集中在路堤底面的中心部位,并产生“聚热效应”,导致多年冻土的退化进程加快0．6倍；这种关系不会因路堤高度增加而减弱．因此,在多年冻土区修建高等级公路,会带来更为严重的工程病害,在工程建设中必须充分重视,并采取积极的防治措施,才能确保工程的长期稳定．

空心玻璃微球与载气之间传热过程的影响因素

为实现玻璃微球与载气之间传热过程的定量控制,建立了玻璃微球与载气之间的热传递模型,研究了载气组份、温度、压力以及微球直径和壁厚对玻璃微球与载气之间传热过程的影响。结果表明在干凝胶法制备空心玻璃微球工艺中常用载气组份、温度和压力范围内,载气温度和压力对玻璃微球与载气之间传热阻力的影响都可以忽略,但载气中的氦气含量对微球与载气之间传热阻力的影响很显著。随着微球壁厚的增大,玻璃微球与载气之间传热阻力显著增加。因此,改变载气中的氦气含量可以作为控制微球与载气之间传热过程的有效方法,并且随着微球壁厚的增大,提高载气中的氦气含量对增强载气与微球之间传热性能的作用逐渐增强。

离心渗铸工艺中铝熔体在SiC多孔介质内的渗流传热过程

针对离心力场中铝熔体在SiC多孔介质内的渗流传热现象,考虑离心力对渗流传热过程的影响,根据局部非热平衡假设建立了多孔介质渗流传热模型。采用全隐格式TDMA算法和第一类迎风差分方法对渗流过程的温度场进行了数值计算。研究分析了不同复合层厚度下离心渗透过程中的流场和温度场瞬态变化规律。计算结果表明,在渗透区域,熔体与SiC颗粒存在着一定温差,而在渗透前沿,这种温差相对较大。渗流速度变化存在两个十分明显的阶段,渗流速度较高且急剧下降的初始渗透阶段以及渗流速度相当平稳的后续阶段。渗流速度的这种瞬态变化规律主要是多孔介质内流体流动与离心压力相互作用的结果。渗透初期形成的紊流状态,是导致熔体卷吸空气、使复合材料内部形成气孔的主要原因之一。选择合适的工艺参数对于确保铸件质量是十分关键的。

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析 Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spraywatch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律。结果表明,计算结果与实测数据基本吻合。雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化。直径为 34μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达 2. 5×106 K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征。

换热管传热过程的熵产分析

基于热力学第一、二定律对换热管由管内到管外的传热过程进行了熵产分析 ,以管内流体为基准引入了无因次熵产数并得到其计算式 ;讨论了管内流体雷诺数、管内外流体雷诺数比值、无因次入口换热温差及无因次特征尺寸等参数对换热管传热过程不可逆性能的影响。结果表明 ,存在一最佳的管内流体雷诺数使无因次熵产数最小 ;无因次熵产数随管外与管内流体雷诺数的比值的增大而单调递增 ,随无因次入口换热温差和无因次特征尺寸的增大亦近似成线性增大。结果和方法对进一步完善基本对流换热过程的热力学评价具有一定的意义 ,同时为换热管双侧强化传热时性能的评价提供理论基础。

蜂窝型蓄热体传热过程热工特性的数值研究

介绍了高温空气燃烧过程中蜂窝型蓄热体的工作原理和损毁原因 ,并建立蓄热体三维非稳态传热数学模型。采用代数雷诺应力模型和修正的速度 -压力耦合算法SIMPLEC ,耦合蓄热体内流体的流动和换热过程 ,用数值计算的方法研究了蜂窝型蓄热体的传热特性和格孔壁面上的应力变化规律。结果表明 :适当降低流过蓄热体的气体流速 ,缩短四通换向阀的切换时间 ,可降低烟气的出口温度 ,提高系统的余热回收率。频繁的蓄热和释热过程变换 ,使蓄热体格孔壁面交替受到拉应力和挤压应力的作用 ,换向时间越短 ,应力交替作用的影响越大 ;流体的流速越大 。

液体火箭发动机推力室发汗冷却传热过程的数值模拟 (Ⅰ)数理模型

针对液体火箭发动机推力室的发汗冷却传热过程建立了数理模型。模型中考虑了冷却剂与结构材料之间存在温差、并进行对流换热，即采用了局部非热平衡模型。同时，模型中还计及了冷却剂（氢）的热物性参数随温度和压力的剧烈变化及固体壁沿轴向的导热过程。

固体吸附式制冷系统中吸附床内传热过程的数值模拟

通过固体吸附床的模拟来优选吸附床的型式。建立了非稳态、有内热源的模型 ,分别对螺旋管外换热式吸附床和内热换热式吸附床进行模拟。考虑到多微孔物质的传质和传热阻力大的情况 ,又建立了翅片换热式吸附床和肋片换热式吸附床的传热传质模型。通过分析 1 3X -H2 O工质对在吸附床内的脱附速率等参数 ,优选出较为适宜的吸附床模型 ,并在优选得到的模型上模拟自制吸附剂的脱附特性及床层温度分布。结果表明 :增加翅片或肋片能增强床层的传热效果 ,其中增加肋片效果更显著。

煤灰沉积的传热过程模型及其数值研究

计算流体力学（ＣＦＤ）方法的应用在锅炉设计或燃烧设备的改造过程中有着十分重要的作用．本文研究了实际燃烧过程中普遍存在的煤灰沉积现象对数值计算结果的影响，提出了描述煤灰沉积的新型传热模型，比较了新模型采用前后数值计算结果与实测数据的差异，从而验证了该模型的合理性，提高了对炉内积灰、结渣过程数值描述的精度．

物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应

根据回转窑内物料颗粒的运动特点,推导了颗粒团在贴壁运动过程中的非稳态导热系数及界面处的接触传热系数,进而得出了物料与封盖窑壁间的换热系数;结合已有研究成果,建立了回转窑的传热数学模型。计算表明,未考虑物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应时,物料温度偏低;温度越高,强化效应对物料温度的影响越大;考虑物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应,有利于提高回转窑煅烧熟料的质量和热效率。

内胆式双热型生物质热解反应器内传热过程建模分析

在对自行设计的内胆式双热型生物质热解反应器内热量传递过程分析的基础上,针对反应器内部传热复杂的特点,既有生物质颗粒与热床料之间的热传导,也有生物质颗粒与热载气之间的对流换热,还包括热壁面对生物质颗粒及床料的辐射换热等多种传热方式,建立了反应器的壁面传热、颗粒间传热和二维对流换热的数学模型;并通过仿真分析对传热模型进行了验证,得出该耦合仿真模型基本满足生物质颗粒快速热裂解条件,并预测出口气相平均温度均为720 K。

回转窑传热过程数学模型的研究现状及其发展

介绍了各种回转窑传热过程数学模型的概况及其特点,并综述了国内外有关回转窑传热过程数学模型的研究现状及其发展。结合当前的实情,对回转窑传热过程数学模型研究领域中需进一步改进和完善的方面提出了一些建议,并展望了回转窑传热过程数学模型的发展趋势。

新型外燃旋流热风炉内流动与传热过程数值计算

阐明中小型高炉的风温由1000℃左右提高到1250-1300℃的主要措施是将煤气与空气双预热;提出应用高速烧嘴和新型外燃旋流热风炉来预热助燃空气,烧单一煤气可以实现高炉1250～1300℃高风温.对炉内流动与传热过程进行的数值计算结果表明,在蓄热球床表面没有偏流,气流及温度分布均匀.在中试炉上测量的烟气温度分布与计算结果基本吻合.

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析 Ⅱ.工艺参数对熔滴传热过程的影响

在高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数学模型的基础上,用Fe-Al合金进行了数值计算,分析了工艺参数对熔滴传热过程的影响。结果表明,熔滴尺寸越小,在一定喷涂距离上的对流换热系数则越大、熔滴温度越高、固相分数越小、冷却速度越大;雾化气流压力和喷涂电流越大,在一定的喷涂距离上熔滴温度也就越高,熔滴中的固相分数越低,且其凝固过程也越长;熔滴的冷却速度对熔滴尺寸和喷涂距离的变化十分敏感,而对雾化气流压力和喷涂电流的变化不太敏感;Fe-Al合金熔滴的液态冷却速度达105-107K／s数量级,预示涂层将具有快速凝固组织特征。

化学清洗对超临界机组末级过热器换热管传热过程影响模拟研究

化学清洗是解决超临界机组过热器频繁超温的有效措施。本文以某超临界660 MW机组末级过热器T91换热管为研究对象,通过理论分析该锅炉实际运行工况与ANSYS软件模拟相结合的方法,研究该锅炉末级过热器换热管传热过程,并对化学清洗前后换热管壁温分布进行研究。结果表明:氧化皮越厚、机组负荷越高,过热器换热管壁温越高;化学清洗可以显著改善末级过热器换热性能,降低末级过热器管屏之间的温度偏差。

钨极氩弧点焊熔池中流体流动及传热过程的数值模拟

本文建立了一个描述钨极氩弧点焊熔池中流体动力学状态及传热过程的数值分析模型。该模型考虑到了熔池传热过程的瞬时特点、熔池界面的移动以及电磁力、自然对流和表面张力梯度的综合影响;揭示了熔池内部电磁力场、流场和温度场相互作用的规律;采用了流函数—涡度法以及全隐式差分格式。根据该模型得出的数值分析结果与实验值吻合程度良好。