温变参数材料微波加热的数值模拟

针对一般材料的介电参数等温度的函数，本文提出了一个微波加热分析的非线性模型。该模型基于交替迭代法求解描述加热过程的非线性耦合电磁学，热学微分方程组，通过若干数值分析的实例，说明了该方法可作为微波加热精确分析的一个有效方法。     

考虑频率波动的微波加热数值模拟模型

家用微波炉内磁控管的频率会有波动,且难以测定。为考查微波频率波动对样品温度分布的影响, 获得更加精确的仿真结果,研究假设家用微波炉的频率以2. 45 GHz 为中心波动,并对不同波动范围的频率(2.44~2.46 GHz,2.43~2.47 GHz,2.41~2.49 GHz)与单个频率(2.45 GHz)的基于有限元模型的仿真结果与实验结果进行了比较分析。实验对象是放置于微波炉内加热60 s 的土豆泥。对于不同的频率范围分布,每隔0. 005 GHz 计算一次电磁功率密度,并根据余弦分布对它们进行加权平均,最后将电磁功率作为热源加热土豆泥。模拟结果分别与用热成像仪和光纤热电偶测定的土豆泥表面温度分布和各部位瞬时温度的实验值进行比较。结果显示频率波动范围在2.44~2.46 GHz 预测的温度场与实验值有较好的一致性;而在2.41~2.49 GHz 范围内,温度分布的均匀性最好。该模型也可为指导微波食品的开发提供理论依据。     

微波加热含水稠油的实验和模拟研究

微波加热过程中，加热腔内部的温度分布对研究微波加热稠油引发的含水稠油的流变性和含水率的变化有着重要的意义，本文通过用FDTD方法求解Maxwell方程和用有限差分法求解传热方程，得到了微波加热腔内部的温度分布，为研究稠油的微波加热脱水提供了理论依据。     

基于缝隙波导的多频微波加热研究

微波因其高效、绿色无污染等优点在加热领域应用广泛,但加热均匀性差限制了它的进一步发展。本文基于波导缝隙天线理论和磁控管的非线性响应特性,设计了一个以波导缝隙阵列天线为辐射器的加热系统。利用磁控管的非线性响应特性输出多个频率的微波以丰富电磁场的模式,设计了基于横向缝隙波导和纵向缝隙波导的两种辐射器,建立了微波加热的多物理场模型,以模拟多个频率的微波通过缝隙波导加热物体的效果,并分析了不同参数如缝隙、频差等对加热均匀性及效率的影响。     

激光辐照层合板的数值模拟与试验对比

对激光辐照复合材料层合板的应力应变进行模拟分析,获得了应力应变场分布及其变化规律。数值模拟首先获得试件各点随激光辐照时间变化的温度场,然后将温度场导入并分析了试件的热应力和热应变。结果显示：沿纤维方向应力由中心的最大拉应力过渡到距光斑边缘约5 mm处的最大压应力后逐渐减小;垂直纤维方向应力在光斑内及其附近均是压应力;Mises应力在光斑中心处最大并随各位置到中心距离的增大而减小。热冲击使各点应力在辐照初期产生波动,光强越大,波动的时间点越早。为了验证数值分析模型,在激光辐照的复合材料层合板正面光斑周围粘贴应变片,用动态应变仪测试多点的应变并与数值结果进行对比,数值模拟应变与实测应变吻合较好,最大相对误差为18.4%。     

碳纤维增强复合材料与钛合金激光连接仿真

为了研究不同工艺参数对TC4钛合金与连续编织碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料（CFPEEK）的激光焊接接头的影响规律,并对焊接工艺窗口进行预测,使用ABAQUS软件建立基于热传导的有限元仿真模型,计算TC4钛合金/CFPEEK激光焊接接头的温度场分布。针对CFPEEK中连续编织碳纤维的实际铺层情况,在建模时对复合材料进行分层处理,将碳纤维层视为正交性质的材料。在此基础上探究了激光功率、焊接速度、光斑尺寸对焊缝熔化深度及宽度的影响规律,计算结果与实际试验结果吻合度较高,激光功率、焊接速度、光斑尺寸等工艺参数均对接头结合处的温度有较大影响。经过多组参数的计算,得到了TC4钛合金/连续编织CFPEEK激光连接的预测工艺窗口。结果表明,所建立的有限元模型能够有效模拟连续编织CFPEEK与TC4钛合金激光连接的温度场分布,对实际试验有一定指导意义,可降低试验成本。     

激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟

根据激光沉积修复的热传导特点, 利用有限元法中的生死单元技术, 建立了激光沉积修复TA15钛合金的过程模型, 采用参数化设计语言编程实现对多道多层激光沉积修复过程三维热应力场的数值模拟。研究了不同功率、不同扫描速度下以及对修复基体预热后热应力的动态分布规律, 并对热应力变化的原因进行了分析。结果表明, 随着激光功率的减小、扫描速度的增大热应力呈减小趋势, 对修复基体预先加热, 可以有效调控热应力的产生和演化, 为降低激光沉积修复过程中的热应力, 提高修复质量提供理论依据。     

基于旋转变频式加热技术对微波加热均匀性的影响研究

微波加热作为一种清洁又高效的加热方式,已普遍应用于化工、医药、冶金以及食品加热等多个方面,而如何提高微波加热的均匀性一直是近些年来研究的热点。本文通过分别对比旋转和变频对微波加热均匀性的影响,提出一种旋转变频的新型微波加热技术,同时使用多物理场仿真软件COMSOL仿真计算,结果表明采用频率范围在2.4～2.5 GHz变化的旋转变频式加热方式,温度变化系数降低了0.33,并进行了实验验证。实验结果和仿真计算结果相一致,证实了旋转变频式加热技术有利于提高微波加热的均匀性。     

激光填丝钎焊温度场数值模拟仿真研究

为提高车身顶板和侧板之间激光填丝钎焊的质量,研究钎焊热传导规律,建立了镀锌钢板卷边对接模型、CuSi3为钎料进行数值模拟仿真分析,考虑材料热物理属性、相变潜热以及热对流等问题的前提下采用双椭球激光热源模型进行热分析.探究了激光填丝钎焊温度随时间的变化规律,不同区域对温度的敏感程度以及不同功率下焊接熔池的温度场分布,为激...     

基于数值仿真的多馈微波加热温度控制系统

针对常用多模腔加热的不均匀性,对多馈口微波加热进行了研究,提出了一种基于数值仿真分析来设计微波加热系统的方法。通过建立1/2 全尺寸有限元模型进行仿真计算,分析了馈口数量对微波加热的影响,在此基础上采用Bang-Bang 控制策略设计了加热系统。其中,圆柱形谐振腔模型的高度为800 mm,半径为395 mm。腔体周围环形布置10个微波源,通过德拜模型仿真温度变化和测量值进行对比,验证了仿真模型的正确性。不同馈口数的COMSOL仿真结果表明,馈口数为4时,温度变异系数(COV)为0.0897,相比于一个馈口的情况,温度的均匀性提高了10.5%。通过实验测试了微波加热系统性能,实验结果表明,媒质温度能得到合理控制。     

管道式固体材料微波加热装置的仿真设计*

为了解决工业上固体材料在微波加热过程中普遍存在的能量不集中、效率低、加热不均匀的问题,提 出了一种管道式固体材料微波加热装置的设计方案。利用多物理场仿真对固体材料微波加热均匀性影响因素进行 分析,并优化了微波馈入装置的分布和管道结构,仿真表明该装置具有较好的加热均匀性和较高的效率。基于优化 后的设计,计算了褐煤在微波加热时的温度分布情况,其温度场的变异系数COV 值达到0.166,表明温度分布具有 良好的均匀性。该装置实现了对褐煤的微波均匀加热,对固体材料微波加热的工业应用具有指导意义。     

强激光对离体皮肤组织热损伤的模拟与实验研究

基于激光与生物组织相互作用的机理,建立了强激光辐照离体人皮肤组织的二维传热模型.对于Pennes生物传热方程,使用有限元法数值模拟了温度场分布.并利用连续激光对离体人皮肤组织进行辐照实验研究.实验表明:当激光辐照时间为6.83s时,皮肤组织发生热致汽化;当辐照时间为11.20s时,组织发生热致炭化;当辐照时间为25.30s时,组织发生热致燃烧,理论分析与实验结果相符.     

能量因素对激光弯曲成形的影响

本文对金属薄板的激光弯曲成形进行了试验研究和数值模拟。试验采用2KW YAG激光器扫描纯铝薄板,完全在热应力作用下使金属板料发生弯曲。在不同激光功率、线能量和面能量条件下进行了激光弯曲成形试验,并建立了激光弯曲成形温度场的数学模型,对金属板料的三维瞬态温度场进行了模拟计算,在此基础上分析了变形温度和应变速度对板料屈服强度的影响及其相互之间的耦合关系,揭示了能量因素对材料温度特性、力学特性及弯曲角的影响特点。     

激光熔凝加工中瞬时温度场及残余应力数值模拟

以激光熔凝表面强韧化处理为背景,应用空间弹塑性有限单元和高精度数值算法同时考虑材料组织性能的变化模拟工件的温度场及残余应力,研究激光熔凝加工中瞬时温度场及残余应力数值模拟,同时考虑相变潜热及相变塑性的影响,用算例验证了模型的正确性,给出了不同时刻温度场分布及残余应力分布。     

板料激光弯曲的屈曲机理的研究

介绍了激光弯曲的三种成形机理:温度梯度机理、增厚机理、屈曲机理。由于不进行预弯曲板料经激光束扫描后,仍可产生背向激光束的弯曲变形,针对这一现象,用有限元方法分析了其成形过程中温度场、应变场的变化,提出其成形机理仍属于屈曲机理,并作出了相应解释。通过实验与计算的方法,研究了反向弯曲角度与光束扫描速度的关系。     

激光弯曲成形温度场的有限元数值模拟

激光成形技术是以激光为热源加热金属板料,依靠内应力使板料弯曲成形。研究激光成形过程中弯曲角与各影响参数之间的关系,了解板料内部温度场的分布规律是尤为重要的。本文应用有限元方法对不同热源形式、激光参数、板料尺寸及冷却条件下的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了各因素对激光成形温度场的影响特性,为进一步的应力应变分析打下基础。