Modeling of unsteady MHD free convection flow with radiative heat transfer in a rotating fluid

In this paper, a numerical simulation has been carried out on unsteady hydromagnetic free convection near a moving infinite flat plate in a rotating medium. The temperatures involved are assumed to be very high so that the radiative heat transfer is significant, which renders the problem highly non-linear even with the assumption of a differential approximation for the radiative heat flux. A numerical method based on the Nakamura scheme has been employed to obtain the temperature and velocity distributions which are depicted graphically. The effects of the different parameters entering into the problem have been discussed extensively.

基于多物理场仿真的食品工程类课程虚拟仿真教学实验探索

将食品科学与食品工程类课程中传热学部分与实际应用相结合,运用多物理场分析软件,对3种典型形状和尺寸的食品非稳态传热过程进行建模仿真,分析非稳态传热过程的影响因素。结果显示所选的土豆片、肉丸和香肠3种不同形状样品中心达到95℃所需时间分别为50、420和516 s。将选定点的升温曲线、截面温度分布以二维图像形式展示,并将形体内部温度分布随时间变化过程以三维动画形式展示,使学生更直观地了解非稳态传热过程的影响因素及分析方法。以此为基础探讨非稳态传热强化的方法,使理论学习、虚拟仿真和实验相结合,更好地提升学生对课程内容的全面理解,也便于学生课下拓展运用有限元求解方式开展复杂计算,提升对复杂问题的求解能力。

基于流固耦合的燃气冲刷烧蚀内膛特性分析

火炮发射时,火药燃气与身管间发生剧烈的传热传质作用是导致身管烧蚀的重要因素。为了研究某155 mm火炮中高温高压高速的燃气流对身管的烧蚀特性,采用CFD流固耦合方法,建立了发射过程中的身管非稳态流动传热模型,并根据炮钢在不同温度下的烧蚀特点,将烧蚀过程分为热化学烧蚀和熔化烧蚀,建立了分段烧蚀模型。计算结果表明,身管内壁温度随时间的增加先迅速增大,随后逐渐降低。整体上,内壁温度随身管轴向距离的增大而逐渐降低。身管膛线起始区域的壁面温度最高,其烧蚀是熔化和热化学烧蚀共同导致的,而线膛部的大部分区域仅发生了热化学烧蚀。总烧蚀量随着身管轴向距离的增大而逐渐降低,膛线起始部的烧蚀最为严重,单发总烧蚀量(常温)为5.06μm。同时分析了不同工况对身管烧蚀特性的影响,发现最大烧蚀量与初始壁面温度呈现很强的正相关性,温度的升高会加剧身管的烧蚀。

热物性参数对水泥浆循环温度的影响规律

在固井施工过程中,为确保水泥浆的安全泵入,需要确定合适的水泥浆稠化时间,水泥浆的循环温度是决定稠化时间的重要因素之一。现有API规范中关于循环温度的计算不能满足不同地区、不同井筒条件的需求。因此,建立了一种非稳态流动传热模型,通过热物性参数测试,确定了钻井液、套管、岩石和水泥浆的导热系数和比热容,实现了对固井注替过程中水泥浆温度场的模拟。模拟结果表明,提高水泥浆与隔离液等流体的导热系数会降低水泥浆的循环温度;降低套管与岩石的导热系数,水泥浆循环温变化范围在1℃以内。通过采集浙江油田与塔里木油田的固井温度数据发现,实测数据与模拟数据的差距在5℃以内,数据吻合度较高,模型较为准确。通过固井注替过程中水泥浆循环温度影响规律的研究,可为固井水泥浆体系性能设计提供理论支撑,保障固井高效安全施工。

混凝土辐射供冷RC简化传热模型的改进及实验验证

混凝土辐射供冷非稳态传热过程的研究,对系统的运行和控制具有重要意义.本文对以系统几何及热工参数来确定核心温度层热容热阻的RC简化模型进行研究,加入沿管道供水换热过程的模型,实现供水温度和流量联合变化工况下楼板动态热响应的模拟分析.搭建混凝土辐射供冷系统全尺寸标准测试舱,验证上述模型的准确性和适用性.结果表明,在供水温度和流量非连续变化的非稳态工况下,模型计算值与实测值变化趋势基本一致,热流密度模拟值与实测值偏差约为5,W/m2,内部温度模拟值与实测值偏差小于等于0.5,℃,模拟误差小,适用性较高.

周期外扰下排风隔热墙传热特性研究

排风隔热墙是一种新型节能外墙,建立其一维非稳态传热模型。利用该模型计算出周期外扰下墙体各位置的温度波响应,经过与二维非稳态模型计算结果相比较,发现一维非稳态传热模型具有很好的准确性,适合工程计算和分析。对渗流层厚度、渗流速度、外层结构厚度对墙体内表面温度波响应的单因素分析表明:随着渗流层厚度、渗流速度的增大,内表面温度波的幅值减小,但对相角延迟的影响不明显;随着外层结构厚度的增大,内表面温度波的幅值也减小,而且相角延迟增大。

开放式太阳能物料干燥热湿迁移模型的构建及验证

基于开放式太阳能物料干燥过程中存在干燥品质不可控、随机性较大的问题。根据传热传质理论知识,建立开放式太阳能物料干燥热湿迁移预测模型,在综合考虑太阳能辐射、室外空气温湿度、室外风速等影响因素的基础上,对模型中的参数进行选择,并利用MATLAB软件编制求解程序,该模型能够预测出干燥过程中物料表面的温度及水分迁移速率变化。为验证模型的准确性,以红薯为干燥物料对其开放式太阳能干燥过程进行试验测试。结果表明:物料表面温度、水分迁移速率的模拟值与试验值之间的决定系数分别为0.96、0.89,均方根误差分别为0.97℃、28.35 g,其相关性程度较高,说明该模型能够较准确预测开放式太阳能物料干燥过程中物料表面温度及水分迁移速率,可以用于开放式太阳能干燥的工艺控制。

湿传递对建筑墙体传热性能的影响

建筑物的耗能与建筑围护结构的传热传湿密切相关,了解建筑墙体内部的热湿传递对建筑节能有重要影响。以相对湿度和温度梯度为驱动势建立墙体一维非稳态热、湿和空气耦合传递模型(HAM模型),并利用有限元法进行了数值求解,重点关注了湿传递对传热的影响。数值结果表明:考虑传湿时墙体内部温度波动小,墙体进行热湿传递会产生湿积累,降低墙体使用年限;考虑传湿时通过墙体总传热量比不考虑传湿时多7.5%;考虑传湿时内壁面最大平均数比不考虑传湿时大0.78。

建筑墙体热性能动态分析和保温厚度优化

为研究动态热条件下不同结构材料的建筑墙体热性能和保温厚度优化问题,针对大庆地区冬季气候特征,建立墙体非稳态传热模型,分析分别采用Concrete、Briquette、Brick、Blokbims、AAC等5种结构材料和挤塑聚苯乙烯EPS、泡沫聚苯乙烯XPS等2种保温材料的建筑墙体热性能,计算大庆地区1月典型日的室外综合温度并进行各种墙体传热分析和保温厚度优化.结果表明:冬季最大温度波动和峰值负载发生在Concrete结构材料墙体中,其次是Briquette、Brick、Blokbims和AAC结构材料墙体中,且在相同情况下AAC结构材料墙体的保温效果明显优于其他结构材料墙体;综合考虑影响保温层经济厚度的主要因素,通过经济分析计算,得出在相同经济条件下、大庆地区采用5种不同结构材料240mm厚度墙体保温时的最优保温厚度,为建筑墙体工程应用提供指导.

岩土温度场对垂直地埋管换热影响的数值分析

模拟夏季制冷条件下地源热泵地埋管周围岩土层非稳态传热过程,分析了钻孔外岩土区域温度场热作用特性及影响因素.利用多层岩土传热模型,研究距钻孔一定距离处岩土温度场分布随运行时间的变化规律,分析钻孔内回填土导热系数对换热器传热性能及周围岩土温度场的影响.模拟结果可为地源热泵地埋管换热器的动态模拟及设计提供参考.

油田超深井环境仿真系统的一体化模型研究

油田超深井环境仿真系统是对用于超深井的射孔器材进行高温超高压检测的试验装置,其加热装置由于超高压的特殊工艺条件以及多层介质的复合传热过程,使得超高压釜内油温的控制变得十分复杂。该文采用分布——集中混合建模方法,建立了油田超深井环境仿真系统的一体化非稳态传热数学模型,通过计算机仿真,分析了其温度场的分布状况,为釜内油温的高精度控制方案的设计和系统操作提供了参考依据。

油田超深井射孔器材测试模拟器的模型研究

建立了油田超深井射孔器材测试模拟器的非稳态传热过程数学模型,对其温度场的分布情况进行了仿真,了解该对象的动态特性,为釜内油温的高精度控制方案的设计提供了理论参考.

槽式太阳能新型腔式吸热器模拟和应用研究

对一种槽式太阳能新型腔式吸热器建立一维非稳态传热模型,搭建槽式太阳能集热器热性能实验平台,系统集热效率的模拟值与实验值的最大误差为5.36%,验证一维非稳态传热模型的准确性。根据中国太阳能资源带和建筑热工分区,选取13个典型地区进行全年集热性能分析,结果表明:各地区的年集热效率差异较小,当吸热器入口流体温度为150℃时,集热效率在45%~55%之间,但年集热量差异较大,资源丰富地区年集热量可达到资源缺乏地区的5~6倍。而同一太阳能资源带下,不同建筑热工分区的年集热量差异并不明显。

斜盘式空气压缩机压缩与膨胀热力过程的数值分析

根据斜盘式空气压缩机的运动特性和变质量系统热力学的基本原理,建立了斜盘式空气压缩机伴有气体泄漏和不稳定传热耦合作用影响的气体压缩与膨胀热力过程的数学模型,采用四阶龙格库塔法对其进行求解,得到了斜盘式空气压缩机工作过程中气体质量、压力与温度随主轴转角的变化曲线,并分别分析了气体泄漏、不稳定传热及其耦合作用对气体压缩与膨胀过程的影响,为斜盘式空气压缩机的设计与应用提供了参考。

稠油油藏SAGD蒸汽腔位置综合评估及产量预测

产量和蒸汽腔位置对稠油油藏SAGD开发至关重要,现有的预测模型仅考虑了蒸汽腔的横向扩展,无法预测与相邻井蒸汽腔接触后的产量。针对蒸汽腔横向扩展阶段和向下扩展阶段的不同特征,引入了热穿透深度,修正了流动势函数,建立了抛物线产量预测模型。结果表明,蒸汽腔横向扩展初期产量逐渐增加,而后因蒸汽腔界面倾角减小,产量降低;在蒸汽腔向下扩展阶段,产量进一步下降。对模型分析表明,SAGD更适用于开发油层厚度大的油藏,需要结合油田情况确定最佳井距。抛物线产量预测模型考虑了蒸汽腔向下扩展阶段特征,通过与前人实验数据进行比较,验证了该模型的准确性。

火锅中的科学:利用非稳态传热模型确定食物加热时间

火锅是一种中国传统特色美食。在食用过程中,人们通常通过定性观察来判断食物的生熟程度,缺乏严谨的科学依据,故存在一定的食品安全风险。本文通过构建简化模型,借助物理化学原理对片状和球状食物的传热过程进行了讨论,发现1.8 mm厚的肉片在沸水中加热15 s时,其中心温度即可接近100oC;而对于直径2.6 cm的肉丸,其中心温度接近100oC需要8 min以上。这些结论对保障饮食安全具有一定的指导意义。

基于格林函数的半导体桥三维非稳态传热模型

为提高半导体桥(SCB)与数字电路的集成度,将SCB焊接在印刷电路板(PCB)上。对于该种封装的特殊边界条件,半球传热模型不再适用,需要建立一个可以准确描述其传热过程的模型。格林函数引入建模过程,使用长方体而非球体模型,边界条件更接近真实情况,建立一种SCB三维非稳态传热模型。对SCB器件通以恒流后进行红外测温实验,同时使用传热模型计算温度,对比模型计算值与实验数据,最高温度误差不超过4℃,温度分布及温升趋势也较为吻合。结果表明,该模型较准确地表现了PCB封装SCB器件的非稳态传热过程。

基于一维非稳态传热模型的炉温曲线优化研究

在回流焊接过程中,保证最优的传热系数能提高产品的质量和工作效率。针对某回焊炉的温度分布进行分段线性回归,通过有限元分析找到可优化参数,并且建立一维非稳态传热模型,以最优传热系数为优化目标,以各温区炉温及传送带速率为优化变量,采用有限差分法对已有的炉温曲线进一步改良,获得最佳指标值。结果表明:该模型自适应性较强,能有效地保证各功能区温度过渡的连贯性。

基于非稳态传热模型的回焊炉系统

文章主要从回焊炉对电路板进行回流展开相关研究,因温度控制对产品最终质量至关重要,通过回焊炉焊接区域的温度变化,建立一维非稳态传热模型,便于对回焊炉实验进行控制和调整。

基于集总参数法的坦克动力装置非稳态传热模型

发展了一个基于集总参数法的坦克动力装置非稳态传热模型,考虑了发动机燃烧室的传热、发动机主要部件的传热、冷却系统和润滑系统的工作及坦克动力舱内的空气流动,建立了燃烧气体与发动机部件、各部件之间、部件与冷却液、部件与润滑油、部件与动力舱空气之间的热耦合计算公式.对一台坦克动力装置的非稳态传热进行了实例计算,结果证实这个模型可以用于坦克动力装置非稳态传热的研究.