基于MetCal的铜阳极炉精炼过程热力学仿真模型

基于多相平衡原理、过程反应机理和MetCal软件平台,采用化学平衡常数法,建立铜阳极炉精炼过程热力学仿真模型和仿真系统。在典型生产工况条件下,模拟计算氧化期和还原期的产物组成和关键技术指标。结果表明:氧化期铜液中Cu含量的计算相对误差为0.14%,微量元素S、O的含量计算绝对误差分别为0.0057%和0.252%;还原期铜液中Cu含量相对误差为0.16%,S、O的含量计算绝对误差分别为0.0003%和0.002%,精炼渣Cu含量计算误差为4.69%,Pb、Zn、As、Sb和Bi等杂质元素在氧化期铜液与粗铜中的分配比计算结果与生产数据误差分别为2.82%、4.94%、6.24%、6.69%和0.07%。因此,所构建模型和计算系统能较好地反映铜阳极炉精炼过程的实际生产情况,具有精准预测该精炼过程和优化工艺参数的潜力,可有效指导铜阳极炉精炼过程的生产实践。

针对船舶增压锅炉的热力学仿真和数学模拟

本文以船舶增压锅炉作为研究对象,在热力学仿真系统中选取模糊自适应PID控制算法作为主要的仿真控制算法,对船舶增压锅炉的热力学模型进行数学分析。相比传统的热力学仿真系统,模糊自适应PID控制器具有更好的控制性能。在节约船舶增压锅炉能源,降低船舶运营成本的同时,更好地提升船舶的综合性能。

一维热力学仿真助力发动机技术路线制定

通过一维热力学仿真手段,在较短时间内完成多个压缩比,进、排气凸轮轴,集成式排气歧管方案的优化选型,以及三家供应商共18款增压器方案的匹配分析,最终制定出最佳的发动机技术路线。经试验验证,该技术路线能够同时满足发动机外特性及最佳热效率的开发目标。同时,一维热力学仿真为此次发动机技术路线的制定共计节省成本106.24万元人民币,缩短研发周期1536 h。

热力学仿真软件CyclePad在实际热力系统中的应用现状及展望

概述了热力学仿真软件CyclePad的发展过程及应用领域,并介绍了其在实际管网系统中的分析和应用。指出了软件的优势、应用条件和待开发完善的方向。该软件简单、容易操作,可以非常方便地进行热力系统的仿真和多个工况的模拟,适合于快速为设计人员提供参数设计,可以在工程领域及教学中大力推广。

新型两缸发动机水套的热力学仿真分析与优化设计

设计了一种新型的两缸发动机,为了研究发动机水套的冷却性能,确保发动机运行时能够较好地散热,使用了流体仿真软件Star CCM+针对其水套模型进行CFD热力学仿真。仿真结果表明在发动机的缸盖鼻梁区以及排气口附近区域冷却效果不明显,不满足相关热管理要求。为了改善发动机水套的冷却效果,通过在水套上设计相应的隔套来引导冷却液的流向,以保证冷却液在水套不同部位进行合理的分布。优化后的仿真结果表明:发动机缸盖鼻梁区以及排气口附近区域的冷却液流速较快,冷却效果得到较大改善;同时相比原始模型,优化后水套模型中的流体分布较为均匀,这说明合理的隔套设计能够有效改善发动机水套的冷却效果,使发动机在适宜的温度下正常运行。

高动态动力调谐陀螺仪力矩器热力学仿真研究

讨论陀螺力矩器的热力学模型 .根据陀螺仪力矩器基本热平衡方程 ,考虑陀螺动态过程中发热和散热条件的变化 ,建立了高动态动力调谐陀螺仪力矩器的热力学模型 ,编写了力矩器热力学仿真软件 。

某四缸发动机水套的热力学仿真分析

为了研究某四缸发动机水套的冷却性能,确保发动机运行时能够拥有较好的散热能力,使用了仿真软件Converge针对该水套模型进行CFD热力学仿真。仿真结果表明:在缸盖鼻梁区等关键区域冷却效果不明显,还需要进一步优化。

水下滑翔机变浮力装置热力学仿真分析

水下滑翔机变浮力装置在工作时其驱动电机和泵产生的热量会对其内部结构产生影响,导致装置无法正常运行。针对这一问题,采用有限元方法,建立了变浮力装置热力学仿真模型,先对变浮力装置的活塞在理想匀速运动状态时在不同海水深度下到达热平衡时的温度场分布进行了仿真计算,获得了变浮力装置的温度随海水深度的变化规律。结果表明:在所选不同海水深度的工况中,海水深度为500 m时温度最低,在海面时温度最高;在海面处和100 m海深时,变浮力装置到达热平衡时的最高温度存在于右侧活塞上,分别为31.49℃和26.90℃,在所选其他海水深度的工况下装置到达热平衡时的最高温度均存在于泵模型的压盖上。文中同时对不同电机转速到达热平衡时的温度场分布进行了仿真,获得了1 500 m海深下变浮力装置温度随电机转速的变化规律,可知电机转速为5 000 r/min时,装置到达热平衡时的温度最高,为40.95℃,存在于泵模型的压盖上。根据仿真结果获得了该装置运行时温度较高的位置,为判别装置工作时由于温度过高而影响关键部件正常运行的可能性提供参考。

抬浮力打捞工程船艉轴轴承热力学有限元仿真

以12000 t抬浮力打捞工程船为例,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件中的热力学模块对艉轴轴承的散热情况进行研究。介绍轴系布置和艉轴管空舱,分析油膜建立情况下的艉轴轴承热平衡和工作压力分布,进行轴系与艉轴管空舱的热力学有限元仿真。仿真结果满足艉轴轴承的相关要求,并在实船试航中得到验证,表明可取消常规的艉轴管冷却水舱。

高速电主轴热力学分析的仿真研究

根据实际工程需要并结合热力学第一定律,以某公司ES系列高速电主轴系统为例,分析其热源以及散热特性,并计算其主要热源产热参数以及散热系数等热分析参数。综合分析结果,通过ANSYS有限元分析软件建立有限元模型并进行热力学仿真研究,可得出电主轴系统各部分稳态温度分布云图以及达到热平衡时热源部分温度随时间变化曲线。结合实验分析验证仿真结论,并提出电主轴改进参考意见。

基于VCHTC的锂电池热力学精细化仿真

对流换热系数(convective heat transfer coefficient,CHTC)是锂离子电池(lithium-ion battery,LIB)热力学仿真过程中的重要参数。在电池热力学仿真过程中,通常将CHTC设置为固定值。尽管可以获得令人满意的仿真结果,但是仿真过程与实际情况不一致,并且不能准确地预测电池放电期间的温升特性。变对流换热系数(variable convective heat transfer coefficient,VCHTC)可以随电池放电而变化,并提高了仿真过程的准确性。本文研究了在不同环境温度和放电倍率下单体锂离子电池(single lithium-ion battery,SLIB)的温升特性,利用VCHTC建立了电池的生热优化模型。通过对SLIB正常工况范围内的仿真和实验对比分析,结果表明,VCHTC模型的仿真过程温度和恒定对流传热系数(constant convective heat transfer coefficient,CCHTC)模型在不同工况下的平均绝对百分误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别为1.1%和6.9%。

临近空间太阳电池组件热力学特性仿真分析

临近空间飞行器依靠搭载的柔性太阳电池组件和储能电池组构成的能源系统,可在临近空间长期飞行和驻留,完成地面观测、无线通信、军事侦察等任务,因而成为各国航天航空领域发展的热点之一。由于太阳电池组件能量转化效率只有20%左右,大部分太阳光能量吸收后转化为热。这部分热传导到高空气球内部,将造成内部气流紊乱,增加高空气球姿态控制难度,而温度升高引起的热应力甚至可能破坏柔性太阳电池组件。本文通过计算机模拟太阳组件在高空气球蒙皮上的工作条件,建立组件结构模型及热传递数学模型,仿真得到电池组件实际工作时的温度场和应力场分布情况,对高空气球供电组件的结构优化、工作状态的掌握具有指导意义。

SMA人工肌肉模块的热力学分析及力位特性研究

设计了一种SMA人工肌肉直线驱动模块,其具有能量密度高、带载能力强、无声操作、力位输出可控且具备自感知能力等一系列与肌肉极为相似的特性。依据电热驱动原理,通过COMSOL Multiphysics热力学仿真,分析了人工肌肉模块工作过程中的热传递情况及热积累现象。对人工肌肉模块进行了力位输出特性的探究,根据人工肌肉模块的组成特点,提出了一种力位混合控制策略。并将人工肌肉模块与该控制策略应用到单自由度的仿生脚踝中,验证了人工肌肉的驱动性能及力位混合控制策略实现力位分阶可控输出的可行性。

飞机电动静液作动器热力学建模与分析

针对电动静液作动器(EHA)存在的发热和散热问题,以EHA电机和柱塞泵为主要研究对象,进行热力学建模与分析。根据EHA电机和柱塞泵的参数,使用CATIA软件建立EHA传动机构的三维模型,将其模型导入ANSYS Workbench中,仿真得出该模型的温度场热分布图,以反映EHA中主要热源的热特性。结果表明,EHA中温度最高的区域是电机定子,温度达到159.4℃;温度最低区域是柱塞泵的部分外壳,最低温度为47.6℃。

基于替代制冷剂的滚动转子式压缩机热力性能仿真研究

建立了基于电机效率随负载、频率变化和高低压侧、环境、电机之间换热的滚动转子式压缩机热力学稳态仿真模型,且与试验有较好吻合,进而对比研究了基于传统制冷剂R22和替代制冷剂R32、R290、R410A和R407C的滚动转子式压缩机。在一定工况范围内,分析了蒸发温度、冷凝温度对压缩机的性能影响。在相同的理论容积输气量、吸气过热度和工况下的对比研究表明:R32质量流量略大于R22而R290的最小;功率、排气温度、制冷量最大的是R32而最小的是R290,R32排气温度相比R22增加9.0~33.5℃,R290制冷量相比R22降幅13.1%~18.9%;R32的性能系数COP相比R22降幅0.2%~4.3%,R290的COP相比R22降幅2.0%~7.3%但相比R410A增幅0.2%~8.5%。

平流层飞艇热仿真初步探讨

结合平流层的环境条件和平流层飞艇的特点,文章详细分析了影响飞艇热平衡的基本热源和换热途径,建立了平流层飞艇的传热数学模型,给出了飞艇内表面冷热部分相互之间的辐射换热模型,在此基础上,对于某概念飞艇进行了仿真分析,得出了蒙皮热点、蒙皮冷点以及艇内气体的温度,为进一步开展平流层飞艇的热分析奠定基础。

有机朗肯循环涡旋膨胀机性能测试与仿真分析

本文搭建了有机朗肯循环涡旋膨胀机实验系统,采用工质R123对涡旋膨胀机变负载工况的输出性能进行了实验研究。同时基于涡旋膨胀机的几何结构,采用热力学方法,结合动力学分析,对涡旋膨胀机的工作过程进行了仿真分析。实验得到涡旋膨胀机最大输出功率为1,168 W,最高等熵效率为55%,最高输出转速为2,165 r/min。仿真分析结果与实验结果对比最小误差为3.4%,最大误差为37.5%,验证了仿真模型的准确性。

液压支架关键焊接件残余应力仿真与试验分析

由于目前液压支架都是通过高强度钢板焊接而成,焊接构件高温冷却后会产生残余应力,为确定焊接残余应力的大小,文章以ZF5600/16.5/26型液压支架为分析对象,对其关键承载结构件进行分析,通过施加对流载荷进行热力学仿真,得出了冷却后的应力结果。利用X射线法对ZF5600/16.5/26型液压支架进行实际数据测量,按照仿真模型比例位置进行对残余应力的无损测试和分析,结果表明仿真结果与试验结果基本吻合,对液压支架关键焊接件残余应力的仿真及试验分析方法具有可行性。

新型大功率IGBT用有机硅凝胶的性能

有机硅凝胶凭借其优异的耐热性能和机械性能,广泛应用于IGBT器件的封装。详细介绍了有机硅凝胶的基本性能,采用Arrhenius方程计算出硅凝胶的表观活化能为23.16kJ/mol,具有较好的反应活性,通过热重曲线分析硅凝胶在200℃内基本没有分解,具有良好的耐热性能。应用到大功率IGBT模块中,通过复杂的力学和电性能应用性测试后,IGBT模块仍有较好的稳定性。最后对灌封后的IGBT模块进行力学和热学仿真,热仿真的结壳热阻为0.1044℃/W,机械冲击仿真最大值为349.86MPa,随机振动仿真最大值为6.2002MPa。该研究也将为硅凝胶在大功率IGBT功率器件的封装设计中提供重要的实用信息。

熔融沉积成型3D打印喷头热力场分析及散热优化

熔融沉积成型3D打印机在熔胶过程中,喷头内的线材会出现半熔流动性差的线段,该现象会影响喷头的打印效果,甚至会引起喷头堵头.针对此现象,设计出一款温升效率高、结构精简、投入成本低的3D打印喷头喉管冷却装置.通过ANSYS软件对方案进行了热学仿真分析后进行结构优化,得到一种温度场分布更优的方案.通过与现有的两种方案在温升效率、正空间性能和打印精度三方面进行实验比对,同时对3种方案进行成本分析.结果表明,本设计优化后的方案在保证打印精度和温升效率的情况下,提高了喷头的性能,并降低了成本.