考虑风载作用的绝缘穿刺线夹多物理场耦合研究

绝缘穿刺线夹是电力线路架设中最常用的设备之一,随着电力行业的快速发展,对线夹的可靠性、耐热性提出了更高的要求。文章针对绝缘穿刺线夹在实际工作中由于载流量大、电压高、散热条件差等造成的失效问题,开展线夹接触电阻的测量实验,并建立线夹电热力多场耦合有限元模型,考虑风载作用施加合理的热边界条件和循环振动载荷,分析不同安装扭矩对线夹温度及应力分布的影响。研究结果表明,线夹安装扭矩越大,接触电阻、温升及最大应力波动幅度越小,尤其是安装扭矩在24～28 N·m时,线夹最大应力波动幅度骤降,缓解了线夹的疲劳寿命。该文研究成果为绝缘穿刺线夹在实际应用中施加合适的预紧力提供理论依据,优化了线夹的服役性能和疲劳寿命。     

基于多物理场耦合的电子器件性能分析

考虑电子器件实际工作过程中受到电、热、力多个物理场的耦合作用,基于顺序耦合计算理论,构建了电子器件的多物理场耦合分析方法。以某型电子插槽为对象,通过实例分析计算,对该分析方法进行了具体应用。最后,通过实验对该分析方法的准确性进行验证,结果表明:仿真计算误差在4.6%以内,能够用于电子器件的性能预测与优化。     

MPCCI在多物理场耦合计算中的应用

头锥结构在高速飞行状态下会产生气动热和结构传热问题,这是一种包含流场、结构场及温度场的多物理场耦合问题。在数值计算中,必须采用耦合计算的方法,才可以得到结构的准确温度和热变形情况,从而为结构设计工作做指导。本文采用松耦合策略,利用MPCCI软件,同时调用FLUENT和ABAQUS软件,以三维弹头结构为算例,计算得出了其在飞行状态下的外部流场特性,并对此弹头结构在不同飞行速度下的结构温升和热变形情况进行了对比研究,结果表明:飞行速度越大结构的温升越快,驻点的温度越高,结构热变形越大。     

一种新型微波加热腔体多物理场耦合分析

本研究设计了一种新型固态微波功率源馈电的金属腔体加热装置.从电磁场与物质相互作用的物理机理出发,分析了被加热物体中电磁场,热场及流体场的耦合作用,并分别通过COMSOL Multiphysics和自己编写的时域有限差分算法程序建立数学模型对多物理场耦合进行了计算.最后,通过实验验证了数学模型的正确性及该腔体对微波吸收效率和加热均匀性的提升.该设计可应用于加热低损耗媒质.     

时变条件下滑动轴承系统的多物理场耦合分析

针对传统非耦合分析方法无法研究轴颈、油膜与轴瓦之间的相互作用以及普通流-固耦合方法无法真实反应轴承运转工况的问题,提出了一种融合计算流体动力学、流-固耦合和热流耦合的瞬态分析方法,分析了时变条件下轴承系统速度、压力和温度的多物理场耦合,并分析了空化现象的影响,精确计算了恒定载荷下的偏心率和温升场,以及从启动到稳定过程的轴心轨迹.同时,分别考虑腔结构、轴颈转速和载荷对油膜压力、偏心率、温升和气穴的影响,并将计算结果与相关文献的实验结果进行比较.结果表明:所得计算结果与实验结果较吻合;轴承的轴心轨迹呈螺旋形;油腔数目对轴心轨迹、气穴和温升的影响很大.     

电磁感应矫平工艺的多物理场耦合仿真研究

电磁感应矫平方法具有效率高、易操作的特点,在薄板矫平工艺中有良好的应用前景.以船厂使用的固定式一字型线圈感应矫平工艺为例,基于COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了三维电磁-热-力耦合感应矫平有限元模型.该模型输入AH36钢板随温度变化的物理性能,以对接焊件残余应力与焊接变形作为初始状态,采用顺序耦合的方法计算矫平过程中电磁场、温度场与结构场的变化,从而验证了温度场与电磁场在矫平过程的双向耦合关系,得到焊接件在矫平后的变形量.通过自行搭建的感应矫平实验平台测试矫平工艺中的温度变化与变形量,验证了该有限元模型的准确性与有效性.     

关于多场耦合问题的几个概念探讨

从湍流脉动的高阶关联项以及湍流的雷诺方程出发,指出了动量场、能量场、质量场等相互耦合现象可以湍流脉动关联项和时均项中同时存在,并提高了脉动合和时间均耦合的概念,指出了在引入湍流模型即对雷诺时均方程使用湍流统计矩方程进行了封闭后,动量,能量及质量之间的耦合现象可由时均耦合来描述。介绍了多相耦合的概念及求解耦合问题的基本思路和方法。     

多场耦合下大体积混凝土初次蓄水的温度应力问题研究

在大体积混凝土坝初次蓄水时,温度较低的库水必然会对坝体温度场产生较明显的影响,从而影响坝体的变形,甚至产生温度裂缝.为分析大体积混凝土初次蓄水的温度应力,本文将混凝土类多孔介质视为连续介质,综合运用水力学、热学和固体力学等基本理论,根据动量守恒、质量守恒和能量守恒方程建立了以位移、孔隙水压力、孔隙气压力、温度和孔隙率为未知量的多场耦合数学模型,在此基础上编制了有限元计算程序,并对大体积碾压混凝土块的渗流场、温度场和应力场进行了耦合分析,结果表明,考虑耦合后块体温降幅度及温度大主应力均较不考虑耦合条件下大.     

多场耦合作用下氯离子分布场的数值模型

为了研究温度场、湿度场和CO2分布场对氯离子分布场的影响,基于Fick扩散定律和质量守恒定律,主要考虑氯离子扩散系数、湿度以及氯离子结合和释放4个敏感参数,推导了混凝土中氯离子三维分布场控制方程,给出了初始条件和边界条件.利用ANSYS内部集成的参数化程序设计语言APDL建立了数值分析框架.结合试验参数,进行了湿度场作用下混凝土中氯离子分布场的数值计算,并进行了模型参数敏感性分析.结果表明:该模型可以实现不同边界条件下二维和三维多场耦合的数值计算.湿度扩散系数、氯离子扩散系数、边界氯离子浓度以及氯离子结合等温线的取值对氯离子浓度分布影响显著.数值计算结果与实验结果吻合良好,数值模型具有足够的可靠性.     

等离子木纤维净化器多物理场耦合仿真分析

通过建立等离子木纤维净化器仿真模型,利用Comsol多物理场耦合仿真分析软件对等离子木纤维净化器中放电装置所涉及的多物理场进行耦合仿真分析,研究等离子木纤维净化器的放电装置中的放电电压幅值、介质相对介电常数和放电电极线直径对电场强度的影响。结果显示,当等离子木纤维净化器的放电电压为21kV、电极线直径设置为1mm、相对介电常数较高的材料作为放电介质时,等离子木纤维净化器所产生的电场强度越大。     

电化学加工过程多场耦合仿真研究

为了研究加工区温度和气泡对电化学加工精度的影响,建立了电化学加工过程多物理场数学模型,对加工区温度和气泡进行求解。该模型包括电场模型、传热模型、流场模型、电导率模型以及阳极溶解模型。通过相关物理场之间的相互作用关系,将各模型耦合起来,对加工区温度和气泡率进行求解,并分析流速和加工电压对电化学加工过程的影响规律。     

超音速三角翼多场耦合分析研究

为了对超音速三角翼在气动加热作用下的结构和气动耦合特性进行系统分析和研究,分别采用有限元方法和计算流体力学方法,建立结构和气动分析模型,在此基础上,建立热流、气动压力到有限元节点和有限元节点位移、温度到气动节点的插值模型,确立气动、结构模型之间压力场、热场、温度场和位移场的耦合关系,通过多轮迭代计算,获得考虑耦合效应的结构和气动特性。通过某马赫数为3的三角翼的计算和验证,可以得出,此方法能够对超音速飞行器的气动和结构耦合问题进行比较准确的分析,在超音速飞行器设计中具有较大应用价值。     

车用柴油机缸孔变形整体接触多场分步耦合模拟

为解决车用柴油机整机开发及老机型改进过程中普遍遇到的机体缸孔变形过大从而影响机油消耗和颗粒物排放量进一步降低的难题,提出了整体接触多场分步耦合的研究方法.以493车用柴油机为研究对象,建立了包含机体、缸盖、缸套、缸盖垫与缸盖螺栓的整体接触关系模型,精确加载缸盖螺栓预紧力、主轴承盖螺栓预紧力、气体最大爆发压力等机械栽荷以及热边界条件,实现机械应力场和热应力场的分步耦合计算,研究机体在实际工作状况下缸孔的变形情况,为优化结构设计提供依据本方法可应用于其他柴油机整机开发或升级改造中的缸孔变形研究.     

二氧化碳驱多场耦合粗化研究

二氧化碳驱过程是一个动态的多场耦合问题;涉及渗流场、扩散场和化学反应等多物理场。广泛存在的油藏非均质性要求对实际油藏进行粗化,在此过程中,粗化后的单元必须同时满足多物理场的等效替代;而且随着储层物性参数的变换粗化后的参数能进行相应的调整。利用单元测试的方法对二氧化碳混相驱和非混相驱过程中多物理场进行了动态粗化,取得了较好的粗化效果;该方法可以应用于相应的多场耦合粗化数值模拟研究。     

基于多物理场耦合的非晶合金变压器短路特性分析

非晶合金变压器具有显著的节能优势,但是抗短路能力不足。针对在实际试验研究中非晶合金变压器绕组短路系列故障设置困难问题,本文基于电磁场-结构力场-温度场的瞬态多物理场耦合理论,建立变压器有限元三维模型。仿真了低压侧出口三相短路条件下非晶合金变压器矩形绕组的短路特性,研究了非晶合金变压器发生短路时温度剧烈升高所带来的热应力对绕组形变的影响。并对单独电磁力作用和电磁力热应力耦合作用下的绕组应力和形变进行了对比,计算结果表明热效应会对变压器形变产生较大影响,造成矩形绕组多处严重变形损坏。短路温升是变压器变形损坏不可忽略的因素,同时也是提升变压器抗短路能力中需要重点考虑的问题。     

垂直Bridgman法多组元晶体生长的多场耦合模型

对垂直Bridgman法多组元晶体生长的准稳态模型所采用的Boussinesq线性密度假设进行了改进,基于密度的Taylor展开式,得到了熔体密度随温度、浓度变化的非线性函数关系并引入到模型中,改进后的准稳态模型（PSSM）能揭示晶体生长过程的非线性本质．明确了模型的边界条件,得到了晶体生长的完整数学描述．改进后的PSSM以及已获得的多组元晶体准确物性为晶体生长的多场耦舍定量数值模拟研究奠定了基础．     

平板热反应器的多场耦合建模及仿真研究

化学反应器中的化学反应过程是能量,物料平衡及物料动量,热量和物料传输等联系紧密的多物理场耦合过程.该过程涉及的物理化学问题非线性度较高,求解难度也会增加.本文对平板化学热反应器在建立其化学反应、动量传输、能量传输和物料传输的多物理场耦合数值模型的基础上进行了研究,通过COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件的化学工程模块按照由简入繁的建模思路,逐步对所涉及的物理场进行耦合,完成对物料热反应关键控制参数温度、浓度和流速等在反应过程中变化情况的掌握,有助于产品质量控制和安全生产.     

多线圈并接耦合时的等效自感系数计算

从法拉第电磁感应定律出发,通过计算N个并接耦合线圈的感应电动势,得到了一个齐次微分方程组.然后,通过行列式的变换关系,导出了N个并接耦合线圈的等效自感系数,并对三个并接线圈的情形进行了分析讨论.     

多场耦合的机翼热气动弹性问题研究

采用CFD/CSD/CTD耦合方法研究了高超声速机翼的热气动弹性问题。首先采用多场耦合方法进行了静热气动弹性配平,获得了结构热平衡状态下的温度分布和位移分布;在此基础上对结构进行了热模态分析,得到了其各阶模态频率随来流马赫数的变化规律;最后,研究了材料属性变化和热应力对热配平结果的影响。结果表明,气动热使结构特性发生改变,模型结构刚度下降主要由材料属性变化引起,而结构变形则与热膨胀有关。     

基于APDL的大规模多物理场间接耦合批处理程序开发

在大规模多物理场间接耦合分析时,求解和后处理流程复杂,批处理命令流编写十分困难。针对这一情况,使用APDL和联合二次开发应用程序可以高效地扩充ANSYS批处理功能。文中提出一种APDL语言和联合开发方法,并设计开发一套大规模多物理场间接耦合批处理程序,用以提高ANSYS批量计算、结果提取和统计的效率,将APDL语言脚本"胶着"特性与强类型语言规范性融合,充分利用APDL二次开发工具和的MFC平台开发程序,更加灵活地控制ANSYS分析流程、数据提取和数据管理,从而提高大规模多物理场间接耦合分析效率。通过300t钢水罐罐壁热-应力间接耦合分析实例验证了所开发的批处理程序的可靠性和高效性。