Interval finite difference method for steady-state temperature field prediction with interval parameters

A new numerical technique named interval finite difference method is proposed for the steady-state temperature field prediction with uncertainties in both physical parameters and boundary conditions. Interval variables are used to quantitatively describe the uncertain parameters with limited information. Based on different Taylor and Neumann series, two kinds of parameter perturbation methods are presented to approximately yield the ranges of the uncertain temperature field. By comparing the results with traditional Monte Carlo simulation, a numerical example is given to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed method for solving steady-state heat conduction problem with uncertain-but-bounded parameters.

大容量抽水蓄能发电机断路器发热特性仿真与散热优化方法

过高的温升会加速真空断路器结构老化、降低机械强度,基于温升仿真分析的断路器散热优化设计对断路器性能提升具有重要意义。为此通过建立大容量抽水蓄能发电机断路器电磁仿真模型,计算不同通流情况下的电磁损耗,并基于各端面接触电阻损耗,获得总发热损耗参数。在此基础上,建立包含对流、传导、辐射热传递模式的断路器自然对流仿真模型,从增强自然对流、辐射两方面对断路器散热结构进行优化设计。研究结果表明,在通流12.5 kA情况下,断路器监测点最高温升为133.7 K,辐射功率占比约23%。通过增加散热片及热管,最高温升能够降低至109.5 K。增大断路器部件表面发射率能够低成本实现辐射功率提升,从而将最高温升进一步降低至96.9 K。通过断路器稳态通流温升实验,验证了仿真可靠性,监测点温升的仿真与实验平均误差小于2.1 K。

横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机温度场有限元分析

研究用于轨道交通的横向磁场电励磁磁通切换磁悬浮直线电机特殊结构下的温升问题,设计冷却系统以保证电机正常运行。分析电机的结构和运行原理,建立了三维稳态温度场数学模型,并推导出边界条件方程。考虑电机各部分热交换的情况,确定各材料的导热系数以及电机不同部分的对流换热系数。通过有限元方法计算出电机的铜损耗与铁损耗,并求出相应的生成热。利用三维有限元法对电机不同工况下的温度场进行计算,得到了电机铁心、电枢、励磁绕组的温度场分布情况。最后,设计冷却系统,比较自然风冷和强制水冷的温度分布,证明该冷却系统装置的可行性和合理性。

考虑轴向散热的10 kV三芯电缆中间接头稳态热路模型分析

电缆接头线芯温度计算是实现电缆载流量预测重要环节。该文通过三芯电缆接头结构分析其散热路径,进一步考虑了电缆接头的轴向散热,提出了改进的热路模型。以10 kV三芯电缆中间接头为例开展有限元温度场计算,并根据温度-热源的响应实现稳态热路模型的参数辨识。同时,分析了不同电缆电流以及环境散热条件下稳态热路模型的等效性,与有限元仿真结果吻合良好。该模型可以有效提高电缆接头热点计算的效率。

高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析

以一对高速传动条件下的渐开线圆柱直齿轮为研究对象,基于传热学理论推导出齿轮副稳态温度场的边界条件,计算分析了齿轮啮合线上任意点的摩擦热流密度,结合SolidWorks的三维建模功能和ANSYS的有限元仿真分析功能得到了不同传动参数下的齿轮稳态温度场变化特性图。结果表明,降低转速、转矩会不同程度地降低齿轮本体温度,为降低齿面温升、改善齿面润滑性能和提高齿轮胶合承载能力提供了一定的理论依据。

车辆稳态回转对轮胎热-力耦合响应的影响研究

研究车辆稳态回转对轮胎热-力耦合响应的影响。结果表明:车辆操纵稳定性测试前采用稳态回转暖胎时,定回转半径、不定车身侧向加速度工况下较定车身侧向加速度、不定回转半径工况下的轮胎整体温升梯度和幅值波动大;车辆稳态回转时,轮胎温度变化对车身侧向加速度波动非常敏感,左转向车辆车身侧向加速度增大与右侧轮胎分配负荷呈正相关变化,在复合侧偏侧倾作用下,能够加剧轮胎温升;暖胎引起轮胎温度的变化改变轮胎侧偏和纵滑等力学特性响应,造成非线性滑移区滞回幅值不稳定,易导致车辆操纵稳定性测试数据的重复性变差,进而对车辆动力学仿真验证和模型调整带来困难。本研究结果可为整车测试提供指导。

ANSYS在滚动轮胎稳态温度场分析中的应用

根据轮胎尺寸、材料性质和工作条件 ,对滚动轮胎进行了合理假设 ,建立了滚动轮胎热平衡状态下的简化传热数学模型。利用有限元处理方法和 ANSYS5 .3版大型非线性有限元软件 ,建立了滚动轮胎稳态温度场的二维有限元模型。以 9.0 0 - 2 0 12 PR尼龙斜交胎为例 ,进行了温度场初步模拟计算 ,获得了轮胎内部稳态温度场分布。通过回归建立了稳态时轮胎内部最高温升随车速变化的简便计算公式 ,分析了车速对最高温升的影响。计算结果较真实地反映了轮胎的热状况。

高速滚动汽车轮胎稳态温度场分布的数值研究

建立了滚动轮胎热平衡状态下的简化传热数学模型。应用自行开发的传热和热弹性力学分析有限元软件对中型载货车用 9 0 0 - 2 0 ( 12P R)尼龙斜交胎进行了稳态温度场仿真计算 ,获得了胎体内部的稳态温度场分布。分析了轮胎的速度、几何结构参数及材料特性参数对轮胎最高温升的影响 。

采用有限体积法的特高压直流输电系统接地极稳态温度场仿真分析

在接地极计算中,需要计算的不仅仅是接地极附近的电流场,由电流场引发的温度场也需要同时计算。为此,介绍了采用有限体积法的特高压直流输电接地极稳态温度场计算方法。首先将场域在3维空间内划分为若干个互不重叠的单元,每个单元用中心点代替;然后根据热平衡方程,推导出描述温度场的离散方程组;最后求解方程,得到场域内所有节点的温度,从而获得稳态温度场中的最高温度。在对同1个模型的稳态温度场计算中,通过比较该算法以及MATLAB计算结果,验证了有限体积法的正确性。将该算法用于实际工程中接地极稳态温度场的计算,通过对比若干组计算结果,得到了土壤最高稳态温升与接地电阻的平方、入地电流的平方成正比,与土壤热导率成反相关的结论。最后对于实际工程的应用中,提出通过减小接地极的接地电阻来减小土壤最高稳态温升的合理建议。

双渐开线齿轮传动稳态温度场模拟分析

双渐开线齿轮传动是一种新型齿轮传动。融合摩擦学、传热学和齿轮啮合原理,将轮齿之间摩擦接触所释放的热能视为热源,计算出稳态条件下双渐开线齿轮的摩擦热通量和对流系数;利用Ansys有限元软件,对双渐开线齿轮传动进行稳态温度场有限元分析;通过对不同阶梯参数下双渐开线齿轮的温度场仿真计算,得到轮齿最大温度值变化规律。

感应电机全域三维瞬态温度场分析

建立感应电机瞬态温度场三维有限元模型,通过采用气隙等效导热系数这一概念解决了定转子之间的热交换问题。考虑在进行热源损耗计算时温升对定转子电阻阻值的影响,以及定转子端部对电机轴向温度分布的影响,计算电机在额定负载情况下的瞬态三维温度场变化,也对电机不同负载运行时的温度场以及影响温度场分布的相关因素进行了计算和分析。计算结果表明,定转子温度在开始阶段迅速升高,随后温升幅度逐渐减小直至达到稳定状态。整个过程中,转子导条温度始终高于定子绕组温度,温度最高点出现在转子导条的轴向中心附近,转子铁心的轴向温差要大于定子铁心,而定子铁心的径向温差要大于转子铁心。气隙温度随厚度的增加呈线性减小,气隙的隔热效果明显,使得定转子区域的温度差异明显;电机整体的温度随负载的增大而升高,但并不呈线性增长的关系;散热翅越高,电机整体温度越低,但温度下降趋势随着散热翅的增高逐渐趋缓;用铸铜来代替铸铝作为转子导条及端环可以有效降低转子区域的温度。

不同载荷和初始气压下滚动轮胎稳态温度场的测试与有限元分析

进行了转鼓试验下滚动轮胎稳态温度场的测试;采用试验与计算相结合的方法验证了轮胎在转鼓试验中的实际滚动状态为自由滚动状态;根据解耦的分析思想,进行了转鼓试验下滚动轮胎稳态温度场的有限元分析。用实测的轮胎内部点的稳态温度对有限元的分析结果进行了验证,二者的一致性表明了该分析方法的可靠性。着重讨论了轮胎载荷、初始气压等因素对轮胎稳态温度场的影响。结果表明:随着载荷的增加,整个轮胎的温度场都呈上升的趋势;随着初始气压的增大,轮胎胎侧区域的温度场呈下降的趋势;初始气压对胎冠区域温度场的影响较小。

笼型感应电动机三维全域温度场计算

笼型感应电动机额定负载运行时,电机转子温度较高,且热应力在各个方向的分布不均匀,这将直接影响到电机的使用寿命,并且是转子导条发生断裂故障的主要原因之一。该文以Y802-2型感应电机为研究对象,建立了样机三维温度场计算模型,基于有限元方法,对电机三维全域稳态温度场进行了仿真研究,计算结果的准确性通过与样机实测温度值的对比得到证实。研究发现,电机转子导条与端环的连接处的热流密度值较大,说明此位置极易发生断裂故障,这一结论与电机实际情况相符。

基于Ansys的机械密封环温度场分析

在合理的假设条件下,建立了机械密封环温度场的数学模型,利用有限元分析软件Ansys 8.0计算了特定工况下的机械密封环的温度场,得到了端面温度的分布规律及密封环内温度沿轴向的变化趋势,并讨论了几个重要参数,发现导热系数对端面温度影响显著,密封端面温度随密封介质压力和主轴转速近似呈线性变化。

管道埋深对稳定运行热油管道热力特性的影响

基于管道不同埋深对热油管道热力特性的影响,首次提出了对不同埋深管段采用不同热影响半径的思想,利用有限元法求解了热油管道稳态运行时的热微分方程,并编制了相应的计算程序,从而对管道稳态运行时的轴向和横向温度场进行了更为准确的求解,并详细分析了管道埋深在不同季节对管道热力特性的影响。结果表明,在冬季,如果计算埋深比实际埋深大,将会使温度场计算结果偏高,从而影响管道的安全运行;反之,如果埋深值取得偏小,又会使温度场计算结果偏低,从而给管道运行带来一定的经济损失。而在夏季,管道埋深造成的影响正好相反。

车用电机冷却系统热仿真及其优化

随着电动汽车驱动电机功率密度不断增加、电机安装位置的狭小,常造成电机工作时内部温升过高。水冷电机的温升不仅取决于电机内部复杂的传热网络,也与冷却介质的流动特性密切相关,而冷却水路结构对于冷却介质的流动特性起关键性作用。针对高功率密度电动车用驱动电机存在严重的温升问题,研究了一种C型环槽水路结构。依据计算流体动力学(CFD)原理,采用有限体积法,对电机水冷系统及电机三维温度场进行了计算分析,得到了水路内流体的流动特性和电机温度场分布。研究表明:在该种水路结构下,各水路支路间流场分布均匀,水路与机壳的耦合传热性能匹配良好。

2MW空冷风力发电机热性能分析及改善

为了有效改善2 MW空冷风力发电机的热性能,满足实际工作需要,建立了该电机三维稳态温度场模型,对电机内的热场进行了分析和研究,明确了该电机传热特性及温度分布规律,发现该电机局部温度过高;对涉及电机热性能的相应参数进行了完善,并对相应结构参数下电机进行了热性能分析,通过实验证明改善后电机热性能满足电机运行要求,此研究对大型电机的结构优化和运行提供了一定的借鉴.

混凝土结构非稳态温度场的新解法

本文提出了一种计算混凝土结构非稳态温度场的新方法 ,首先对空间域进行了有限元离散并用状态方程表示了有限元控制方程 ,然后利用精细积分公式导出了当前时间步结点温度向量与前一时间步结点温度向量之间关系的递推公式。算例结果表明本方法不但可行 。

随机多孔复相介质稳态温度场的多尺度数值模拟

本文就随机多孔复相介质稳态温度场，提出了多尺度分析的基本思想和具体的计算公式，它们是建立在确定性温度场的多尺度算法和Ｋａｒｈｕｎｅｎ－Ｌｏｅｖｅ展开式基础上．文中算例表明这一算法的有效性。

内齿轮传动啮合齿面稳态温度场分析

以2K⁃V行星传动机构中齿轮为研究对象,以齿轮啮合原理、传热学等为理论依据,分析了齿轮在不同啮合位置的相对滑动速度和齿面的接触应力的变化规律。精确计算了稳态温度场边界条件,包括齿轮一个啮合周期内的平均摩擦热流量和不同齿面的对流换热系数。建立单齿三维模型并导入ANSYSWorkbench进行温度场的有限元分析。通过将啮合齿面划分成多个沿齿宽方向的条形区域来实现不同啮合位置摩擦热流量的加载,得到齿轮稳态温度场分布,并分析了条形区域的数量对温度场的影响。结果表明,当条形区域数量多于50时,温度场基本趋于稳定。