基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究

高压直流继电器体积小、散热能力有限,长期工作下存在局部过热的风险,发热严重时甚至影响到接触稳定性和继电器工作寿命。针对200 A直流继电器,综合考虑导体回路通电下欧姆损耗发热,在大空间的自然热对流、热传导以及热辐射、材料电阻率随温度变化等因素,建立继电器在额定工况下电-热流场双向耦合模型,设置电阻率随温度变化函数,进行耦合计算。最后,搭建对应的样机测温平台,对仿真正确性进行验证。结果表明双向耦合结果比单向耦合结果高约5.1%,与实验测量值误差小于6.2%,验证了电热流场双向耦合的有效性。

玄云SW120B航空发动机尾流热流场数值分析

以玄云SW120B航空发动机为研究对象,在纯气相作用和发动机慢车状态下,对尾部热流场进行建模和数值模拟,通过分析尾部温度场和流场特性,得到温度和流速的分布及变化规律。在喷口端面中心建立坐标系,研究结果显示:尾流出口处热流的温度和流速呈三维锥体分布,以喷口为中心向外扩散,流体远离喷口0.6 m处开始呈现偏离中心轴向的趋势。尾流高温区域为:z<0.9 m,y<0.5 m,温度范围为569~976 K。低温区域为:z>2.5 m,y>0.6 m,最高温度不超过323 K。尾流高流速区域为:z<0.2 m,y<0.2 m,流速范围为77~100 m/s。低流速区域为:z>0.9 m,y>0.2 m,最高流速不超过20 m/s。人体安全区距离为:z>2.5 m,y>0.5 m。研究方法可为大型民航发动机尾流热流场分析和发动机慢车下的地面除冰作业安全区域划分提供参考。

东营凹陷现代热流场特征及地热异常成因

大地热流是表达地球表面向外界空间散发热量的重要物理量，其大小与岩石圈结构和区域构造演化过程相关。建立了东营凹陷地热场计算的简化模型，利用热导率分散模型计算了自明化镇组至沙四段上部的原地热导率；在此基础上，利用热阻率法，根据１７０ 口测温井的测温资料，计算这些井点处的大地热流值，结果是：东营凹陷现代大地热流值为３０ ～１２０ｍＷ／（ｍ·Ｋ） ，平均值为６８ ｍ Ｗ／（ｍ·Ｋ） 。认为控制东营凹陷大地热流值异常的主要因素是：①新生代火山活动的影响；②第三系沉积岩的有效热导率平面分布有变化；③人文活动（ 如钻探、注水采油等） 的影响。

一种新型无刷励磁机的三维热流场分析

为了研究无刷励磁机内部定子、转子、旋转整流盘、外罩中的流场、温度场的特点,确保设备安全稳定运行,以某新型无刷励磁机相对地面结构的1/2为物理模型,基于流体动力学原理,采用有限体积法对计算域内的三维热流场进行了数值模拟与分析。分析结果表明,整流盘与定转子之间的空气区以负压为主,整流盘区空气不能顺利流出,空气温度接近二极管许用上限。与实验测量值相比,温度与流量的计算误差均小于5.9%,结果较准确,为进一步优化该励磁机风路结构提供理论基础。

我国土壤热流场及与深层大地热流场的比较

本文提出岩石圈内的某些过程是气候变迁的重要原因之一。并依据对土壤热流、大地热流、地震和旱涝关系研究所得到的一些现象和结论,利用气象站地温资料计算了土壤热流,初步分析得到如下主要结论:(1)据线性热传导理论设计的热流的计算方法基本上可以满足多年平均土壤热流场计算精度的要求;(2)平均土壤热流场、深层大地热流场、地震带三者之间有很好的对应关系。平均土壤热流高值带一般都有大地热流高值带和地震带与之对应;(3)土壤热流距平场与汛期降水场有相似的分布形势,土壤热流距平的变化与强震也有一定的联系。

鄂尔多斯盆地热流场特征

鄂尔多斯盆地系统Ｕ、Ｋ、Ｔｈ含量和地壳结构分层的综合研究表明，盆地莫霍面的热流平均值为０．３７ＨＦＵ，比华北地洼型活化盆地（０．６４～０．９７ＨＦＵ）要低得多，尚有稳定构造区的热流特点。盆地地表平均热流值为１．４４６ＨＦＵ，与全球大陆中生代地洼型造山区（１．４５ＨＦＵ）很接近，说明鄂尔多斯残留地台型盆地，从大地构造性质角度上看，正趋于向活化的方向发展。从地表到莫霍面，各界面现今热流的分布形式一致，热流的变化梯度和趋势也一致，表明研究区热流场的表现形式，受上地幔热场格局的控制。盆地各界面现今热流北西低、南东高，在吴旗－靖边及其往两端延伸一线，存在一个明显的ＮＥＥ向梯度带，是油气在热动力驱使下而分散或富集的重要场所。

大型结冰风洞热流场符合性验证

大型结冰风洞热流场符合性是大型结冰风洞适航应用的前提条件。为验证中国空气动力研究与发展中心3 m×2 m结冰风洞热流场符合性,建立了结冰风洞热流场符合性验证方法;针对主试验段构型,开展了热流场符合性验证试验,考察了试验段气流总温、试验段气流速度和喷嘴干空气射流对热流场空间均匀性和时间稳定性的影响,获得了试验段气流总温修正关系,形成了3 m×2 m结冰风洞主试验段热流场控制包线。结果表明:基于目前制冷系统性能,降低气流总温和提高气流速度会减弱试验段热流场空间均匀性,但对气流总温时间稳定性并无显著影响;喷嘴干空气射流会提高试验段气流总温,但对试验段模型区内热流场品质并无显著影响;在主要试验条件下,3 m×2 m结冰风洞热流场品质基本满足SAE ARP 5905-2003要求。

圆筒式天然气加热炉的热流场

天然气加热炉是天然气工业中不可缺少的重要加热设备,也是天然气生产、输送和应用系统的主要能耗设备,在能源高度紧缺,提倡节能增效的今天,应该越来越关注如何改进加热炉的结构,以减少燃料消耗并保护环境。针对圆筒式天然气加热炉的结构特征,对筒体内热源偏心布置时的传热状况进行了理论研究,实验分析了筒体内中间载热介质的温度分布规律。通过研究圆筒式天然气加热炉的热流场,提出旋转型圆筒式天然气加热炉的改良结构,优化圆筒内火管、烟管束、对流管束的相对位置,提高加热炉效率,实现节能降耗,该技术已获国家专利授权。

撑块变化对凸极同步电动机热流场影响

针对电动机单机容量不断增大,电磁负荷随之提高,电机内部发热量增长的显著问题,研究了凸极电机典型部件撑块布置对电机热流场的影响。在满足强度要求的前提下,以国内较大容量的40 MW空冷凸极同步电动机为研究对象,采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)原理的有限体积法,求解三维湍流流动及传热控制方程,得到三撑块布置下,整机1/8三维流场及转子温度场分布特点,对比分析了撑块不同结构、数量和相对位置下的流量分布特点以及转子固体部件温度分布规律。结果表明,端部第一撑块位置后移,更利于定子部分的冷却。结论可为大容量凸极电动机通风系统结构设计提供参考和指导。

PECVD变结构腔室热流场耦合规律研究

在真空半导体产业中,等离子体增强化学气相沉积腔室内热流场耦合的参数控制是生产工艺过程决定产品质量的关键因素。通过变结构腔室内温度和压力耦合测量试验验证,得到正确可行的针对变结构腔室三维模型热流场耦合计算的仿真算法。对比试验结果,依次改变腔室入口流量、出口压力以及承载台温度的大小,分析计算腔室内温度和压力的耦合分布特性。变结构腔室中热流场耦合分布规律,为真空腔室结构设计及参数控制提供理论依据。

石英灯加热器热流场计算方法比较

石英灯辐射加热是航天飞行器结构热试验中使用最广泛的气动热模拟方式,获取石英灯加热器辐射流场对提升航天器结构热试验精度、评估试验结果和验证结构设计具有重要意义。文章结合石英灯加热器辐射热流场预示的特点,讨论几种辐射热流场计算模型的适用性,并通过理论、试验与仿真算例相结合的方法,对比分析几种辐射计算软件的计算精度和应用性,给出各计算软件的应用策略,可为试验热环境的准确快速获取提供参考。

3 m×2 m结冰风洞热流场品质提高及评估

结冰风洞热流场品质符合性是大型结冰风洞适航应用的基础。为明晰制冷系统性能升级优化对3 m×2 m结冰风洞热流场品质的影响,开展了热流场符合性验证试验,评估了热交换器出口和试验段两位置处热流场品质,给出了气流总温修正关系,形成了热流场控制包线。结果表明:热交换器出口和试验段模型区内热流场品质在主要试验工况下均优于SAE ARP5905指标;与升级优化前(2019年)试验结果对比,优化后试验段模型区内热流场空间均匀性显著增强,尤其在高风速、低总温工况下,模型区内均未出现超标的非均匀峰值点。结冰风洞制冷系统的升级优化显著扩展了3 m×2 m结冰风洞主试验段热流场控制包线,增强了结冰风洞试验模拟能力。

辐射加热器灯头盲区对热流场影响分析

石英灯已广泛应用于结构热试验辐射加热器中,但是由于石英灯灯头安装处工作温度较低,因此在两列石英灯连接部位形成灯头盲区,从而使试验件相应区域热流产生明显下降。通过蒙特卡罗方法开展了灯头盲区对热流场的影响分析,获得了灯头盲区尺寸、灯阵与试件距离对热流波谷的影响规律,提出并讨论了改善灯头盲区的方法。研究结果为指导加热器布局设计、提升结构热试验模拟精度具有积极意义。

某轴向无刷励磁机多方案通风三维热流场分析

以7.8 MW无刷励磁机现运行方案为基础,对通风冷却系统进行优化,提出了以改变现方案下通风结构、空气入出口位置的多种方案。建立其整机流固耦合物理模型,基于计算流体动力原理,采用有限体积法,给定边界条件,对多方案下励磁机热流场进行数值计算并进行对比分析。结果表明:改变现方案通风结构,励磁机内空气压力、速度、温度分布规律与现运行方案基本相同,但定转子部件处平均温度不同,最高温度仍位于远离整流盘侧的转子线棒端部,均低于原方案的最高温度;现方案下互换空气入出口位置,对励磁机的热流场有较大影响,最高温度在靠近整流盘侧的定子线棒端部。研究结果为结构类似的励磁机的优化设计提供理论指导。

斜通道内热流场的实验与数值研究

针对热烟气在浮力作用下沿斜通道流动的现象,采用实验方法对倾斜角为20°两侧开口通道中截面上的温度分布进行了测量.通道长3 m,宽0.8 m,高1.0 m.热源功率为1 500 W,放置于通道底部中间位置.同时采用数值方法对上述通道在倾斜角为0,°10°和20°时通道内的热流场进行了预测.结果发现除了靠近热源附近之外,实验值与数值结果吻合得相对较好.整个实验与计算结果可为相关工程设计提供参考.

固体氧化物燃料电池氧化还原反应热流场模拟

为了研究固体氧化物燃料电池的氧化还原反应的热流场分布情况,建立了氧化还原反应的热流场环境.设计了连接管式高温炉的气体通路,研究了固体氧化物燃料电池在氧化还原反应中热流场的控制方式,分析了氧化还原反应热流场计算条件,并使用数值模拟工具进行计算与模拟.实验结果表明：氧化还原反应热流场的温度分布可以分为293 K、324.111 K、355.222K、386.333K、417.444K、448.556K、479.667K、510.778K、541.889K和573K等9个温度场分布等值区域,X坐标方向速度场分布范围为-0.200 261-0.177 592,Y坐标方向速度场分布范围为-0.275 204-0.260 32,及速度矢量范围为0-0.284 156,有助于显现氧化还原气体分布状况和氧化还原反应渐变过程.

顶部侧开缝的倾斜通道热流场及开口中性面研究

为了掌握通道在上壁面不同宽度的开缝条件下,不同倾斜角度的通道内热流场特性及两端开口处中性面高度的变化规律,对一200 cm长的通道内一靠近低端开口一侧火源产生的热流场进行了实验与基于Vreman亚格子模型的大涡模拟研究.通过实验值与数值模拟结果的对比,验证了构建的数学模型对于上壁面有侧开缝的倾斜通道内热流场模拟的有效性;确定了通道上壁面的开缝对于通道内热流场的温度分层特性、通道两端开口处U速度以及中性面高度随着通道倾角变化的规律影响不大;对于一定的通道倾斜角度,随着通道上壁面侧开缝宽度增大,火源两端温度分布的对称性增强,通道上壁面附近的温度降低,通道内的高温区域向下壁面的偏移幅度减弱,通道两端开口处靠近上壁面附近的空气流速逐渐降低,两端开口处中性面高度升高;上壁面有开缝的通道两端开口处中性面的高度曲线随着通道倾斜角度的增大有一个交叉,交叉发生在通道倾斜角度小于5°时.

培养箱内部热流场的数值模拟及开关门过程的影响

基于CFD软件Fluent,对某种新型二氧化碳培养箱及其工艺参数,建立气体流动、传热的数学模型。对其内部的流动、传热进行非稳态数值模拟,并对开关门过程的影响进行分析。结果表明:培养箱打开外门5s内,外界空气对箱内温度影响不大;打开玻璃门25s内,外界空气对箱内温度影响区域顺序分别为从门框附近到箱体内部,从箱内下部到上部,从开门位置的左壁面到已开启的外门一侧的右壁面附近区域;关闭外门后,箱内靠近背壁面以及右壁面附近区域温度的恢复效果较好,靠近门附近区域的温度较难恢复。

动力舱热流场分析及涡壳散热结构优化

散热结构作为动力舱的重要组成部分,对于动力舱性能的提升有着及其关键的作用。以某装甲车辆动力舱热流场作为研究对象,基于CFD虚拟仿真平台对动力舱涡壳散热结构进行建模与计算,并提出了三种涡壳结构的优化方案。在最恶劣工况(平原高温最大速度)下,对原涡壳结构和优化后的三种结构的模拟结果进行对比分析,结果显示方案1的温度降幅为最大,有效的优化了动力舱内的流场流动情况,及相应区域的温度均降到低于设计要求的最高温度(85℃),尤其是高压配电控制区(区域1)和电子器件集中区(区域3)的温度,最大限度的降低了能量损耗,大幅度提高了动力舱的可靠性、经济性和安全性。为后期车辆动力舱的散热系统的设计奠定了一定基础。

HX_D3B型机车机械间热流场数值研究

由于电力机车机械间内发热部件较多,为确保正常行车环境下机械间的温度不超过允许范围,有必要对机械间内部的热流场进行深入研究。文章对HXD3B型机车机械间的热流场进行了三维数值研究,分析了恶劣环境温度(如40℃和-40℃)下行车时机械间的温度场与流场分布,研究了不同散热条件对机械间热流场的影响。根据数值模拟结果,任何环境温度下,机械间必须设置并开启通风散热机构,否则机械间内的温度就会超限,还提出了散热机构的优化设计建议。