建筑构件内瞬态热湿分析中的多层求解方法

提出了一种求解一维多层建筑构件内瞬态耦合传热传质问题的有限差分逼近方法.求解过程中认为构件的内外表面处的热湿传递为瞬态过程,并考虑了多层墙体每一层物性参数的非连续性,从而避免了通常处理中边界条件设定为常数给计算带来的误差.利用该方法对典型的三层墙体层与层界面处相对湿度在24小时内的变化进行了计算,计算结果与文[6]的传递函数求解方法符合很好,可推广应用到对二维和三维耦合传热传湿问题的求解.     

低超声速飞行器瞬态热状况解耦算法

针对低超声速飞行器非稳态飞行条件下内外流固耦合一体化计算的复杂性,将飞行器外部流场的实时气动热转化为浮动的第三类边界条件进行解耦.以加速俯冲的超声速三维头锥体为例,分别采用浮动温差法和辐射平衡法提取表面对流换热系数进行解耦计算,并与直接耦合计算结果进行比较,验证两种解耦算法的可靠性.结果表明,将非稳态飞行过程离散为不同飞行状态点,通过提取对流换热系数解耦计算得到的不同状态点的锥体表面温度分布与直接耦合计算得到的结果吻合较好.两种解耦算法在计算效率方面均要优于耦合计算方法;在外界气动环境发生剧烈变化的过程中,最大相对误差均不超过2%.     

叉流填料再生器中传热传质系数的实验研究

以.NTU-Le模型为基础提出一种根据实验结果来测定溶液再生过程的耦合传热传质系数的方法.以氯化锂溶液为再生剂,进行了溶液再生稳态实验,计算得到不同工况下的耦合传质系数和Le数并拟合出其计算关联式,分析了各种入口参数对传质系数的影响.最后验证了计算关联式的正确性,空气温度和含湿量的模拟平均偏差分别为3.236%和1.28%.     

搅拌摩擦焊准稳态热力耦合过程数值模拟研究

搅拌摩擦焊接过程中的材料塑性变形流场与温度场对焊接接头的组织演化及最终的力学性能有着十分重要的影响,许多学者对此进行了大量的研究.近年来的研究结果表明,该过程是一个极其复杂的热力耦合过程,温度场与材料塑性变形流场之间具有相互耦合效应.运用流体力学和传热学原理对准稳态热力耦合过程进行了数值模拟研究,通过计算得到了焊件材料的流场和温度场分布,并设计了相关实验对温度场进行了验证,结果表明该计算结果可以较准确地描述搅拌摩擦焊准稳态热力耦合状态.     

用耦合波理论求解渐变折射率光纤的传播常数和模式场

本文应用耦合波理论来计算任意渐变折射李光纤的传播常数和模场分布.将无限伸展的抛物型折射率分布光纤作为一个理想波导,任意径向不均匀折射率分布光纤便可以视作该理想波导的微扰,其模场可以展开成一组完备的理想波导模的叠加.然后,模场和传播常数可以通过耦合波方程求得.进一步将一阶微分方程组形式的耦合波方程变换成线性方程组,使计算过程大大简化.文中给出了数值计算结果,并将其与准确值进行了比较.     

日光温室土壤-空气换热器周围土壤中热湿迁移规律研究

为研究日光温室土壤-空气换热系统土壤中的热湿耦合迁移规律,建立了水平换热管周围非饱和土壤中热湿耦合传递的数学模型,模拟非饱和土壤蓄热过程中温湿度的动态分布。结果表明,温湿度场的分布密切相关。在土壤中温度梯度作用下,土壤中的湿分沿温度梯度反方向迁移,且依次形成湿峰。各向同性土壤中,距管中心距离相同的各点,同时出现湿峰。管内空气温度越高,湿度峰值越明显。利用土壤-空气换热器对高温空气进行降温,含湿土壤中的传热传质,有利于换热系统获得较低的空气出口温度。     

薄滚筒内二元湿颗粒体系混合行为的离散单元模拟研究

采用所建立的四方程线性弹性-阻尼离散单元模型,同时考虑了液桥力的作用,对填充量为40%、含液量为3%的水平薄滚筒内S型(不同直径颗粒)二元湿颗粒体系混合过程进行了数值模拟,并与同等操作条件下不含液的干颗粒体系的混合行为进行了比较,分析了液体对颗粒体系混合行为的影响. 同时还将计算结果与文献中的实验结果进行了比较. 结果表明,由于湿颗粒间液桥力的牵引作用使不同性质的颗粒不易分离,使部分颗粒聚结成团,减弱了离析作用的影响,使得滚筒内湿颗粒的混合程度高于相同条件下的干颗粒体系,且接触力的分布较干颗粒体系更加均匀. 通过对混合过程的模拟,直观地反映了混合过程中颗粒的微观运动特性和内部的力学结构,为研究湿颗粒体系混合过程机理提供了依据和参考. 关键词： 湿颗粒体系 混合 分离 离散单元法     

Electron conductance and mode stability in multi-gap coupled cavity m

根据空间电荷波小信号基础理论,建立了多间隙耦合腔中单个间隙电子电导的计算模型与模式稳定性分析模型.以3间隙耦合腔为例,推导出了各个间隙电子电导的计算公式.通过理论计算与仿真模拟,研究了3间隙耦合腔中各个模式的电子电导特性,并进行了间隙中注波互作用研究与模式稳定性分析.模型计算发现:各个间隙不同模式的电子电导不同,第3间隙内电子电导受注电压及间隙距离影响最大,对整个间隙内的注波互作用及电路稳定性的影响也最大.该模型还可以用于分布作用速调管注波互作用的计算模拟.     

直接甲醇燃料电池反应和组分传递的模型计算

本文建立了直接甲醇燃料电池的二维、单相数学模型来研究电池内各种场的分布情况.模型中考虑了与电化学反应相伴随的、与流体动力学相关的反应与物料传递的耦合过程以及甲醇串流对阴极反应的影响;对阳极和阴极催化层传质过程引入了团聚块模型进行修正.计算了电池内的反应组分浓度分布和局部电流分布以及催化层沿长度方向的局部过电势分布,分析丁催化层内反应的非均匀性.在此基础上考察了对电池流场板结构的改进方案:减小集流板肋条宽度以及在肋条过窄时引入金属泡沫代替电池流场板和扩散层对电池性能的影响,通过对比计算表明两种改进均可以使得催化层反应均匀化,使电池输出性能得到提高,后者效果更佳.     

94 GHz TE_(6,2)模式Denisov辐射器的研究

准光辐射器是回旋管内置准光模式变换器的重要组成部分.采用几何光学理论分析了圆波导中高阶旋转模式电磁波的准光传输特性,分析了螺旋非规则光滑圆波导中电磁波的传输和模式耦合机理,推导任意扰动的圆波导内模式间的耦合波方程及其相关系数.根据耦合波理论编制准光模式变换器的数值计算程序,分析了Denisov型辐射器内激励起的波导模式的功率分布规律和波导壁上的纵向磁场分布,以及辐射器螺旋切口的辐射场的分布和辐射波束的特征,并采用三维全波仿真软件进行对比模拟.优化了工作频率为94 GHz,TE6,2模式的Denisov型辐射器,其输出功率效率高达98%;加工成实物并内置于回旋振荡内进行热测实验,在回旋管的输出窗处获得了高斯分布的烧斑图.此结果表明测试结果与计算基本一致.     

气冷涡轮叶片传统热分析中热边界条件的影响

以MarkII气冷涡轮叶片为研究对象,考察了换热系数分布对叶片外表面温度分布的影响。首先分别以温度和换热系数实验值作为热边界条件验证了固体导热计算方法和CFD程序的有效性,然后分析了6种典型热边界条件下的叶片外表面温度分布,并与实验值进行对比。由分析结果可知:叶片外表面温度与换热系数紧密关联,经验关联式(层流、湍流)条件下预测得到的温度偏差较大,当换热系数由能考虑边界层转捩影响的CFD计算得到时,预测得到的温度与实验值较为接近。     

高温空气燃烧炉内耦合传热的数值模拟

用自行开发的三维湍流流动、燃烧、辐射传热和NO_x湍流生成的计算程序,用离散坐标方法(DOM)模拟炉内的辐射传热并与其它传热方式相耦合,与各个输运方程共同求解,对燃烧室内的温度场进行了数值模拟.通过改变高温空气的预热温度,数值分析了高温空气燃烧炉内采用燃气直接喷射技术(FDI)的温度分布特性,检验了所采用的耦合数值模拟技术的有效性.模拟计算结果表明,提高空气预热温度,炉内温度的峰值相应增大,温度梯度降低,温度分布更均匀,火焰更长.相关的实验结果与数值预报的结果对比表明了相一致的规律.     

管内高温介质层流入口段中的热辐射作用

数值研究了高温介质密度随温度变化时,管内层流入口段耦合换热中的热辐射作用。采用离散坐标法、控制容积法耦合求解辐射传递方程、能量方程及N-S方程。考察了中等大小光学厚度下,热辐射作用对介质内速度分布、温度分布以及换热的影响。结果表明,即使在不大的光学厚度下,热辐射作用对管内高温介质层流入口段耦合换热的速度场与换热强度都有明显影响。     

含相变材料玻璃类围护结构传热系数分析

建立太阳辐射加热下含半透明相变材料类玻璃围护结构的一维相变导热和辐射耦合稳态传热模型,采用控制容积法结合布格尔定律,数值求解含相变材料玻璃围护结构内部的能量传递,分析相变材料的辐射物性参数和室内外环境因素对其传热系数的影响.结果表明,计算相变材料类玻璃围护结构传热系数需要考虑其半透明性;传热系数不仅受物性参数和环境因素的影响,还与材料的液相率与透光率等因素有关.     

最小煅耗优化在椭圆管换热中的应用

本文以(?)耗最小作为目标,以流动过程中的功率消耗一定作为约束条件,结合能量守恒方程和质量守恒方程得到了对流换热的优化场方程。通过数值计算,对优化场方程下的椭圆管对流换热问题进行了研究。结果表明,椭圆管优化速度场为多纵向涡结构,在这种优化场下换热能力增加的幅度远大于阻力增加的幅度,证明了以(?)耗最小作为目标的优化理论能够用于指导强化换热元件的设计。     

Evaluation of Heat Transfer Coefficient During Drying of Typical Municipal Solid Waste Matrices with Significant Shrinkage at Medium Temperature

High-moisture municipal solid waste leads to lower heat value, lower combustion efficiency, and frequent and serious erosion during incinerating. Municipal solid waste should be dried before being efficiently incinerated. The purpose of this work is to carry out experimental study and simulation on characteristics of moisture migration of municipal solid waste matrices at medium temperature (100°C–200°C) in a muffle furnace. Obvious shrinkage during moisture migration of biological waste matrices with high initial moisture content was observed. The results showed the initial moisture content and framework mobility of waste matrices and the rate of moisture migration influence on shrinkage; and linear relationships between shrinkage and moisture content ratio of waste matrices during the first falling-rate period at certain drying temperature were established. Certain experimental results of drying characteristics of moisture migration of biological waste matrices, such as potato slices and watermelon peels, under medium temperature were simulated using the shrinkage model with introducing a shrinkage term in the governing equations. The model was numerically solved by applying the finite-differences method. The results show good agreement with experiment data. The shrinkage of biological waste matrices can enhance surface heat transfer of matrices. Thus, shrinkage plays an important role in the drying behavior of high-moisture biological municipal solid waste matrices.     

自然对流换热的高精度非结构网格有限体积法

用非结构网格有限体积法求解自然对流换热时,传统的对流项离散格式难以兼顾数值精度与计算效率,我们发展了一种耦合高精度格式的延迟修正方法,用于对流项的离散.高Re数下方腔驱动流数值计算验证了该方法具有较高的计算精度和较好的稳定性.Boussinesq流体的自然对流换热数值模拟,表明该方法能有效克服高Ra数时数值计算发散,可准确捕捉自然对流换热问题中不同偏心率下的等温线和流线分布特征.     

辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法

本文研究辐射输运和电子能量耦合方程组的数值方法. 在具有光性厚特征的应用问题中,这两类方程的耦合源项表现出强刚性,使得设计稳健高效的数值格式陷入困难.针对辐射输运多群模型和电子能量的耦合方程组的刚性源项,我们给出一种基于电子温度变化规律拟设（ansatz）的积分算法,其时间步长不受刚性源项限制,从而使得计算效率比传统显式方法或隐式非线性迭代获得本质的提高.在所基于的拟设有效时,算法确保给出具有物理意义的解,数值算例显示其给出的解具有较高的精确度.     

气动加热下高温陶瓷材料内的瞬态耦合换热

采用控制容积法结合蒙特卡罗法与谱带模型,数值模拟了气动加热下高温陶瓷内的辐射与导热瞬态耦合换热.分析了冷却边界条件、各向同性散射和表面特性对高温陶瓷内瞬态温度分布的影响.结果表明,高温下陶瓷内的辐射换热作用十分明显,陶瓷材料的表面特性对瞬态温度分布影响很大,各向同性散射也有明显影响.