瞬态平面热源法加厚探头的数值模拟研究

瞬态平面热源法(TPS)的理论假设限制了该方法的使用场景,为此该文研究了加厚探头的导热系数测量精度并提出热容修正模型。利用COMSOL Multiphysics软件建立5501型探头的三维模型和增加镍丝厚度形成的加厚探头模型,根据模拟得出的温度历史数据绘制探头温升曲线,结合无量纲时间函数,迭代拟合得出待测样品的导热系数,并探讨加热功率及加热时间对加厚探头测量精度的影响。结果表明:由加厚模型得出的导热系数相对误差显著增大;随着加热功率的提高,材料导热系数测量误差减小;热容修正模型在测量不同材料时的修正幅度,与探头比热容相对待测材料比热容的大小呈正相关;使用热容修正模型后探头测量导热系数的相对误差在1.5%以内。研究证明提出的加厚探头结构及修正模型能够满足TPS法对导热系数测量精度的要求,同时提高探头强度使其适应较为复杂的使用环境。

清管过程排液喷发与超压瞬态模拟安全评估

针对清管过程中起伏地形管道水试压后清管器的不稳定运动,不仅影响管道稳定运行,严重时甚至会造成爆管事故的现象,文章介绍了清管器进入下倾管的4个过程,最后一个阶段出现气液喷发现象,结合流体质量和运动方程,清管器动力方程和气液喷发模型,提出了水试压后清管过程的瞬变水力模型,模拟管道流体流动状态、跟踪清管器运动状态,并预测管道的水力脉冲值,进行安全评估。模拟结果与两次清管爆管事故的数据基本一致,结果验证了所建立模型的正确性,计算结果可靠,可为现场制定清管方案提供可靠、有效的理论依据,有助于保障管道安全运行。

二次水断供核主泵屏蔽电机冷却水瞬态热分析

核主泵屏蔽电机在热态极端环境参数额定(简称热态额定)工况下,二次水突然断供(secondary water supply outage,SWSO)300 s时刻,一次下导轴承润滑水温不超过警报温度95℃是产品出厂的重要指标,研究该情况下热流场计算方法及各种参数随时间演变特性对于电机热安全非常重要。首先,以北方工厂冷态环境参数下额定(简称冷态额定)工况该电机SWSO前后稳/瞬态厂内测量入出口试验数据为边界条件,采用有限体积法,进行流场和温度场的流固耦合数值模拟,模拟值与试验值300 s时的误差为5.97%,验证了计算方法准确性。然后,数值反演热态额定工况SWSO一/二次冷却水的温度场随时间变化规律。结果表明:SWSO 300 s内,二次水流速及对流传热系数随时间变化存在特征明显不同的2个阶段,二次水与螺旋槽壁面间对流换热系数h由稳态时7808.06 W/(m^(2)⋅K),13 s内减少到480.07 W/(m^(2)⋅K),随后h变化很小;热态额定参数时,下导轴承润滑水温远低于报警值95℃。为核主泵屏蔽电机轴承润滑水热安全计算提供参考。

导叶叶片数对喷水推进泵瞬态特性的影响

为揭示喷水推进泵不同导叶叶片数时的瞬态特性规律,基于DES混合模拟和FEM声学有限元方法,对喷水推进泵流场和声场进行数值模拟,并进行试验,验证了瞬态特性数值计算方法的准确性,研究了不同导叶叶片数(Z=5,6,7)对喷水推进泵推力、压力脉动、内流诱导噪声等性能的影响规律.结果表明:随着导叶叶片数增大,喷水推进泵推力先减小后增大,流量逐渐减小,转矩逐渐增大;导叶叶片数对叶轮出口压力脉动分布规律影响较小,对压力脉动主频处幅值有较大影响,轮毂处压力脉动幅值受导叶叶片数增大先减小后增大,轮缘和流道中心处幅值随着导叶叶片数增大逐渐减小;导叶叶片数变化会改变内流诱导噪声主频,增大导叶叶片数有利于降低喷水推进泵内流诱导噪声主频处幅值和总声压级.

先导式主蒸汽安全阀动作性能瞬态模拟及分析

针对核电先导式主蒸汽安全阀设计目前存在依靠经验、研制周期长、成本高等问题,采用动网格技术并结合阀瓣动力学方程,建立了适用于先导式主蒸汽安全阀的瞬态仿真模型及方法,实现了阀门动作的精准模拟。在此基础上分析了阀门启闭过程中瞬态流场的变化,讨论了活塞摩擦力及先导阀Kv值对于开启时间的影响。研究表明:数值模拟和试验结果的偏差小于10%。在导阀入口压力为6.17 MPa时能顺利实现主阀的回座。阀杆上方及活塞腔内产生的大量漩涡是阀门振动及噪声的主要来源。开启时间随着摩擦力的增大而增大,随着导阀Kv值的增大而减小。本文为先导式主蒸汽安全阀的优化设计提供了重要的计算方法,可大幅降低阀门研制的周期和成本。

高速开关阀瞬态流场仿真特性研究

高速开关阀工作时,内部流体由于阀杆的运动形成了复杂的流动状态。而在实际情况中,很难观察到阀体内部流道中阀芯运动时的流体瞬态变化。基于此,采用计算流体力学动网格方法分析了高速开关阀3种工况下的状态,得到了流场的压力、速度、出口质量流率等数据。结果表明:出口的质量流率随着阀口的开闭呈线性变化;流体压力、速度在阀座到出口的通道中间变化最大;出口区域与开关阀角落区域在大流速差下易形成漩涡现象,并且流体的漩涡现象会随着流体的速度差变化,而顶部的动铁周围压力、流速变化不大。该结果可为设计高速开关阀时获取对应的最大通过流量及优化开关阀结构提供技术参考。

激光热疗皮下球形肿瘤的瞬态温度场模拟

激光热疗作为新兴高效的医疗手段,受到国内外学者的广泛关注,通过激光热疗的方法治疗肿瘤可以减少对健康组织的影响。为了获得热疗过程中的组织实时温度场变化情况,有必要开展热疗过程中的瞬态温度场研究。以皮下球形肿瘤为例,基于Pennes生物传热理论建立了激光热疗物理模型,并在模型中考虑到纳米颗粒注入肿瘤来提高激光吸收效率的情况,利用有限元方法模拟了热疗过程中的温度场时空分布。模拟结果表明,随着时间推移,组织温度逐渐升高,热疗过程中,肿瘤区的温升明显高于周围健康组织,最大温升位于肿瘤中心偏上,皮肤表面温度呈现高斯分布的特点。研究结果可以为肿瘤的临床治疗提供一定的理论参考。

磁环抑制变电站二次电缆瞬态电磁骚扰模拟试验及分析

在当今变电站中,智能化二次设备发挥了重要作用,其所需的许多电气量由二次电缆引入。二次电缆多处于开关场中,易受到较强的瞬态电磁骚扰。为了探究加装磁环对二次骚扰电压的抑制效果及影响因素,首先搭建了实验室模拟注入试验平台和变电站现场注入试验平台,从两个不同的电缆尺度开展了试验研究。利用注入法,通过容性耦合夹在电缆始端(开关场端)分别注入快速瞬变脉冲群和阻尼振荡波作为激励源,测量了电缆终端(保护小室端)芯线的对地共模电压,探究了磁环串长度、加装位置和材料等因素对抑制效果的影响。然后建立了试验平台的等效电路模型,利用传输线理论对加装位置影响进行了分析。研究结果表明:抑制作用随磁环串加长有不断增强的趋势,但磁环串增加到一定长度后,抑制效果的增加速率放缓;而为了增大抑制效果,磁环材料的选择应遵循磁导率适当高、阻抗损耗高、高频特性较好及饱和磁通密度大等原则;在保护小室端加装磁环可以抑制骚扰电压,在开关场端加装磁环反而使得保护小室端的芯线电压增大,最优加装位置的选择还与电缆实际敷设走向关系密切。研究结果能够用于变电站二次电缆骚扰电压的防护,提升二次设备及敏感线路的可靠性。

基于负荷调整法瞬态模拟的多源供热系统多目标优化

基于提出的负荷调整法,建立一种太阳能+土壤源热泵+空气源热泵的多源供热系统,并在TRNSYS平台上构建瞬态仿真模型,综合考虑峰谷电价,利用水箱进行蓄放热,以达到经济节能的目的。为简化模型计算,通过引入蓄热转换因子,对系统蓄热单元负荷化降低变量维度,并结合经济、能源与环境对系统进行优化。以北京某商场为例,在模拟的建筑全年瞬态热负荷的基础上进行蓄热负荷调整与优化分析,结果显示最优配置为625.6 kW土壤源热泵+158.1 kW空气源热泵+1200 m^(2)太阳能+150 m^(3)水箱,与基准系统对比可知该多源供热系统具有显著的经济节能与环境效益,其中经济节约率为3.0%,能源节约率为8.9%,污染物排放影子成本节约率为8.9%,为多源供热系统的优化提供理论参考。

喷水推进器内部瞬态流动特性研究

为了研究喷水推进器内部存在的非稳态流动特性,运用瞬态数值模拟计算方法,对不同工况下各航速叶轮进流面压力脉动变化规律进行了分析研究,得到以下结论:在叶轮进流面上,静水航行和海浪航行条件下的压力脉动强度沿轮毂至轮缘方向逐渐降低;在海浪条件下,叶轮轮毂处流体流动受驱动轴扰动和流道非均匀出流影响,流动更为复杂;当海浪波峰在进水口前端时,中低航速工况下,进流面流体压力波动幅度较波峰在进水口后端更为剧烈,在高航速工况下,情况反之。

经典单排管冻结温度场的瞬态适用性研究

在冻结法施工过程中,对于冻土温度场的研究非常重要。很多学者根据理论和实践推导出一些用于分析温度场的公式,但目前的研究还主要集中在温度场的稳态分析,对于温度场的瞬态分析研究较少。该文通过对经典巴霍尔金单排管公式的瞬态分析,将巴氏公式计算的结果同瞬态数值模拟结果进行比较,进而探讨影响巴氏公式在冻结过程中的准确性和适用性,以便实际工程选用参考。

一种收放后缘襟翼的瞬态补偿方法

本文研究了飞机收起/放下后缘襟翼产生瞬态的原因,提出了一种根据后缘襟翼偏度信号同步偏转平尾的瞬态补偿方法,进行了六自由度仿真分析,并邀请飞行员进行了地面飞行模拟试验。仿真分析和试验验证结果表明,该方法可有效减小收放后缘襟翼的瞬态。

主动引射高空模拟试车台流场瞬态数值模拟

大部分高空模拟试车台的数值模拟(不论是主动引射还是被动引射)仅模拟了发动机稳定运行的稳态流场,然而发动机启动、熄火以及在发动机运行的过程中药形的变化(药柱燃烧速率变化)都会影响发动机室压从而改变试验舱舱压。针对某大型主动引射高空模拟试车台,应用某商业软件模拟了q_(m)=20 kg/s、q_(m)=50 kg/s和q_(m)=200 kg/s这3个典型流量的发动机工作全程中某主动引射高空模拟试车台的流场。选取了几个典型工况进行分析并与试验数据进行对比,仿真数据与试验数据对比良好。通过此研究,在试验前能够较准确地预示引射舱压曲线,揭示舱压规律,指导真实试验,降低试验风险。

深埋隧洞岩体开挖瞬态卸荷机制及等效数值模拟

岩体爆破开挖过程中,开挖荷载瞬态卸荷伴随着爆破破岩的裂纹扩展、爆生气体逸出以及新自由面形成等过程而发生。针对深埋隧洞全断面钻爆开挖,确定分段微差爆破对应的分步开挖荷载,分析爆炸荷载耦合作用下的开挖荷载瞬态卸荷方式与持续时间,实现开挖荷载瞬态卸荷的荷载边界条件的数学描述。考虑到炮孔近区岩体因爆破破碎引起的介质连续性的改变及其所经历的复杂应力状态,根据炮孔周围岩体爆破破坏的空间分布特征,基于等效弹性作用边界的概念,提出群孔起爆条件下爆炸荷载与开挖荷载瞬态卸荷耦合作用的等效数值模拟方法。现场实测振动数据验证了计算结果的正确性。

发动机叶片鸟撞击瞬态响应的数值模拟

简介了叶片鸟撞击瞬态响应的计算方法,并采用接触冲击算法计算模拟了不同质量的鸟撞击单个、多个及整级叶片的瞬态响应过程。结果表明:接触冲击算法能较为真实反映叶片鸟撞击过程;不同质量的鸟撞击叶片时,叶片变形与应力有较大的差异;大质量的鸟撞击时,必须考虑撞击区附近的局部塑性变形、叶尖位移以及叶根的局部塑性变形。研究结果对于进行我国叶片抗鸟撞击损伤设计具有重要参考价值。

离心泵瞬态操作条件下内部流动的数值模拟

为研究离心泵在瞬态操作条件下的内部非定常流动演化过程,分析外部瞬态特性的内流机理,采用滑移网格方法对快速启动过程中的离心泵内部流动进行数值模拟。建立了包含循环管路和泵在内的完整系统模型,分析了叶轮从静止到最高转速的瞬态过程的流动演化,比较了管路阻力特性对瞬态特性的影响,探讨了数值方法对求解三维瞬态流动的适应性。分析结果表明,基于非定常流动分析的瞬态外特性预测结果与实验结果能较好吻合,所采用的计算方法和得到的结果为瞬态操作条件下离心泵内部流动的诊断和优化建立基础。

基于大涡模拟的轴流泵叶顶泄漏涡瞬态特性分析

为了深入掌握轴流泵叶顶区湍流特性,采用大涡模拟方法对某一模型轴流泵内部非定常流动进行了数值模拟。根据时域和频域特性图,分析间隙内压差和泄漏速度之间的关联现象,讨论了叶顶间隙内泄漏流的瞬态特性。根据三维泄漏涡结构,揭示了轴流泵叶顶区不同类型的涡系,叶顶泄漏涡带在剪切层内涡丝动力的驱动下逐渐变长,然后与射流剪切层分离;叶顶间隙内涡团的瞬态变化大于叶顶泄漏涡的周期性变化,导致剪切层内的小尺度涡的生成周期时间较短,其在主泄漏涡带上方形成了小尺度泄漏流涡带。从叶顶轴平面的涡结构可发现,随着弦长系数的增大,剪切层内的分离涡不断被分离并且被叶顶泄漏涡卷吸,在主泄漏涡向相邻叶片压力面的运动过程中,其涡量不断减小,并且在转轮室端壁面附近不断诱导各种尺度的涡产生。

液力减速器充液过程瞬态特性三维数值模拟

为得到紧急充液过程中的液力减速器瞬态内流场特性及制动外特性,基于瞬态流场计算方法建立了某型液力减速器相应的仿真模型。结合实际车用工况确定了入、出油口的流速,设置了精确的初始流场作为边界和初始条件,运用CFD技术对液力减速器紧急制动工况的充液过程进行流场分析及制动外特性仿真计算。以动轮初始转速2 640 r/min紧急充液过程为例分析了液力减速器流道内腔速度、总压、湍流动能分布特点,并对制动外特性仿真结果与试验数据进行了对比,仿真误差为12.7%。表明仿真模型和方法较为合理、准确,瞬态流场仿真方法能更全面地反映液力减速器充液过程中随时间变化的流场内特性及制动外特性。

离心泵启动过程内部瞬态流动的二维数值模拟

为分析离心泵启动过程外部瞬态特性的内流机理,建立求解叶轮启动和加速过程泵内部非定常流动的数值模拟方法,以二维离心泵为模型进行启动过程内部流动的数值模拟研究。以绝对坐标系描述全场流动,采用动网格方法实现离心泵启动过程中叶轮加速旋转引起的流场变形,选用大涡模拟(LES)描述湍流。分析了叶轮启动过程中内部非定常流动结构和演化过程及其与外部瞬态特性的关系,并与准稳态假设下的流动模拟结果进行了对比分析,定性地分析了离心泵在启动过程中的瞬态效应,验证了采用动网格方法求解启动过程瞬态流动的可行性。

欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

正举法气举作业的实施效果直接决定着欠平衡钻完井施工的成败,特别是气举过程中的井下压力动态演变,关系到整个作业过程中的井控安全。正举法气举作业的实质是在井下停止循环的初始条件下氮气连续气举作业,井下流体由静止状态到气体穿越液体滑脱至井口的不同于常规稳态流动的瞬态气液两相流动。针对这一特殊流动研究,完成了停止循环开井条件下气举时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法和数学求解模型的建立,通过实际井数值计算连续气举时井下瞬态气液两相流特征参数变化得出规律性认识,如氮气沿井眼滑脱上升运动速度逐步加大、顶出钻井液随时间的增多、井底流压瞬时波动在初始阶段最大等。研究成果丰富了欠平衡氮气钻完井施工正举法气举作业的井筒流动模型体系和压力控制方案,增强了该特殊流动规律的认识,为井控安全提供了理论保障。