空间环境模拟设备板式-导热油热沉的设计与验证

目的 研究板式-导热油热沉中,导热油入口流速、热沉夹层厚度以及板材焊点矩阵间距对热沉温度均匀性和进出口压损的影响。方法 通过理论计算、借助CAE仿真软件,设计单因素仿真试验,对热沉表面温度均匀性以及进出口压损进行分析,根据单因素仿真试验结果确认最优参数。结果 在寻求热沉表面温差不大于1.55 K,且压损尽量小的过程中,能够达到该热沉最优性能的参数组合为导热油入口流速2 m/s、夹层厚度8 mm、板材焊点矩阵间距60 mm。根据仿真结果制作实物热沉并测试,测试显示热沉表面温差为1.28 K,仿真值与其之间的误差为4.13%;压力损失为22 943.7 Pa,仿真值与其之间的误差为4.05%。结论 该模型仿真结果与实测之间的误差在5%以内,说明仿真模型可靠,可以作为板式-导热油热沉的设计依据。     

翅片宽度及厚度对管板式热沉传热性能的影响

目的研究翅片宽度及厚度对管板式热沉性能的影响。方法利用Ansys中的Fluent模块,对管板式热沉不同宽度和厚度翅片的传热性能进行模拟仿真,分析翅片宽度和厚度对管板式热沉温度均匀性的影响。结果翅片越窄,热沉温度均匀性越好,且翅片平均温度越接近载冷剂温度。增加翅片厚度,可以强化传热,但热沉质量和制造成本也会上升,且增大到一定值时,传热效果增强不显著。结论热沉翅片的宽度和厚度对热沉的温度均匀性有很大的影响,翅片越厚,宽度越窄,热沉的温度均匀性越好,但不能一味采取增加厚度和减小宽度的方式来提高热沉温度均匀性,在设计热沉时,需结合其他因素综合选取翅片的宽度和厚度。     

不锈钢板式热沉传热特性的实验与模拟研究

目的 研究流量、胀高及焊点排布方式对不锈钢板式热沉传热特性的影响。方法 搭建实验平台,加工出结构参数不同的板式热沉实验件,同时采用静力隐式算法建立相应的几何模型,通过实验与数值模拟相结合的方法,研究流量、胀高和焊点排布方式的变化对板式热沉热阻的影响规律,并分析热沉流道内部流场状态。结果 首先计算了6个工况下的热阻,发现实际换热量为540 W时,数值模拟与实验结果的最大相对误差不大于25%。然后分析了误差来源,最后得到了热沉全流道速度场与温度场的分布情况。结论 实验与模拟结果有较好的符合程度,证明了数值模拟方法的可靠性。在换热量相同时,板式热沉的热阻随流量与胀高的增大而减小,焊点为菱形排布的热沉传热性能相对更好。板式热沉内部的流场具有周期性,焊点使流体扰动增强,并形成射流和旋涡,起到了强化传热的效果。     

基于数值仿真-响应表面法的二沉池优化研究

以长沙市某污水处理厂二沉池为例,采用多相流混合物模型与k-ε湍流模型结合对辐流式二沉池内速度场和污泥浓度场进行了数值模拟.以出水口悬浮物浓度(SS)为响应目标,对影响二沉池沉淀效果的3个影响因素(进水口流速、颗粒污泥粒径、挡板的淹没深度)进行中心复合设计(central composite design,CCD),并经响应表面法分析得到影响出水SS的二次回归模型,确定了二沉池沉降的最佳条件:进水口流速为0.03m·s-1,颗粒污泥粒径为220.41μm,挡板的淹没深度为3.45m,采用数值仿真模拟实验得到出水口悬浮物浓度值为2.4mg·L-1,较优化之前的仿真结果一周平均值6.7mg·L-1相比,其处理效率提高了64.2%.采用数值仿真和响应表面法结合对二沉池工艺条件进行优化研究,可以加速寻优过程,是工艺优化的辅助工具.     

蜂窝流道热沉强化传热数值模拟

热沉是模拟太空深冷环境的核心部件。为提高空间深冷环境的模拟效果,更好地满足型号试验需求,设计了一种蜂窝流道热沉。利用流体力学理论和有限元方法对蜂窝热沉内部流体的流动和强化传热进行数值模拟,分析流道结构参数对流体流动和换热的影响,确定最优的流道结构参数。结果表明,同等条件下蜂窝热沉表面温度低于管板式热沉5 K左右,温度均匀性可达到±2 K;流道深度和间距是影响流体在热沉中流动与传热的重要因素,合理选择流道结构参数可以提高热沉的换热性能;需要综合考虑传热和阻力问题来确定最优的流道结构参数,最优的蜂窝热沉流道间距为75 mm,深度为10 mm。     

空空导弹电源模拟负载设计与热仿真分析

目的筛选得到最优模拟负载设计方案。方法首先对采用功率电阻实现的电源模拟负载结构进行功率和阻值关系计算,通过计算确定两套功率电阻阻值方案,然后根据空空导弹电源考核要求设计了电源模拟负载,对满足功率要求的两套阻值方案进行热仿真分析,对比选取最优的阻值方案。结果对基于所选方案制作的模拟负载进行了热试验评估,热仿真结果与热试验结果对比偏差最大为2℃。结论数据分析表明,热仿真所选模拟负载设计方案合理可行。     

分子流态下翅片管式热沉传输几率计算分析

目的研究空间环境模拟器翅片管式热沉传输特性,为进一步开展真空等效性分析等研究工作奠定基础。方法根据热沉结构特点建立镜面反射气体输运通道模型,采用蒙特卡罗方法,对该模型的传输几率进行分析计算,并建立验证模型,对计算结果进行验证。结果对于所选择的翅片管式热沉,其平面阵列的传输几率为0.030 116 4,柱面阵列的传输几率为0.017 988 6。结论蒙特卡罗方法可以用于计算一定结构的翅片管式热沉的传输几率。通过传输几率的计算,可以将热沉等效为具有相应传输几率的可透射平面,从而在保证模拟精度的同时大大简化模拟计算强度,提高计算效率。     

发控盒散热设计的热仿真及热测试分析

目的对某发射装置发控盒进行散热设计和热分析。方法基于热仿真软件FLOTHERM建立热仿真模型,对该设备进热仿真分析,以得到该设备内部温度分布云图及温升明显元器件的温度值,然后对该设备进行热测试。结果热仿真和热测试结果表明,发控盒内存在发热大、温升较高的元器件,但所有元器件温度均在允许的正常工作温度范围内。结论通过热分析可知,该设备的热设计基本满足要求,并为结构设计的优化提供了依据。     

活性炭基脱硫剂的热再生研究

在氮气氛围下,对一种工业废弃脱硫剂做热再生实验。在不同温度条件、相同的氮气氛围下,对废脱硫剂进行热再生以及脱硫饱和实验,对得到的再生样品和饱和样品进行碘值和pH值的测定,考察再生后样品的饱和硫容,选取最佳再生性能样品进行硫化氢穿透曲线分析。结果表明,450℃时首次再生饱和硫容恢复40%,500℃时再生饱和硫容恢复43%。     

活性炭基脱硫剂的热再生研究

在氮气氛围下,对一种工业废弃脱硫剂做热再生实验。在不同温度条件、相同的氮气氛围下,对废脱硫剂进行热再生以及脱硫饱和实验,对得到的再生样品和饱和样品进行碘值和pH值的测定,考察再生后样品的饱和硫容,选取最佳再生性能样品进行硫化氢穿透曲线分析。结果表明,450℃时首次再生饱和硫容恢复40%,500℃时再生饱和硫容恢复43%。     

基于灰色关联分析的芯片布局和散热器结构参数优化

目的 降低芯片工作温升,提升芯片的热可靠性.方法 利用CFD仿真工具,搭建多芯片共用散热器的热仿真分析模型,确定不同方案的芯片结点温升.以芯片横向和纵向间距、散热器基板厚度、翅片高度、翅片厚度、横向翅片间距、纵向翅片数等7个结构参数与芯片温升之间关系为研究对象,以降低芯片结点温升为优化目标,通过灰色关联分析,筛选出主要影响因素,并利用响应面回归分析优化.结果 其中4个因素的灰色关联度大于0.6,是影响芯片温升的主要因素,排序为纵向翅片数>基板厚度>芯片横向间距>翅片厚度;横向翅片间隔、翅片高度、芯片纵向间距为次要因素.进一步通过响应面分析优化获取了最终组合优化参数,芯片纵向间隔为15 mm,翅片高度为18 mm,翅片间隔为6 mm;芯片横向间距为104 mm,基板厚度为11.2 mm,翅片厚度为1.13 mm,纵向翅片数为10,芯片组最大温升为48.959℃.结论 灰色关联分析能较好地用于散热多因素影响分析,与响应面回归分析相结合,可以构建出较高精度的回归预测模型,该研究为多芯片共用散热器的布局和结构方案评估和优化提供了参考.     

三维场量的等值线生成算法

提出了一种八节点六面体单元的三维场量等值线生成方法。经实例验证 ,该三维场量等值线生成方法是合理、有效的     

三维有限元模拟中的网格重划

详细论述了网格重划技术的判断准则、新旧网格之间场量传递等 ,提出了两种进行包含测试的新方法交点判断法和矢量判断法 ,并成功地应用于新旧网格之间三维场量的传递。实例应用验证了该方法的正确性和有效性。     

板材成形模拟的研究和应用

介绍了板材成形数值模拟技术的研究和应用在国内外发展的概况 ,并从基本算法、单元模型和网格划分、材料模型、接触摩擦、起皱问题、破裂问题和回弹计算等方面介绍了弹塑性有限元的基本原理、关键技术和主要难点 ,结合在工厂实际生产中的使用情况和存在的问题 ,展望了板材数值模拟技术今后的发展方向     

建筑荷载下桩-土作用机理与数值模拟

桩-土间相互作用机理的研究是保证桩基础在建筑荷载下安全稳定的关键.本文在分析建筑荷载下桩-土间相互作用机理的基础上,利用有限元分析软件对桩在建筑荷载作用下桩-土之间相互作用方式进行了有限元数值模拟研究,采用弹簧单元以及表面效应单元模拟土层对桩的作用力,建立了完整的桩-土作用模型,并得到了在建筑荷载和土层作用力下桩的位移量及其轴向应力分布.该研究可为建筑基础设计提供理论依据.     

环件轧制过程的显式有限元模拟分析

用于金属成形进行模拟的有限元方程的求解方法,主要有隐式和显式积分两种方法。对于复杂的三维变形分析,如环件轧制,隐式方法需要很长的运行时间。而利用显式方法,可以达到很好的效果。文中利用Abaqus/Explicit通用有限元程序对径向环轧进行了模拟。     

模具在工件反挤压过程中的变形模拟研究

模具在金属塑性成形过程中起着十分重要的作用。就一般而言,模具在金属成形过程中的变形被忽略,将之视为刚性体。然而在金属精密成形中,模具的变形对成形件的尺寸精度将产生较大的影响。利用SuperForm软件针对模具在工件挤压过程中的变形进行了有限元数值模拟,对这一问题作了初步分析与探讨,为工厂实际生产的工艺制定、模具设计提供理论参考与依据。