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高压圆盘气体轴承轴对称模型的共轭传热分析

机床与液压 2024年第11期52卷 68-73页

作者：郭良斌冯玉庭武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。为提高计算效率,采用二维轴对称模型,使用ANSYS ICEM网格划分软件对流体域和固体域进行结构网格划分;使用ANSYS Fluent数... 详细信息

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。为提高计算效率,采用二维轴对称模型,使用ANSYS ICEM网格划分软件对流体域和固体域进行结构网格划分;使用ANSYS Fluent数值模拟软件,计算了二维轴对称条件下高压圆盘气体轴承气膜对称线上的马赫数、静温分布,流固耦合面上的热流密度分布,以及轴承圆盘固体域的温度场。将二维计算结果同已有的三维模型计算结果做对比,二者基本吻合,可以很好地相互验证计算结果的可靠性;对进一步分析高压圆盘气体轴承更为复杂的其他热流固耦合问题,提供了简化思路。

关键词：高压圆盘气体轴承轴对称模型共轭传热热流固耦合热流密度

卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

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核动力工程 2024年第3期45卷 68-75页

作者：王正权杨廷文青龙徐世佳陈康程呈唐琼辉重庆大学核工程与核技术系重庆400044 两江新能源(核能与动力)实验室重庆400044 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室广东深圳518172 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮... 详细信息

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮存容器的1/2缩比模型的三维自然对流传热模型,在Fluent求解器中对模块内的流动传热过程进行了数值模拟。研究结果表明:混凝土模块底部入口处的收缩结构设计导致进口段的空气流速陡增,最大流速为1.98 m/s;混凝土模块内的热屏蔽板可有效降低混凝土的温度,高温区域分布在内部腔室的后墙上半部分,最高温度为108.05℃;燃料组件温度在轴向和水平径向上呈对称分布,最高温度为321.97℃;混凝土模块内自然对流换热量占总发热功率的82.3%,其结构设计具有良好的排热能力。该研究将为乏燃料干法贮存系统的缩比实验和样机设计提供重要参考。

关键词：乏燃料干法贮存系统缩比模型自然对流共轭传热多孔介质数值模拟

卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

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核动力工程 2024年

作者：王正权杨廷文青龙徐世佳陈康程呈唐琼辉重庆大学核工程与核技术系中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室两江新能源(核能与动力)实验室

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势，是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料贮存系统的水平贮存模块（HSM）为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法，建立了混凝土模块及... 详细信息

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势，是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料贮存系统的水平贮存模块（HSM）为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法，建立了混凝土模块及贮存容器的1/2缩比模型的三维自然对流传热模型，在Fluent求解器中对模块内的流动传热过程进行了数值模拟。研究结果表明：混凝土模块底部入口处的收缩结构设计导致进口段的空气流速陡增，最大流速为1.98 m/s；混凝土模块内的热屏蔽板可有效降低混凝土的温度，高温区域分布在内部腔室的后墙上半部分，最高温度为108.05℃；燃料组件温度在轴向及水平径向上呈对称分布，最高温度为321.97℃；混凝土模块内自然对流换热量占总发热功率的82.3%，其结构设计具有良好的排热能力。该研究将为乏燃料干法贮存系统的缩比实验及样机设计提供重要的参考。

关键词：乏燃料干法贮存系统缩比模型自然对流共轭传热多孔介质数值模拟

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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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

HDR实验堆压力容器-水平管道系统热分层的大涡模拟

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应用力学学报 2024年

作者：高启丹程钱余晓菲周进雄西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室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

热分层现象是导致压水反应堆(PWR)管道系统热疲劳失效的主要原因之一。旨在研究反应堆结构中热分层现象引起的管道结构瞬态热分布特征，确定热疲劳敏感点。本研究参考HDR (Heiss Dampf Reaktor) 管道热分层实验，建立了含反应堆压力容器... 详细信息

热分层现象是导致压水反应堆(PWR)管道系统热疲劳失效的主要原因之一。旨在研究反应堆结构中热分层现象引起的管道结构瞬态热分布特征，确定热疲劳敏感点。本研究参考HDR (Heiss Dampf Reaktor) 管道热分层实验，建立了含反应堆压力容器（RPV）的全尺寸HDR实验堆仿真模型。研究中，流场计算采用大涡模拟（LES）数值方法，以解决大尺度和小尺度的湍流运动对非稳态流动传热过程的影响，耦合固体导热方程，完成了水平管道系统共轭传热分析。结果表明：大涡模拟方法适用于热分层问题研究，对于流场及结构温度分布预测结果与实验数据吻合良好。研究确定了水平管道发生热分层现象时结构温度波动强度最大位置，该点可作为热疲劳分析敏感点。本文数值模拟方法和分析结果可为压水堆管道系统及设备的结构完整性和安全性评估提供参考。

关键词：压水反应堆热分层大涡模拟共轭传热

基于共轭传热的甲烷MILD燃烧炉内传热特性

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洁净煤技术 2022年第10期28卷 30-38页

作者：李卫杰谢梦茜涂垚杰中冶南方(武汉)热工有限公司湖北武汉430223 武汉科技大学材料与冶金学院湖北武汉430081 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

为明确MILD燃烧方式下炉内的传热特性和机制,建立了20 kW甲烷MILD燃烧炉的共轭传热(CHT)模型,开展了燃烧、流动及传热的耦合CFD数值模拟。通过对比模拟预测结果和试验测试数据,验证了模拟方法的可靠性。结果表明,Okafor反应机理虽能准... 详细信息

为明确MILD燃烧方式下炉内的传热特性和机制,建立了20 kW甲烷MILD燃烧炉的共轭传热(CHT)模型,开展了燃烧、流动及传热的耦合CFD数值模拟。通过对比模拟预测结果和试验测试数据,验证了模拟方法的可靠性。结果表明,Okafor反应机理虽能准确预测MILD燃烧炉内的温度及O、CO分布,但会过高预测NO生成量。通过对Okafor反应机理部分含N基元反应进行修正能够提高NO预测精度。通过对比耦合CHT模型前后燃烧炉内各壁面上的温度与热流密度分布,发现未耦合CHT模型时在炉膛前墙壁面出现了逆换热现象,与实际情况不符,说明耦合CHT模型在描述炉内传热特性方面精度更高。在耦合CHT模型基础上比较了MILD燃烧与传统钝体燃烧2种方式下炉内传热机制的差异,发现相较MILD燃烧,传统燃烧在所有炉壁上的温度均高20~40℃,导致传统燃烧在炉膛前墙、侧墙及后墙上的换热量比MILD燃烧分别高0.018、0.622和0.028个百分点,排烟热损失减少0.67%。进一步对各炉壁上的对流和辐射换热进行区分,发现MILD燃烧在前墙和后墙上的辐射换热量比传统燃烧分别高2.21和24.62 W,但对流换热量分别减小3.93和27.27 W。在侧墙上,MILD燃烧相较于传统燃烧辐射换热量减少290.71 W,对流换热量增加231.63 W。总体上,辐射换热在MILD燃烧和传统燃烧方式下的占比分别为70.72%和81.92%,对流换热占比分别为29.28%和18.08%。侧墙上辐射换热量的减少是导致MILD燃烧总体换热效率下降的主要原因,而更深层次的原因为MILD燃烧方式下更低的燃烧温度。

关键词： MILD燃烧共轭传热辐射换热传热计算燃烧传热耦合

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水下大功率LED灯散热数值模拟和试验研究

半导体光电 2024年

作者：陈康李锦李晓伟夏彬葛锡云深海技术科学太湖实验室中国船舶科学研究中心深海载人装备国家重点实验室

为进行水下大功率LED灯散热结构的多方案优化设计,基于CFD方法对某一型自主设计、加工和制造的LED灯进行自然对流工况下的流-固共轭传热数值模拟;为验证仿真结果准确性,进行了水箱试验验证,得到的热平衡状态下测点温度值与试验结果平均... 详细信息

为进行水下大功率LED灯散热结构的多方案优化设计,基于CFD方法对某一型自主设计、加工和制造的LED灯进行自然对流工况下的流-固共轭传热数值模拟;为验证仿真结果准确性,进行了水箱试验验证,得到的热平衡状态下测点温度值与试验结果平均相对误差为2.9%;为预测实际水下环境中LED灯的内部工作温度,进行了水下大空间中LED灯的热平衡数值模拟,比较了不同海水流速下,横向和竖向翅片对应测点的温度变化趋势,为进一步优化特定作业环境下的LED灯散热结构提供参考。

关键词：大功率LED灯数值模拟自然对流共轭传热水下大空间