管内变密度流体流动与换热的充分发展及解析解

本文提出了圆管内变密度流体流动与换热充分发展的概念和相关假设及其推论.在所提出的概念和假设基础上对理想气体在圆管内的流动与换热进行了解析求解,得到了充分发展时的无量纲速度抛物分布及无量纲温度分布.对圆管内密度随温度变化的氩气的流动与换热数值模拟所获得的无量纲速度分布及无量纲温度分布在入口段后与上述解析解非常吻合,从而验证了在本文的计算条件范围内,圆管内变密度流体充分发展流动与换热的概念及其解析解是合理的.     

基于分析J-T节流制冷器局部优化设计

本文针对Hampson型J-T节流制冷器提出了肋片非等距双螺旋回热器结构,并建立相应的数理模型,从局部参数优化角度对回热器性能进行研究。在分析新型回热器损失空间分布特点的基础上,通过采用合理的非等螺距的肋片布置形式,来减少回热器的总损失和提高回热性能。本文构建了新型双螺旋回热器的BBD实验表,并数值求解和分析了各种非等间距回热器的损失与换热量分布特性。结果表明:采用合适的非等间距双螺旋回热器可以在减少材料消耗的基础上,调整高低温区域的换热负荷占比和改进损失空间分布,进一步减小总损失和提高换热量。最后验证了新型双螺旋换热器结构的合理性与有效性,为J-T节流制冷器双螺旋型换热器的优化设计和性能提升提供了新的思路。     

水平spiral型地埋管换热器传热特性的数值模拟及实验验证

基于COMSOL软件建立了水平spiral型地埋管传热三维数值模型,研究了线圈直径、运行模式、土壤类型、地下水渗流以及长期运行工况对其传热特性的影响。结果表明:线圈直径的增大可以提高地埋管总换热量,但会导致单位管长换热量的降低及土壤热影响范围的增大;在以24 h为周期的间歇运行模式下,开启时间越长,地埋管日平均换热量下降幅度越大,水平方向热影响范围越大;从换热性能的角度,岩土最大,黏土最小;但从土壤热影响范围的角度,黏土最小,沙土最大;地下水渗流速度的增加有利于强化地埋管的换热性能,且相对水平方向,竖直方向上的地下水渗流强化换热性能效果更为明显;全年运行工况下,间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,从而可提高水平spiral型地埋管的换热性能,且两种模式在全年运行结束后均不会存在冷热堆积现象。实验验证表明:换热量与土壤过余温度的实验与模拟值吻合较好,其实时误差分别在12.3%、10.4%以内,平均相对误差分别为5.4%、8.1%。     

基于平面方程的六光幕精度靶工程化建模及精度分析

针对传统几何法在六光幕精度靶测量模型解算及精度分析中因取近似结构参数而引入误差的问题,提出了基于平面方程的精确解算及精度分析法.依据工程实际,构建了高通用性的六光幕精度靶工程化测量模型及误差传递模型,系统地仿真比较了两类六幕结构中靶距及靶距误差、斜幕角度及角度误差、光源和接收对准误差等多误差源对弹丸速度及着靶坐标测量结果的影响,获得了一系列探测靶面内的测量误差分布数据,并结合实际给出了一个可满足坐标测量误差小于3 mm,相对测速误差小于0.3%指标的工程设计实例.研究结果可为六光幕精度靶的工程化设计与精度评估提供可靠的理论基础及数据参考.     

串级结构Z扫描特性的分析

对非线性介质串级结构的Z扫描特性进行了分析，分别给出了解析解和数值解. 解析分析主要是基于高斯分解方法（GDM）和分布透镜方法的组合；数值分析采用了Crank-Nicholson有限差分方法和快速汉克尔变换方法(FHT). 同时，也给出了这两种数值分析的使用条件和方法. 将解析结果、数值结果和实验结果进行了比较，结果显示它们具有很好的一致性. 关键词： 串级结构 Z扫描 有限差分方法 快速汉克尔变换     

器件效应数值模拟中漂移扩散模型的误差分析

为了确定数值模拟过程中的误差来源,并针对误差来源改进软件,减小计算误差,对半导体器件数值模拟中的采用的漂移扩散模型进行了研究。结合自主开发的半导体器件效应软件GSRES,分析了软件中漂移扩散模型的理论近似,对计算模型中由于温度分布、载流子复合/产生率、载流子迁移率等项采取近似而导致的误差进行了分析。根据误差分析和数值模拟算例,认为误差主要来自于器件内部温度场分布和迁移率模型的近似,给出了软件的适用范围。结合半导体器件的研究热点和发展趋势,对该模型中需要进行改进的近似项进行了分析。     

微重力下圆管毛细流动解析近似解研究

应用同伦分析法研究微重力环境下圆管毛细流动解析近似解问题, 给出了级数解的表达公式. 不同于其他解析近似方法, 该方法从根本上克服了摄动理论对小参数的过分依赖, 其有效性与所研究的非线性问题是否含有小参数无关, 适用范围广. 同伦分析法提供了选取基函数的自由, 可以选取较好的基函数, 更有效地逼近问题的解, 通过引入辅助参数和辅助函数来调节和控制级数解的收敛区域和收敛速度, 同伦分析法为圆管毛细流动问题的解析近似求解开辟了一个全新的途径. 通过具体算例, 将同伦分析法与四阶龙格库塔方法数值解做了比较, 结果表明, 该方法具有很高的计算精度. 关键词： 圆管 微重力 毛细流动 同伦分析法     

静态超高压大腔体中热流的计算机模拟(Ⅰ)——基本方程和数值求解方法

对六面顶静态超高压大腔体中传热问题采用二维柱对称近似，提供一种能在计算机上实现的求瞬态和稳态温度分布的数值计算方法．估计了误差，推导了静态温度分布的近似解析表达式． 关键词：     

单模光纤中的脉冲展宽

本文给出了光源频谱是洛仑兹分布的高斯脉冲,在单模光纤中传输时因一阶色散而展宽的近似理论.得到了在光纤中传输的脉冲光功率的系综平均值和输出脉冲宽度的均方根值的近似解析公式.数值分析的结果表明,所给出的公式与数值解的最大偏差小于5%.     

基于高精度解析解的航天器热设计方法

针对微小卫星热设计需求,基于球形双层集总参数模型,解析求解了双节点动态热平衡方程。提出使用多个类谐波近似处理周期性外热流边界的手段,消除外热流近似带来的计算误差。通过单次线性化处理,直接求解动态热平衡方程,得到高精度的动态温度解析解,使用四阶Runge-Kutta方法进行了数值验证。基于高精度解析解,设计了航天器导热–辐射双参数直接调控计算程序,对某小卫星模型进行热设计,对设计结果进行热仿真计算,验证了设计方案的可行性与准确性。     

夏季温室环境下植物生长用LED灯具散热结构的温度分布模型构建与验证

以热传导流入肋片热量与通过空气与肋片间的对流所散出的热量及湿空气凝结所需热量之和相等作为条件,构建了可以实际反映温室环境影响下的植物生长用LED灯具散热结构的温度分布模型。通过实验结合仿真模拟,实现对温室环境的物理仿真模型的建立,并以模型得到了灯具处于最为恶劣的工况下的空气物理参数。结合具体的空气物理参数以及所构建的数学模型,计算出了悬挂在温室中部2.5 m高度处的150W植物生长用LED灯具在最为恶劣的工况下的散热结构关键节点的温度数值,并运用红外热像仪,对关键温度节点进行了收集。数据表明,计算值与实验值及仿真值的数值误差均不超过5%,验证了模型的正确性,对具体的植物生长用LED灯具的散热结构的设计具有积极的指导作用。     

二维方腔非稳态自然对流数值模拟研究

本文针对二维方腔中非稳态自然对流过程进行了数值研究,方腔一侧被等温冷却,另一侧受到三块热板脉动加热,热板温度满足两种不同规律,脉动周期0.01 s<τ<500 s,脉动大小0<α<0.40,所研究的自然对流问题取Ra=106,工质为空气(Pr=0.70)。研究结果表明:方腔中冷板瞬时对流换热量与相应稳态时有很大差异;在一定条件下,热板温度脉动周期和脉动量对冷板的换热量均有很大的影响。     

非均匀浓度氟里昂蒸汽-空气物系体积力膜状凝结放热的研究

本文进一步发展了日本学者Hijikata-Mori给出的均匀浓度逆向发展凝结放热模型及其非相似解:提出了非均匀浓度氟里昂蒸汽-空气物系体积力膜状凝结放热模型及其积分数值解;获得了不凝性气体浓度及其分布不均匀性对液膜厚度_l、气膜厚度、气液界面温度_i和局部换热量Q_x等参数的影响规律;利用天津大学凝结放热试验台模拟了一种常见非均匀浓度场(R_(113)-空气).进行了膜状凝结放热实验,其结果与理论解析相比较,具有良好的一致性.     

CO_2内螺旋管式气体冷却器换热特性仿真研究

建立了一种应用于CO_2热泵热水机的内螺旋管式气体冷却器(逆流型)的换热特性稳态仿真模型,且与实验数据吻合较好。在仿真模型基础上,分析气体冷却器内部流体温度沿管长分布情况,研究结构参数和水侧进口温度对气体冷却器换热性能的影响,研究结果表明:由于CO_2侧出口温度不会低于水侧进口温度,因此换热量受水侧进口温度限制,当气体冷却器换热面积增加到一定程度时,换热量增加幅度放缓并逐渐接近其上限值;随着水侧进口温度的增加,水侧与CO_2侧的对数平均温差和换热量降低,水侧出口温度增加幅度越来越小。     

反胶束内表面电荷密度／表面电势的近似解析式

用摄动法与线性化近似耦合迭代法求解非线性的Ｐｏｉｓｓｏｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程,获得了反胶束内表面电荷密度／表面电势的两个近似解析式,具有适用于混合,非对称电解质溶液的普遍情形的特点,与计算机精确的数值解进行对比表明,在通常反胶束内部双电层表面电势的情形下,两个近似解析式分别具有１．０％与５．０％的相对误差,从而构成了非线性ＰＢＥ在全区间上的部分近似解析解。     

基于OpenFOAM的投影法磁流体求解器开发与验证

在开源计算流体力学C++工具包OpenFOAM环境下开发了低磁雷诺数条件下的磁流体求解器,并进行了验证。采用投影算法求解动量方程和压力泊松方程;采用非结构网格同位相容守恒算法求解电势泊松方程、感应电流和洛伦兹力;采用边界耦合方法求解流固耦合电势场。通过对均匀磁场下导电方管和导电圆管内的完全发展磁流体层流的数值模拟和解析解的对比,对求解器进行了验证。进一步对非均匀强磁场作用下导电方管和导电圆管内完全发展磁流体层流进行了数值模拟,并与ALEX实验结果进行了比较。数值解和实验结果吻合良好。所开发的求解器可用于复杂结构强磁场作用下磁流体的数值模拟研究。     

基于OpenFOAM的投影法磁流体求解器开发与验证

在开源计算流体力学C++工具包OpenFOAM环境下开发了低磁雷诺数条件下的磁流体求解器,并进行了验证。采用投影算法求解动量方程和压力泊松方程;采用非结构网格同位相容守恒算法求解电势泊松方程、感应电流和洛伦兹力;采用边界耦合方法求解流固耦合电势场。通过对均匀磁场下导电方管和导电圆管内的完全发展磁流体层流的数值模拟和解析解的对比,对求解器进行了验证。进一步对非均匀强磁场作用下导电方管和导电圆管内完全发展磁流体层流进行了数值模拟,并与ALEX实验结果进行了比较。数值解和实验结果吻合良好。所开发的求解器可用于复杂结构强磁场作用下磁流体的数值模拟研究。     

精确计算非旋波近似下二能级系统的能谱和动力学性质

利用相干态正交化展开法,精确求解了非旋波近似下Jaynes-Cummings模型的能谱和动力学性质.与近似下解析解比较发现,在弱耦合和强耦合区近似解析解与数值精确解符合很好,但在中间耦合区符合较差. 关键词： 相干态正交化展开 非旋波近似 Jaynes-Cummings模型     

套管式冷凝器热平衡实验研究

套管式冷凝器结构简单,广泛应用于石油化工、制冷空调和动力等行业。如果换热器与外界环境没有热量交换,则冷流体的吸热量与热流体的放热量相等。主要研究套管式冷凝器的换热量、表面传热系数和总传热系数的测试和计算方法。通过对冷凝器实验台的工作原理和使用方法的实验研究,得出水蒸汽冷凝时套管式换热器的总换热量、热平衡误差和总换热系数的变化规律,分析了不同进出口温度时表面传热系数的变化规律。     

同轴型强流电子束二极管的一种解析近似

 从描述电子束运动的基本方程出发，引入一定条件下的近似，获得了一种实用的同轴二极管电流、电压与几何参数关系的近似解析解。给出了同轴二极管阻抗、间隙电压分布与二极管外加电压以及结构参数之间的关系式，并与1维模型精确数值解进行比较分析。采用了PIC数值模拟方法对该理论分析结果在常用参数范围内的准确性进行了验证，获得了一致的结果。与相对论条件下的实验结果数据相比，在二极管电压为300～700 kV时实验结果与该理论估算值非常接近。