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基于特征分裂有限元准隐格式的共轭传热整体耦合数值模拟方法

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力学学报 2021年第4期53卷 986-997页

作者：刘瑜邓家钰王成恩苏红星上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024

共轭传热现象在科学和工程领域中大量存在.随着计算能力的发展,对共轭传热现象进行准确有效的数值模拟,成为科学研究和工程设计上的重要挑战.共轭传热数值模拟的方法可以分为两大类:分区耦合和整体耦合.本文采用有限元法对共轭传热问题... 详细信息

共轭传热现象在科学和工程领域中大量存在.随着计算能力的发展,对共轭传热现象进行准确有效的数值模拟,成为科学研究和工程设计上的重要挑战.共轭传热数值模拟的方法可以分为两大类:分区耦合和整体耦合.本文采用有限元法对共轭传热问题进行整体耦合模拟.固体传热求解采用标准的伽辽金有限元方法.流动求解采用基于特征分裂的有限元方法.该方法是一种重要的求解流动问题的有限元方法,可以使用等阶有限元.该方法的准隐格式与其他格式相比,具有时间步长大的特点.将稳定项中的时间步长与全局时间步长分开,改进了准隐格式的稳定性.基于改进的特征分裂有限元方法的准隐格式,发展了一种层流共轭传热数值模拟的整体耦合方法.采用这种方法可以将流体计算域和固体计算域作为一个整体划分有限元网格,并且所有变量都可以采用相同的插值函数,从而有利于程序的实现.通过对典型问题的模拟,验证了这种方法的准确性.本工作还研究了固体区域时间步长对定常共轭传热问题数值模拟收敛性的影响.

关键词：共轭传热整体耦合不可压缩流动有限元数值模拟

基于流固共轭传热的两相流动数值模拟及燃料子通道CHF预测研究

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原子能科学技术 2020年第6期54卷 1092-1098页

作者：冯琳娜李权黄永忠刘振海齐飞鹏 M.Avramova 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213 北卡罗来纳州立大学美国罗利27695

为对过冷沸腾两相流动进行准确模拟,并探索临界热流密度(CHF)预测方法,本文基于共轭传热和两相C FD分析的方法,通过流固界面耦合,建立流固共轭传热两相流动耦合求解的数值模型.首先通过典型燃料棒栅元过冷沸腾两相流动的模拟,验证数值... 详细信息

为对过冷沸腾两相流动进行准确模拟,并探索临界热流密度(CHF)预测方法,本文基于共轭传热和两相C FD分析的方法,通过流固界面耦合,建立流固共轭传热两相流动耦合求解的数值模型.首先通过典型燃料棒栅元过冷沸腾两相流动的模拟,验证数值模型的正确性.随后对燃料子通道内两相流动进行模拟,并在两相流动模拟的基础上,通过准瞬态的方法,建立与CHF试验过程非常近似的CHF预测方法,将加热壁面的温度飞升作为CHF判定的标准,实现对燃料组件子通道CHF的数值预测.研究表明,本文建立的数值模拟方法,可为燃料组件或其他换热系统的CHF预测奠定基础,为燃料组件的设计提供新的辅助手段.

关键词：共轭传热过冷沸腾两相流动临界热流密度壁面温度

集成分区耦合策略的物理信息神经网络模拟共轭传热过程研究

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化工学报 2022年第12期73卷 5483-5493页

作者：陆至彬李依梦何畅张冰剑陈清林潘明中山大学材料科学与工程学院广东广州510006 广东省石化过程节能工程技术研究中心广东广州510006 工数科技(广州)有限公司广东广州510530

物理信息神经网络(PINN)通过对偏微分方程组进行数学编码,实现了内嵌物理知识的深度学习,已成功地应用于流体力学和传热领域。但是,由于固体导热和流体传热间强耦合关联,通用的PINN难以有效求解上述领域内普遍存在的共轭传热问题。作为... 详细信息

物理信息神经网络(PINN)通过对偏微分方程组进行数学编码,实现了内嵌物理知识的深度学习,已成功地应用于流体力学和传热领域。但是,由于固体导热和流体传热间强耦合关联,通用的PINN难以有效求解上述领域内普遍存在的共轭传热问题。作为应用较为广泛的分区耦合策略,传热系数正向温度反向法可通过分别独立求解流体域和固体域来灵活处理界面处的复杂耦合关系。本工作基于真实物性体系,利用传热系数正向温度反向法构建分区耦合PINN建模策略。以共轭传热二维和三维模型为例,将分区耦合PINN预测的多物理场结果与常规的CFD软件模拟结果进行对比,结果显示二维模型和三维模型的固体温度最大绝对误差分别为0.19 K和2.12 K,表明了分区耦合PINN策略处理真实物性下共轭传热建模问题的有效性。

关键词：物理信息神经网络偏微分方程分区耦合共轭传热传热系数正向温度反向法

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基于共轭传热的单边膨胀后体温度场计算分析

航空动力学报 2022年第8期37卷 1569-1578页

作者：李虹杨王霄孙超中国航空工业集团有限公司沈阳飞机设计研究所沈阳110035

基于共轭传热数值计算方法,对某高隐身无人机(UAV)单边膨胀后体喷流作用下的壁面温度分布进行研究,利用薄壁型网格解决了面积大且厚度薄的蒙皮、侧板结构导致的网格量过大的问题,构建精度较高的计算模型,并完成相关计算分析,主要结论如... 详细信息

基于共轭传热数值计算方法,对某高隐身无人机(UAV)单边膨胀后体喷流作用下的壁面温度分布进行研究,利用薄壁型网格解决了面积大且厚度薄的蒙皮、侧板结构导致的网格量过大的问题,构建精度较高的计算模型,并完成相关计算分析,主要结论如下:传统的单一流体计算虽然可以得到相似的温度分布,但得到的温度值偏高,最大可相差50 K以上;共轭传热计算可以得到更为符合实际的结果,并且可以得到结构内部温度梯度的分布,为热应力分析及结构设计提供指导;对比相同流动条件下不同金属材料的影响,某耐高温合金的壁面温度极值比金属钢高约30 K,且其上、下壁面的温差更大,梯度更高,两材料纵向肋板位置温度梯度极值分别为120 K/cm和65 K/cm。

关键词：共轭传热喷流单边膨胀喷管后体无人机(UAV)

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共轭传热室内环境数值预测模型

湖南大学学报（自然科学版） 2002年第4期29卷 92-97页

作者：张泠张楠汤广发邓启红湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 中南大学建筑与城市规划系湖南长沙410075

尝试将计算传热学和计算流体力学综合应用于室内气流组织的数值计算 ,将计算范围扩至建筑围护结构外表面 ,根据 Patankar提出的对 Γ求调和平均的措施。

关键词：数值预测模型建筑围护结构共轭传热室内环境室内气流组织数值计算计算传热学

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共轭传热室内自然对流数值模拟研究

湖南大学学报（自然科学版） 2003年第2期30卷 91-94页

作者：张泠尹应德汤广发邓启红张楠湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

研究建筑围护结构传热与流体流动综合作用下室内自然对流数值模拟 ,建立了一套同时在固体 -流体区域整体求解连续性方程、动量方程和能量方程的数值模拟方法 .具体分析了瑞利数变化范围为 1 0 4到 1 0 6时建筑围护结构传热对室内自然对... 详细信息

研究建筑围护结构传热与流体流动综合作用下室内自然对流数值模拟 ,建立了一套同时在固体 -流体区域整体求解连续性方程、动量方程和能量方程的数值模拟方法 .具体分析了瑞利数变化范围为 1 0 4到 1 0 6时建筑围护结构传热对室内自然对流的影响 .数值预测结果表明 :该方法能够真实反映室内自然对流问题 .

关键词：建筑围护结构共轭传热自然对流 Ra数数值预测

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基于有限元的流固共轭传热程序开发验证

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2023年第4期62卷 108-115页

作者：苏庆吉李万爱刘骁中山大学中法核工程与技术学院广东珠海519082 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

为实现对共轭传热问题的仿真研究,本文基于有限元算法在MOOSE平台下开发一套用于流固共轭传热问题的计算程序。该程序采用传统连续伽辽金有限元法求解固体区域的结构传热问题,引入SUPG/PSPG稳定算法以解决流体对流-扩散方程中因对流占... 详细信息

为实现对共轭传热问题的仿真研究,本文基于有限元算法在MOOSE平台下开发一套用于流固共轭传热问题的计算程序。该程序采用传统连续伽辽金有限元法求解固体区域的结构传热问题,引入SUPG/PSPG稳定算法以解决流体对流-扩散方程中因对流占主导造成的振荡问题以及速度压力失耦问题,采用k-ω湍流模型进行湍流流动求解。对于全场的共轭传热问题,程序采用全耦合隐式格式进行求解。通过与文献中实验及理论结果对比,证明了该程序对于基本流动以及共轭传热问题计算的正确性。研究结果表明,程序计算结果与实验数据、DNS等结果表现出良好的一致性。本研究开发的程序具备不可压流动换热、固体传热、共轭传热等问题的计算能力。

关键词：共轭传热有限元方法多物理场耦合湍流模型验证与确认

基于共轭传热的火灾条件下复合材料储氢瓶的传热行为

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燃烧科学与技术 2020年第1期26卷 51-59页

作者：程崇律徐宝鹏孔凡夫大连理工大学能源与动力学院

复合材料储氢瓶为氢燃料电池汽车的关键部件,其在火灾条件下的瞬态传热行为的精准预测对储氢瓶的失效判断至关重要.文中提出了一种基于多重区域的实时双向耦合共轭传热模型,用于模拟复合材料储氢瓶在火灾条件下的瞬态传热特性.共轭传热... 详细信息

复合材料储氢瓶为氢燃料电池汽车的关键部件,其在火灾条件下的瞬态传热行为的精准预测对储氢瓶的失效判断至关重要.文中提出了一种基于多重区域的实时双向耦合共轭传热模型,用于模拟复合材料储氢瓶在火灾条件下的瞬态传热特性.共轭传热模型采用大涡模拟(LES)对瓶外流体计算区域的火灾进行了数值模拟,并对复合材料缠绕层、高密度聚乙烯内胆和瓶内高压氢气3个计算区域分别建立了基于有限体积法的三维导热方程.复合材料缠绕层的导热模型考虑了高温热解和热解气的对流及冷却作用,并采用了依赖于复合材料成分和温度的可变物性.结合某商用Ⅳ型储氢瓶的池火火灾试验,验证了所提出的共轭传热模型的可靠性,并对其瞬态传热特性进行了数值研究.

关键词：复合材料储氢瓶大涡模拟共轭传热火灾热解

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微波加热煤储层的共轭传热模型

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2014年第11期33卷 1447-1452页

作者：管伟明新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830000 煤炭资源与安全开采国家重点实验室(中国矿业大学) 江苏徐州221008

为研究微波和常规加热时煤储层内温度场的演化规律及储层瓦斯解吸量的变化规律,采用理论分析和数值模拟的试验方法,构建以岩石SEM图像为几何特征,瓦斯和煤基质块体为传热介质的共轭传热模型,对比常规加热和微波功率为1W、3W、5W和7W时... 详细信息

为研究微波和常规加热时煤储层内温度场的演化规律及储层瓦斯解吸量的变化规律,采用理论分析和数值模拟的试验方法,构建以岩石SEM图像为几何特征,瓦斯和煤基质块体为传热介质的共轭传热模型,对比常规加热和微波功率为1W、3W、5W和7W时温度场的演化过程.结果表明:微波加热时热量由煤储层内向外传递,传热速率是常规加热的1.5倍,且传热速率与微波功率呈对数增长关系;温度场的分布在微波电场传播方向上具有明显的阶段性和区域分布不均匀性,在距离微波端口处温度值最大,随距离增加温度值快速降低;在端口附近200μm的范围内温度的极差值是中部区域的14倍;瓦斯的吸附量随功率的增大基本呈线性递减关系.

关键词：微波加热煤层气温度分布 SEM图像数值模拟共轭传热煤储层传热速率