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高超声速飞行器前缘流-热-固一体化计算 预览
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作者 李佳伟 王江峰 +1 位作者 杨天鹏 季卫栋 《国防科技大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期9-16,共8页
针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟.该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结... 针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟.该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解.采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性.与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑. 展开更多
关键词 -热- 一体化求解 结构传热 高超声速 数值模拟
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基于数值仿真的往复式压缩机进气阀参数研究 预览 被引量:3
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作者 张琴 张慢来 +1 位作者 周志宏 廖锐全 《流体机械》 CSCD 北大核心 2013年第10期30-35,共6页
应用计算流体动力学方法(CFD)对往复式压缩机进气阀的工作过程进行内流场的瞬态数值模拟,确定了膨胀、进气过程中温度场、压力场、速度场等物理场的分布,研究了曲轴转速、弹簧刚度对进气阀工作特性的影响。计算结果表明:进气阀工... 应用计算流体动力学方法(CFD)对往复式压缩机进气阀的工作过程进行内流场的瞬态数值模拟,确定了膨胀、进气过程中温度场、压力场、速度场等物理场的分布,研究了曲轴转速、弹簧刚度对进气阀工作特性的影响。计算结果表明:进气阀工作过程的仿真必须对膨胀和进气过程进行连续动态模拟以确定工作特性;对于一定结构的进气阀,当弹簧刚度由455N/m增大到8000N/m时,压缩机进气量从11.3×10^-3m^3降至8.8×10^-3m^3,因为泄漏,在刚度为2000N/m时具有最大实际入量11.2×10^-3m^3;当曲轴转速由300r/min提高到2000r/min时,实际吸入量由11.6×10^-3m^3降至8.6×10^-3m^3;从避免阀片颤振、降低瞬时流量波动、限制关闭滞后角和泄漏量以及提高实际吸入气量等方面综合考虑,较合理的弹簧刚度在2000N/m左右,大于原设计的455N/m。通过对进气阀的数值模拟,为优化弹簧刚度、进一步分析变转速下气阀的工作性能提供了依据。 展开更多
关键词 往复式压缩机 计算体动力学 -热- 曲轴转速 弹簧刚度
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固-膏体燃气发生器热结构分析和仿真
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作者 罗叶刚 邢玉明 +1 位作者 刘鑫 梁材 《北京航空航天大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第8期1772-1779,共8页
固-膏体燃气发生器是一种新型的燃气发生系统,是潜地导弹变深度弹射系统中的核心部件。为了研究固-膏体燃气发生器工作后膏体储存室的温度分布情况,采用源项法结合动网格技术、RNG k-ε湍流模型和离散坐标(DO)辐射模型对固-膏体燃气... 固-膏体燃气发生器是一种新型的燃气发生系统,是潜地导弹变深度弹射系统中的核心部件。为了研究固-膏体燃气发生器工作后膏体储存室的温度分布情况,采用源项法结合动网格技术、RNG k-ε湍流模型和离散坐标(DO)辐射模型对固-膏体燃气发生器的工作过程进行了数值仿真,并对不同膏体推进剂挤压流量下的膏体推进剂的温度分布作了对比研究。结果表明,传入膏体储存室的热量大部分来自于挤压室内的高温燃气,且整体热量的传导主要在轴向进行。随着膏体推进剂挤压流量增加,膏体储存室内的最高温度和平均温度均有所增加。研究结果可以为该型号固-膏体燃气发生器的热防护设计和改进提供相关参考。 展开更多
关键词 导弹弹射 -膏体 燃气发生器 热结构分析 -热-耦合
燃气轮机透平叶片流-热-固耦合分析及蠕变寿命预测 预览
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作者 肖力伟 刘建军 +3 位作者 李晨 安柏涛 付经伦 张晓东 《燃气轮机技术》 2018年第2期23-28,共6页
本文采用流-热-固耦合方法,对某燃气轮机透平动叶的流场、温度场以及应力分布进行了计算分析,并据此对叶片的蠕变寿命进行了计算,得到了蠕变寿命云图,发现该叶片的寿命最短点与温度最高点、应力最大点不在同一位置。相较于传统的选取温... 本文采用流-热-固耦合方法,对某燃气轮机透平动叶的流场、温度场以及应力分布进行了计算分析,并据此对叶片的蠕变寿命进行了计算,得到了蠕变寿命云图,发现该叶片的寿命最短点与温度最高点、应力最大点不在同一位置。相较于传统的选取温度最高和应力最大的节点作为危险点进行寿命分析的方法,对叶片所有节点进行寿命计算,形成寿命云图的方法,能更加直观准确地找到寿命最短的位置,从而更好地评估设计方案。 展开更多
关键词 -热-耦合 透平叶片 蠕变 寿命预测
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高超声速飞行器流-热-固耦合研究现状与软件开发 被引量:5
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作者 桂业伟 刘磊 +1 位作者 代光月 张立同 《航空学报》 CSCD 北大核心 2017年第7期87-105,共19页
新一代高超声速飞行器流-热-固耦合问题研究对准确评估与设计飞行器热防护系统结构尤为重要。回顾了高超声速飞行器流-热-固耦合问题的发展历程与现状。从物理含义出发,对高超声速流-热-固耦合问题各学科间的耦合关系以及各自的建模方... 新一代高超声速飞行器流-热-固耦合问题研究对准确评估与设计飞行器热防护系统结构尤为重要。回顾了高超声速飞行器流-热-固耦合问题的发展历程与现状。从物理含义出发,对高超声速流-热-固耦合问题各学科间的耦合关系以及各自的建模方法进行了归纳。对高超声速飞行器流-热-固耦合问题的研究进展,特别是流-热-固多场耦合分析策略/方法进行了总结。从平台框架、功能模块、耦合方法和技术特点等方面,对中国空气动力研究与发展中心自主研发的热环境/热响应耦合计算分析平台(FL-CAPTER)进行了阐述。最后,对高超声速飞行器流-热-固耦合发展所面临的问题和发展趋势进行了讨论。 展开更多
关键词 高超声速 多学科耦合 热-耦合 -耦合 -热-耦合
试验箱风速对航天器部件常压低温热变形试验的影响分析 预览
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作者 刘志强 李明利 +4 位作者 苏新明 解峥 孙嘉明 王晶 刘畅 《航天器环境工程》 2017年第5期510-516,共7页
文章以航天器机械臂为研究对象,采用流-热-固耦合方法仿真分析了单一送风形式下,试验箱不同送风速度对机械臂常压低温热变形的影响,并进行了试验验证。分析发现:随着送风速度的增大,机械臂表面的温度场分布更均匀且温度值更接近于设定... 文章以航天器机械臂为研究对象,采用流-热-固耦合方法仿真分析了单一送风形式下,试验箱不同送风速度对机械臂常压低温热变形的影响,并进行了试验验证。分析发现:随着送风速度的增大,机械臂表面的温度场分布更均匀且温度值更接近于设定值,从而更有利于低温热变形试验的实施;但由于存在环境噪声,必须经过静置稳定后才可以进行变形测量。此分析结果可以用于指导航天器部件常压低温热变形试验更加精确、高效地实施。 展开更多
关键词 常压低温 热变形试验 送风风速 -热-耦合
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高孔隙率多孔氮化硅构件较高马赫数下流-热-固耦合力学特性分析 预览
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作者 张晨 应国兵 +4 位作者 王乘 王鹏举 田宝娜 韩建兴 王香 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期131-136,共6页
以凝胶注模技术制备的固相含量为40%、45%、50%(质量分数,下同),孔隙率高达65.24%、63.26%、61.19%的多孔氮化硅天线罩材料作为研究对象。将测得的材料性能参数作为有限元分析模拟的数据支撑,构件模型载体选择正切尖拱形,使用FLUENT... 以凝胶注模技术制备的固相含量为40%、45%、50%(质量分数,下同),孔隙率高达65.24%、63.26%、61.19%的多孔氮化硅天线罩材料作为研究对象。将测得的材料性能参数作为有限元分析模拟的数据支撑,构件模型载体选择正切尖拱形,使用FLUENT模拟流场,结构场采用ANSYS软件,热力耦合得到不同固相含量的材料在不同马赫数下流-热-固耦合后的热应力强度,对其力学特性进行分析。结果表明,较高马赫数下的飞行构件的尾部连接端是受热应力最大的部位,也是失稳较为严重的部位。飞行构件的结构稳定性需通过加固尾部连接端来提高;气动热是引起天线罩构件失稳的首要问题,解决结构失稳的关键在于解决气动热,可通过在天线罩构件外增加耐热隔层,使其免受气动热;多孔氮化硅材料的孔隙率与失稳时对应的马赫数成正比,热导率是影响多孔氮化硅天线罩构件在较高马赫数下受到热应力大小的关键因素。 展开更多
关键词 高孔隙率 多孔氮化硅 较高马赫数 -热-耦合 力学特性
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激光辐照诱导的热与力学效应 预览 被引量:3
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作者 宋宏伟 黄晨光 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期435-477,共43页
对激光辐照诱导的热与力学问题研究进展进行了综述,包括材料在高温、高升温速率下的本构关系,典型薄板和柱壳等结构在激光辐照下的热力破坏效应,多层材料体系的激光破坏行为等几个方面,并着重介绍了包含相变与烧蚀过程的激光破坏分... 对激光辐照诱导的热与力学问题研究进展进行了综述,包括材料在高温、高升温速率下的本构关系,典型薄板和柱壳等结构在激光辐照下的热力破坏效应,多层材料体系的激光破坏行为等几个方面,并着重介绍了包含相变与烧蚀过程的激光破坏分析模型与机制研究,激光辐照效应的流-热-固耦合数值模拟方法,以及短脉冲激光引起的冲击与破坏机理等方面的研究新进展. 展开更多
关键词 激光 本构关系 热力破坏 烧蚀 -热-耦合 冲击
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高超声速飞行器流-热-固耦合数值模拟 预览
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作者 陈梅洁 程珙 +1 位作者 田枫林 何玉荣 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期89-94,共6页
选用HiFire-1锥体部分作为研究对象,采用顺序耦合方法,对飞行器锥体的流-热-固耦合场进行了研究分析。在外流场的数值模拟中采用Transitionk-kl-ω湍流模型准确计算出了转捩位置和热流数值,在温度场和应力场的数值模拟中计算了气动加热1... 选用HiFire-1锥体部分作为研究对象,采用顺序耦合方法,对飞行器锥体的流-热-固耦合场进行了研究分析。在外流场的数值模拟中采用Transitionk-kl-ω湍流模型准确计算出了转捩位置和热流数值,在温度场和应力场的数值模拟中计算了气动加热1s时温度场和应力场的分布,温度最高点和变形最大处均出现在头锥顶端,温度在轴线方向上呈现环状的分布,沿轴线逐渐降低,整体结构的弹性变形和温度正相关,且主要变形区域集中在前端高温区。 展开更多
关键词 高超声速 -热-耦合 HiFire-1锥体 模型 数值模拟
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1000MW超超临界汽轮机中压转子热应力数值模拟研究 预览 被引量:1
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作者 刘长春 杨明 《汽轮机技术》 北大核心 2014年第3期192-194,共3页
通过引入高压缸的少量低温蒸汽,可对中压前几级转子进行局部冷却,以降低这些区域工作温度,但同时也会造成叶根、轮缘及动叶片各部分有较大的温度梯度,产生热应力,对转子的强度寿命造成较大的威胁。采用"流-热-固耦合"的方法,分别计算... 通过引入高压缸的少量低温蒸汽,可对中压前几级转子进行局部冷却,以降低这些区域工作温度,但同时也会造成叶根、轮缘及动叶片各部分有较大的温度梯度,产生热应力,对转子的强度寿命造成较大的威胁。采用"流-热-固耦合"的方法,分别计算了有冷却和无冷却情况下转子的热应力,在有冷却情况下转子的强度寿命考核应考虑转子热应力对其的影响。 展开更多
关键词 超超临界汽轮机 -热-耦合 转子热应力 数值模拟
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掺Nd3+玻璃微球阵列激光器的热学性能研究 预览
11
作者 丁建永 桂珞 +1 位作者 彭波 韦玮 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期17-20,共4页
为了研究二极管阵列抽运折射率匹配液冷却的掺Nd^3+玻璃微球阵列增益区产生的热效应,采用FLU—ENT6.3.26软件建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型,利用有限元分析法,模拟分析了钕玻璃微球阵列的温度分布与自身尺寸、匹配液... 为了研究二极管阵列抽运折射率匹配液冷却的掺Nd^3+玻璃微球阵列增益区产生的热效应,采用FLU—ENT6.3.26软件建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型,利用有限元分析法,模拟分析了钕玻璃微球阵列的温度分布与自身尺寸、匹配液流速、微球层数和抽运频率的变化关系及其对热畸变的影响。由模拟结果可知,固体微球激光器的热恢复时间短,冷却效果与微球层数无关,流速增加对小尺寸微球的冷却效果无明显改善;当抽运频率为1Hz时,直径为2mm和4mm的微球增益区的单程最大光程差为3.1nm和51.9nm。结果表明,该构型激光器具有高效的冷却能力。这一结果对微球阵列激光器的热管理是有帮助的。 展开更多
关键词 激光器 热分析 -热-耦合模型 折射率匹配 二极管抽运
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离心式压气机耦合松弛多学科设计优化方法 被引量:2
12
作者 李磊 李元生 +2 位作者 于明 敖良波 岳珠峰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期42-46,共5页
为提高多学科设计优化的寻优效率,以离心式压气机为对象,开展了耦合松弛多学科设计优化方法的研究。针对松散耦合方法建立的离心式压气机的流-热-固耦合分析模型,为了避免反复迭代导致的分析、优化时间过长,构建了分层次的离心式压气机... 为提高多学科设计优化的寻优效率,以离心式压气机为对象,开展了耦合松弛多学科设计优化方法的研究。针对松散耦合方法建立的离心式压气机的流-热-固耦合分析模型,为了避免反复迭代导致的分析、优化时间过长,构建了分层次的离心式压气机耦合松弛优化设计系统。在气动优化中采用全局寻优算法探索系统最优气动设计方案;在耦合优化阶段,综合考虑学科间耦合及相互作用,在气动优化的基础上局部寻优校验气动优化结果并得到最终设计方案。这种不同复杂层次模型的优化设计有效缩减了系统优化设计周期。 展开更多
关键词 离心式压气机 -热-耦合 耦合信息传递 变复杂度优化设计 耦合松弛优化设计
斜抽运无机液体激光器的流场热分布 被引量:1
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作者 胡滔 魏泳涛 +4 位作者 宋影松 张玉明 李密 马再如 冯国英 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期7027-7035,共9页
激光二极管斜抽运的多增益段串接的液体激光器能够明显地提高激光光束质量、获得较高的输出功率.针对斜抽运子增益段工作时所涉及的流动、传热和壁面耦合,建立了计算子增益段流场热分布的流-热-固耦合模型,应用有限单元法完成了其瞬态... 激光二极管斜抽运的多增益段串接的液体激光器能够明显地提高激光光束质量、获得较高的输出功率.针对斜抽运子增益段工作时所涉及的流动、传热和壁面耦合,建立了计算子增益段流场热分布的流-热-固耦合模型,应用有限单元法完成了其瞬态流场热分布的数值模拟.该方法排除了不精确的换热系数对计算结果的影响,使得换热系数不再是计算的先决条件,而只是计算结果之一;并且为评价流道形状、流速、吸收系数等因素对流场热的影响,以及进一步改进和控制液体激光介质的流场热分布,提供了可靠的分析方法.数值模拟研究表明:换热系数是空间位置的函数;流动传热效果随流速的增大而减小;激光介质流动时,温度分布与温度梯度分布具有相似性,与换热系数分布具有一定的互补性,且最大温度和温度梯度出现在下游流动介质的尖锐角落处。 展开更多
关键词 液体激光器 -热-耦合模型 换热系数 场热分布
重复脉冲抽运下激光晶体温度场的耦合分析 被引量:2
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作者 魏泳涛 张玉明 +1 位作者 唐淳 冯国英 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期912-916,共5页
对抽运及冷却中发生的流动、对流扩散及瞬态热传导等现象的耦合作用过程,用多物理场耦合分析方法,建立了计算激光晶体温度分布的流-热-固耦合模型。应用有限单元法,对受高功率重复脉冲抽运的片状激光晶体进行瞬态温度场数值模拟。排除... 对抽运及冷却中发生的流动、对流扩散及瞬态热传导等现象的耦合作用过程,用多物理场耦合分析方法,建立了计算激光晶体温度分布的流-热-固耦合模型。应用有限单元法,对受高功率重复脉冲抽运的片状激光晶体进行瞬态温度场数值模拟。排除了不精确的换热系数对计算结果的影响,并为评价流速、流道形状等因素对冷却效果的影响,从而为改进冷却方式降低激光晶体的热效应提供了可靠的分析方法。 展开更多
关键词 激光技术 瞬态温度分布 -热-耦合模型 动方程 扩散方程
离心式压气机流-热-固耦合分析 被引量:9
15
作者 李磊 李元生 +1 位作者 敖良波 岳珠峰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期共5页
利用松散耦合方法建立离心式压气机稳态流-热-固耦合模型,将离心式压气机解耦成气动、传热和结构三个子系统,子系统间存在热、力和变形的传递。由于不匹配的网格划分,利用反距离平均方法构造插值函数实现热与力向结构的传递,采用统一有... 利用松散耦合方法建立离心式压气机稳态流-热-固耦合模型,将离心式压气机解耦成气动、传热和结构三个子系统,子系统间存在热、力和变形的传递。由于不匹配的网格划分,利用反距离平均方法构造插值函数实现热与力向结构的传递,采用统一有限元模型实现热-固顺序耦合分析,利用网格重生成技术实现结构变形到气动分析模型的传递。经过3次迭代离心式压气机耦合系统达到收敛。结果表明,分析的离心式压气机内部流-热-固耦合强烈,耦合解法与非耦合解法得到压气机响应存在较大差异,对于多学科耦合强烈的构件,需要考虑学科间的耦合效应反应真实的工作状况。 展开更多
关键词 离心式压气机 -热-耦合分析 耦合信息传递 反距离加权平均 网格重生成技术
基于CBS有限元的流动-传热-变形耦合计算方法 预览 被引量:3
16
作者 李娜 吉洪湖 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期 622-626,共5页
研究了基于CBS有限元法和常规有限元法相结合的流动-传热-变形耦合计算方法。在该方法中,流体流动和传热采用CBS有限元方法计算,固体变形采用常规的有限元方法计算,实现了流体域和固体域统一的有限元网格划分,简化了变形过程中的网格生... 研究了基于CBS有限元法和常规有限元法相结合的流动-传热-变形耦合计算方法。在该方法中,流体流动和传热采用CBS有限元方法计算,固体变形采用常规的有限元方法计算,实现了流体域和固体域统一的有限元网格划分,简化了变形过程中的网格生成和不同网格间的数据交换。然后,依据此方法发展了计算程序,并通过算例分析,校验了计算方法的可行性和程序的计算能力。 展开更多
关键词 -热-耦合 有限元法 基于特性的分离算法 后台阶 数值模拟
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