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大功率速调管收集极流固耦合换热数值模拟

电子与信息学报 2017年第11期39卷 2770-2776页

作者：薛明丁耀根王勇中国科学院电子学研究所北京100190 中国科学院高功率微波源与技术重点实验室北京100190

目前对于液冷式速调管收集极的热分析均未考虑到冷却液流动状态对收集极整体的热分布及散热能力的影响。该文介绍了一种大功率速调管收集极散热过程中的流固耦合换热数值分析方法。以ANSYS Workbench中的CFX流体计算软件作为分析平台,... 详细信息

目前对于液冷式速调管收集极的热分析均未考虑到冷却液流动状态对收集极整体的热分布及散热能力的影响。该文介绍了一种大功率速调管收集极散热过程中的流固耦合换热数值分析方法。以ANSYS Workbench中的CFX流体计算软件作为分析平台,对双层水套沟槽型收集极结构进行了适当简化,建立了3维参数化实体模型;仿真分析得到了冷却通道内部流体的3维流速分布、温升、压力分布及收集极体温度分布等结果,并与理论计算结果进行了对比,误差在合理范围内,对于速调管大功率微波测试和收集极的优化设计有较大的参考意义。

关键词：速调管沟槽型收集极流固耦合换热 ANSYS Workbench

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深部开采巷道内流固耦合换热的数值研究

矿业研究与开发 2019年第6期39卷 68-72页

作者：吉坤杨月平李腾潘伟北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 南华大学核资源工程学院湖南衡阳市421001 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为了研究深部开采巷道内流固耦合换热过程,采用计算流体软件FLUENT对该过程进行了数值模拟,并利用正交试验和单因素试验方法,探讨了通风温度、围岩壁温、隔热层厚度、巷道长度以及通风速度等因素对巷道降温效果的影响。正交试验结果表明... 详细信息

为了研究深部开采巷道内流固耦合换热过程,采用计算流体软件FLUENT对该过程进行了数值模拟,并利用正交试验和单因素试验方法,探讨了通风温度、围岩壁温、隔热层厚度、巷道长度以及通风速度等因素对巷道降温效果的影响。正交试验结果表明,各因素对巷道降温效果的影响大小排序为入风温度>壁温>隔热层厚度>巷道长度>风速。单因素试验结果表明,隔热层厚度和巷道终点温度之间呈负幂指数关系,壁温、风温和巷道温度之间呈现出正线性关系。利用SPSS软件对数值试验的结果进行了分析,得到了巷道出口温度与上述因素间的定量关系式,为工程设计提供了有效的参考依据。

关键词：深部开采巷道降温流固耦合换热数值模拟

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低超声速飞行器瞬态热状况解耦算法

计算物理 2016年第6期33卷 681-690页

作者：李振环孙海锋夏新林李洋哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对低超声速飞行器非稳态飞行条件下内外流固耦合一体化计算的复杂性,将飞行器外部流场的实时气动热转化为浮动的第三类边界条件进行解耦.以加速俯冲的超声速三维头锥体为例,分别采用浮动温差法和辐射平衡法提取表面对流换热系数进行... 详细信息

针对低超声速飞行器非稳态飞行条件下内外流固耦合一体化计算的复杂性,将飞行器外部流场的实时气动热转化为浮动的第三类边界条件进行解耦.以加速俯冲的超声速三维头锥体为例,分别采用浮动温差法和辐射平衡法提取表面对流换热系数进行解耦计算,并与直接耦合计算结果进行比较,验证两种解耦算法的可靠性.结果表明,将非稳态飞行过程离散为不同飞行状态点,通过提取对流换热系数解耦计算得到的不同状态点的锥体表面温度分布与直接耦合计算得到的结果吻合较好.两种解耦算法在计算效率方面均要优于耦合计算方法;在外界气动环境发生剧烈变化的过程中,最大相对误差均不超过2%.

关键词：瞬态流固耦合换热解耦算法浮动温差法辐射平衡法

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

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西安交通大学学报 2012年第5期46卷 19-24,43页

作者：张颖莉种道彤刘继平严俊杰西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采... 详细信息

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re>1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7%.

关键词：流固耦合换热混合对流数值模拟壁面导热耦合计算

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某脉冲发动机内流场及热防护特性分析

某脉冲发动机内流场及热防护特性分析

作者：吴佳男南京理工大学

学位级别：硕士

脉冲发动机作为精确制导弹药驱动力的执行机构,具有比气动舵等其他执行机构无法比拟的快速响应特征。发动机组是将一系列独立的、高冲质比、短脉冲的固体火箭发动机组合在一起,可以有效地加强弹药打击移动目标能力,减少弹药消耗,满足现... 详细信息

脉冲发动机作为精确制导弹药驱动力的执行机构,具有比气动舵等其他执行机构无法比拟的快速响应特征。发动机组是将一系列独立的、高冲质比、短脉冲的固体火箭发动机组合在一起,可以有效地加强弹药打击移动目标能力,减少弹药消耗,满足现代战争对智能化弹药的需求。本文运用数值模拟及试验的方法对固体火箭发动机内流场及热防护进行特性分析,主要研究内容包括：(1)运用Fluent对L型脉冲发动机做三维定常流场的数值计算,分析发动机结构对流场结构及喷管性能参数的影响。结果表明,随着脉冲发动机偏心段向上移动,其推力减小,推力中心由喷管中心内侧向外侧移动。随着喷管入口端面距离偏心段高度的增加,推力先增大、后减小,推力中心发生阶跃性的变化。受发动机结构的限制,偏心段长度Z对喷管性能的影响较小。(2)对不同结构及不同材质的发动机进行流固耦合换热数值模拟。结果表明,燃气的涡旋流动是造成内壁面高温及烧蚀主要原因,铝质基座必须增加热防护部件。不同材料基座的温度场结构基本一致,由于材料导热系数及比热容的差异,壁面的温度梯度会存在一定的差异。(3)运用红外热像仪对发动机壁面温度进行测量,分析材料及结构对发动机温度分布及烧蚀的影响。研究结果表明,采用的计算模型能够比较的准确的对发动机的传热进行数值模拟,基座最高温度位于与燃烧室接触的部分。

关键词：脉冲发动机数值模拟喷管性能流固耦合换热热防护设计

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固体火箭脉冲发动机内流场特性数值研究

固体火箭脉冲发动机内流场特性数值研究

作者：罗茜南京理工大学

学位级别：硕士

弹道修正弹是精确打击弹药的一种,其采用修正执行机构实现弹丸飞行姿态的控制。随着固体火箭技术的发展,固体火箭脉冲发动机作为推力矢量控制装置能够很好地满足弹道修正弹的性能要求和工艺要求,具有许多其它装置无法比拟的优点。与一... 详细信息

弹道修正弹是精确打击弹药的一种,其采用修正执行机构实现弹丸飞行姿态的控制。随着固体火箭技术的发展,固体火箭脉冲发动机作为推力矢量控制装置能够很好地满足弹道修正弹的性能要求和工艺要求,具有许多其它装置无法比拟的优点。与一般的固体火箭发动机相比,其喷管具有强曲率的特征,燃气流场异常复杂,无采用隔热防护层,造成喷管和喷管座结构的严重受热,机械性能大幅下降。本文的主要研究内容包括: (1)流场数值模拟。建立喷管三维流场的物理模型和数学模型,分别进行定常和非定常三维流场数值计算。定常模拟采用设计总压入口条件,分析了喷管内各流动参数的分布特性,喷管中二次流的产生机理与发展情况,通过RNGκ-ε和Omega湍流模型的模拟结果比较,说明后者更适合强曲率喷管的流场计算。非定常数值模拟在定常模拟的基础上采用试验总压入口条件,主要为流固耦合瞬态换热计算打下基础。 (2)热耦合数值模拟。建立三维耦合传热的物理模型和数学模型,对发动机工作30 ms内的瞬态换热进行数值计算。主要分析喷管和喷管座结构的温度分布特性,辐射换热和湍流模型对结构温度场造成的影响,并定性地分析燃气的冲刷作用对烧蚀的影响。结果表明,燃气流场的旋涡运动是造成壁面高温的主要原因,冲刷作用加剧了壁面高温区的烧蚀。 (3)热应力数值模拟。以温度梯度最大时刻的温度为载荷进行热应力计算,分析喷管和喷管座内部的等效应力分布。本文的研究结果可为发动机的优化设计及防护层设计提供参考数据。

关键词：固体火箭脉冲发动机三维数值模拟燃气流场流固耦合换热结构温度场热应力

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精密离心机热变形多物理场耦合数值计算

工程设计学报 2016年第1期23卷 49-53,73页

作者：卢燕王珏凌明祥杜平安电子科技大学机械电子工程学院四川成都611731 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度.综合考虑离心机机室内空气流动、流动传热以及机箱和转盘的导热,结合CFD和FEM方法,对精密离心机的热变形进行流-热-固多场耦合计算.分析了多物理场耦合计算原理,采... 详细信息

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度.综合考虑离心机机室内空气流动、流动传热以及机箱和转盘的导热,结合CFD和FEM方法,对精密离心机的热变形进行流-热-固多场耦合计算.分析了多物理场耦合计算原理,采用流固耦合换热整场求解法计算离心机温度场,采用顺序耦合法计算转盘热变形.计算结果表明:在300r/min转速下,转盘最大温升为1.23℃;越远离转盘中心,温升越大;加速度计安装位置的温度计算值与实测值一致,验证了本方法的正确性;转盘安装加速度计位置的径向热变形为7.89μm,热变形是变形累积的结果且随着转盘转速增加而增大.

关键词：精密离心机多物理场耦合流固耦合换热温度场热变形

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某脉冲发动机传热特性分析

弹箭与制导学报 2017年第4期37卷 88-91,97页

作者：吴佳男苑大威王文杰中国兵器工业第208研究所北京102202 瞬态冲击技术重点实验室北京102202

为研究侧喷管脉冲发动机的传热性能,运用流体计算软件对发动机进行流固耦合换热数值计算,分析发动机工作过程中的瞬态换热。数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:不同材质基座的温度场结构基本一... 详细信息

为研究侧喷管脉冲发动机的传热性能,运用流体计算软件对发动机进行流固耦合换热数值计算,分析发动机工作过程中的瞬态换热。数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:不同材质基座的温度场结构基本一致,由于材料热物性的不同,壁面的温度梯度会存在一定的差异;燃气的涡旋流动是造成内壁面高温及烧蚀主要原因,烧蚀产生的金属氧化物颗粒会加剧燃气的侵蚀效应,铝质基座需具备热防护部件。

关键词：侧喷管脉冲发动机数值模拟流固耦合换热热防护设计

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速调管收集极冷却水路反接影响分析

真空电子技术 2018年第4期31卷 43-48页

作者：薛明丁耀根王勇中国科学院电子学研究所中国科学院高功率微波源与技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100039

本文采用ANSYSWorkbench中的CFX计算流体力学分析软件,对于在速调管热测过程中可能出现的冷却水路反接情况进行了流固耦合换热数值模拟。在对收集极物理模型进行简化并建立数值模型后,对比了冷却水路正常连接和反接时收集极内部冷却水... 详细信息

本文采用ANSYSWorkbench中的CFX计算流体力学分析软件,对于在速调管热测过程中可能出现的冷却水路反接情况进行了流固耦合换热数值模拟。在对收集极物理模型进行简化并建立数值模型后,对比了冷却水路正常连接和反接时收集极内部冷却水流速分布、压降及收集极体温度分布等信息,结果表明冷却水路反接时收集极局部散热能力发生变化,在正常测试条件下对收集极内表面的温度分布有一定影响;在冷却水流量减小时对于收集极顶部的散热能力会急剧下降,有可能造成收集极物理上的损坏。

关键词：收集极流固耦合换热冷却水路 CFX