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Thermodynamic analysis and simulation for gas baffle entrance collimator of EAST-NBI system based on thermo-fluid coupled method 被引量:5
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作者 Ling Tao Chun-Dong Hu Yuan-Lai Xie 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2018年第1期90-95,共6页
The world's first full Experimental Advanced Superconducting Tokamak(EAST) is designed with the auxiliary heating method of neutral beam injection(NBI)system. Beam collimators are arranged on both sides of the bea... The world's first full Experimental Advanced Superconducting Tokamak(EAST) is designed with the auxiliary heating method of neutral beam injection(NBI)system. Beam collimators are arranged on both sides of the beam channel for absorbing the divergence beam during the beam transmission process in the EAST-NBI system.The gas baffle entrance collimator(GBEC) is a typical high-heat-flux component located at the entrance of gas baffle. An efficient and accurate analysis of its thermodynamic performance is of great significance to explore the working limit and to ensure safe operation of the system under a high-parameter steady-state condition. Based on the thermo-fluid coupled method, thermodynamic analysis and simulation of GBEC is performed to get the working states and corresponding operating limits at different beam extraction conditions. This study provides a theoretical guidance for the next step to achieve long pulse with highpower experimental operation and has an important reference to ensure the safe operation of the system. 展开更多
关键词 Neutral BEAM injection High-heat-flux component BEAM COLLIMATOR thermo-fluid coupled method Thermodynamic analysis
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An extended iterative direct-forcing immersed boundary method in thermo-fluid problems with Dirichlet or Neumann boundary conditions
2
作者 Ali Akbar Hosseinjani Ali Ashrafizadeh 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第1期137-154,共18页
An iterative direct-forcing immersed boundary method is extended and used to solve convection heat transfer problems.The pressure,momentum source,and heat source at immersed boundary points are calculated simultaneous... An iterative direct-forcing immersed boundary method is extended and used to solve convection heat transfer problems.The pressure,momentum source,and heat source at immersed boundary points are calculated simultaneously to achieve the best coupling.Solutions of convection heat transfer problems with both Dirichlet and Neumann boundary conditions are presented.Two approaches for the implementation of Neumann boundary condition,i.e.direct and indirect methods,are introduced and compared in terms of accuracy and computational efficiency.Validation test cases include forced convection on a heated cylinder in an unbounded flow field and mixed convection around a circular body in a lid-driven cavity.Furthermore,the proposed method is applied to study the mixed convection around a heated rotating cylinder in a square enclosure with both iso-heat flux and iso-thermal boundary conditions.Computational results show that the order of accuracy of the indirect method is less than the direct method.However,the indirect method takes less computational time both in terms of the implementation of the boundary condition and the post processing time required to compute the heat transfer variables such as the Nusselt number.It is concluded that the iterative direct-forcing immersed boundary method is a powerful technique for the solution of convection heat transfer problems with stationary/moving boundaries and various boundary conditions. 展开更多
关键词 immersed boundary method direct forcing thermo-fluid problems neumann boundary condition
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基于磁粒研磨法的电磁铁温升研究 被引量:1
3
作者 孙岩 潘明诗 +3 位作者 刘冰洋 李厚乐 韩冰 陈燕 《表面技术》 北大核心 2025年第12期164-174,共11页
目的 探究电磁铁工作时的温度变化,并为其设计合理的散热装置。方法 以有效加工时间和管件内表面粗糙度为评价标准,通过优化电磁铁电流参数和散热条件,延长电磁铁有效加工时间,提高研磨效率。对电磁铁进行多物理场耦合仿真,采用Maxwell... 目的 探究电磁铁工作时的温度变化,并为其设计合理的散热装置。方法 以有效加工时间和管件内表面粗糙度为评价标准,通过优化电磁铁电流参数和散热条件,延长电磁铁有效加工时间,提高研磨效率。对电磁铁进行多物理场耦合仿真,采用Maxwell软件进行电磁损耗分析,将电磁损耗耦合到Fluent中进行温度场仿真,参考仿真结果设计出合理的散热装置并对电流进行优化,最后通过钛合金管内表面研磨试验确定最佳电流参数。结果 从不同角度对3A、3Hz正弦电流下的电磁铁进行风冷散热对比,1工位风冷散热后电磁铁最高仿真温度为59.5℃;2工位风冷散热后电磁铁最高仿真温度为51.3℃。2工位下,将峰值电流分别增大至3.5、4 A,风冷散热后仿真温度分别为66.9、88.9℃。对不同工况下的电磁铁温升及电流损失进行监测,在3 A、3 Hz电流下,无散热措施时,电磁铁工作15 min后到达极限工作温度,电流损失0.49 A;在散热条件下,采用3 A、3 Hz电流研磨钛合金管,电磁铁温度最终稳定在58.6℃,电流损失0.34 A。研磨40 min后,管件内表面粗糙度由原始Ra 0.601μm下降到Ra 0.172μm;采用3.5 A、3 Hz电流研磨钛合金管,电磁铁温度最终稳定在75.7℃,电流损失0.23 A。研磨20 min后,管件内表面粗糙度由原始Ra 0.618μm下降到Ra 0.223μm。结论 侧面布置散热风扇(2工位),电磁铁散热效果更好,装置运行时更加安全可靠;通过仿真模拟和研磨试验确定3 A、3 Hz为理想加工电流;采用3 A、3 Hz电流研磨时,在风冷散热作用下电磁铁无需停机散热,提高了研磨效率。 展开更多
关键词 电磁铁 磁粒研磨 电磁损耗 电磁-热-流耦合 表面质量 表面粗糙度
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电动汽车动力电池组液冷板拓扑优化设计及数值分析
4
作者 熊敏 林传开 +2 位作者 丁晓红 李萌 张横 《低温与超导》 北大核心 2025年第2期49-57,共9页
为了提高动力电池组液冷板的冷却效果并降低系统能耗,以热流固耦合下的换热量和出入口压降为目标,对液冷板进行了多目标优化设计,获得了优化的流道分布。针对电动汽车的三种典型工况,考虑不同充放电状态下电池内阻不同引起的电池产热变... 为了提高动力电池组液冷板的冷却效果并降低系统能耗,以热流固耦合下的换热量和出入口压降为目标,对液冷板进行了多目标优化设计,获得了优化的流道分布。针对电动汽车的三种典型工况,考虑不同充放电状态下电池内阻不同引起的电池产热变化,对动力电池组和和液冷板的整体结构进行了热流固耦合数值模拟,对比了采用传统直通液冷板与优化流道液冷板的动力电池组的最高温度、冷却速率、温度均匀性以及流道出入口压降。仿真结果表明,在高温快充工况下,优化流道液冷板相对直通道液冷板,电池组最高温度降低了14.6%,冷却速率提高了58.3%,进出口压降降低了5.36%,确保了电池工作过程中的温度均匀分布,有利于延长电池的使用寿命,提高系统稳定性,节约能源。 展开更多
关键词 动力电池组 散热 液冷板 拓扑优化 热流固耦合
原文传递
火药燃烧驱动二级轻气炮发射过程数值模拟研究
5
作者 尹立新 钱秉文 +5 位作者 李华康 姚杭 陈春林 马坤 高鹏飞 曹进 《弹箭与制导学报》 北大核心 2025年第3期415-423,共9页
为研究火药燃烧驱动二级轻气炮发射过程的多物理场耦合机制,开展了全三维数值模拟研究。以30 mm口径轻气炮为研究对象,构建了包含燃烧室化学反应、发射管湍流气体流动及热-流-固耦合作用的数理模型。针对燃烧室固相反应,采用动态燃烧模... 为研究火药燃烧驱动二级轻气炮发射过程的多物理场耦合机制,开展了全三维数值模拟研究。以30 mm口径轻气炮为研究对象,构建了包含燃烧室化学反应、发射管湍流气体流动及热-流-固耦合作用的数理模型。针对燃烧室固相反应,采用动态燃烧模型;针对高可压缩湍流气体,采用五阶WENO格式结合Gauss积分与三阶Runge-Kutta TVD方法,实现空间-时间五阶精度离散。通过多块结构化动网格技术处理流场边界移动,并设计基于加权余量法的界面数据传递算法,确保热-流-固耦合过程中能量守恒。数值仿真结果表明:弹丸出膛速度为5 423 m/s,与实验值(5 560 m/s)相对误差为2.46%;压力场、温度场及活塞变形过程与实验数据吻合良好,验证了模型准确性。文中研究为二级轻气炮参数优化与性能提升提供了理论支持。 展开更多
关键词 火药燃烧驱动 二级轻气炮 化学反应 热-流-固耦合 数值模拟
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高温高压上装式球阀热流固耦合性能分析
6
作者 张伟政 黄文彬 +3 位作者 贾金光 余列信 杜昆明 唐大建 《液压气动与密封》 2025年第10期44-52,共9页
针对高温高压阀门产生的热膨胀卡死及热疲劳失效问题,以高温高压上装式球阀为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)和热流固耦合技术,探究了其流场特性及结构耦合应力应变,并分析了阀座密封副接触应力。研究结果表明:小开度工况时,球体节... 针对高温高压阀门产生的热膨胀卡死及热疲劳失效问题,以高温高压上装式球阀为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)和热流固耦合技术,探究了其流场特性及结构耦合应力应变,并分析了阀座密封副接触应力。研究结果表明:小开度工况时,球体节流部位存在明显的速度梯度变化,并出现了局部的高速射流;随着开度增大,球体进出口区域的高速流均向球体内流道延伸,形成了贯穿球体的高速带。在热流固耦合工况下,阀杆的温度梯度较大,易产生大的热应力与热变形;阀盖颈部散热片强化了与空气的对流散热,防止了填料因高温氧化而板结,确保了阀门密封可靠性。在热应力与压应力叠加作用下,阀杆下端产生了明显的应力集中,最大耦合应力为179.79 MPa,最大耦合应变为0.0044 mm;由于阀盖主要的换热方向是从内壁到外壁侧,故其最大耦合应力应变位于内壁侧。由应力评定结果知:阀杆与阀座密封面最大耦合应力均小于相应温度下材料的最大许用应力,故该阀门不会出现过载压溃失效问题。 展开更多
关键词 高温高压 球阀 流动特性 热流固耦合
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Fracture parameter diagnostic method during staged multi-cluster fracturing based on distributed temperature sensing
7
作者 WEI Cao LI Haitao +4 位作者 ZHU Xiaohua ZHANG Nan LUO Hongwen TU Kun CHENG Shiqing 《Petroleum Exploration and Development》 2025年第2期496-505,共10页
The Carter model is used to characterize the dynamic behaviors of fracture growth and fracturing fluid leakoff.A thermo-fluid coupling temperature response forward model is built considering the fluid flow and heat tr... The Carter model is used to characterize the dynamic behaviors of fracture growth and fracturing fluid leakoff.A thermo-fluid coupling temperature response forward model is built considering the fluid flow and heat transfer in wellbore,fracture and reservoir.The influences of fracturing parameters and fracture parameters on the responses of distributed temperature sensing(DTS)are analyzed,and a diagnosis method of fracture parameters is presented based on the simulated annealing algorithm.A field case study is introduced to verify the model’s reliability.Typical V-shaped characteristics can be observed from the DTS responses in the multi-cluster fracturing process,with locations corresponding to the hydraulic fractures.The V-shape depth is shallower for a higher injection rate and longer fracturing and shut-in time.Also,the V-shape is wider for a higher fracture-surface leakoff coefficient,longer fracturing time and smaller fracture width.Additionally,the cooling effect near the wellbore continues to spread into the reservoir during the shut-in period,causing the DTS temperature to decrease instead of rise.Real-time monitoring and interpretation of DTS temperature data can help understand the fracture propagation during fracturing operation,so that immediate measures can be taken to improve the fracturing performance. 展开更多
关键词 shale oil horizontal well multi-stage multi-cluster fracturing distributed temperature sensing thermo-fluid coupling model fracture parameters real-time monitoring
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基于分布式光纤测温的分段多簇压裂过程裂缝参数诊断方法 被引量:1
8
作者 魏操 李海涛 +4 位作者 祝效华 张楠 罗红文 屠坤 程时清 《石油勘探与开发》 北大核心 2025年第2期441-450,共10页
选用Carter模型表征裂缝扩展和压裂液滤失动态行为,同时考虑压裂液在井筒、裂缝和油藏间的流动传热,建立水平井分段多簇压裂过程热-流耦合温度响应正演模型,分析压裂参数、裂缝参数对分布式光纤(DTS)温度响应的影响规律,提出基于模拟退... 选用Carter模型表征裂缝扩展和压裂液滤失动态行为,同时考虑压裂液在井筒、裂缝和油藏间的流动传热,建立水平井分段多簇压裂过程热-流耦合温度响应正演模型,分析压裂参数、裂缝参数对分布式光纤(DTS)温度响应的影响规律,提出基于模拟退火算法的裂缝参数诊断方法,并通过矿场实例应用验证模型可靠性。研究表明:多簇压裂过程中温度响应曲线具有“V形”典型特征,其位置与压裂裂缝对应;压裂液排量越大、压裂与停泵时间越长,“V形”深度越小;缝面滤失系数越大、压裂时间越长、裂缝宽度越小,“V形”宽度越大;压裂过程中短暂停泵阶段,近井筒周围低温仍向地层扩散,DTS温度不升反降;对DTS数据进行实时解释监测,可了解压裂过程中裂缝的扩展情况,便于及时采取相应措施,提高压裂效果。 展开更多
关键词 页岩油 水平井 分段多簇压裂 分布式光纤测温 热-流耦合模型 裂缝参数 实时监测
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基于热-流-固-化耦合的深层致密砂岩储层压裂裂缝扩展规律
9
作者 郑鹏麟 徐珂 +4 位作者 张辉 强剑力 梁景瑞 钱子维 张玮 《石油实验地质》 北大核心 2025年第6期1440-1454,共15页
塔里木盆地库车坳陷北部斜坡带深层致密砂岩气是中国天然气增储上产的重要领域,储层水力压裂技术是油气增产的关键手段。然而,深部地质条件复杂,导致压裂裂缝扩展样式及影响因素尚不清晰,需量化分析以揭示多场耦合作用下压裂裂缝的扩展... 塔里木盆地库车坳陷北部斜坡带深层致密砂岩气是中国天然气增储上产的重要领域,储层水力压裂技术是油气增产的关键手段。然而,深部地质条件复杂,导致压裂裂缝扩展样式及影响因素尚不清晰,需量化分析以揭示多场耦合作用下压裂裂缝的扩展规律。针对库车坳陷北部斜坡带深层气藏高温、高压地质环境,考虑“应力、裂缝弱面”等地质力学因素,建立热—流—固—化耦合模型,借助有限元数值模拟,阐明水力压裂裂缝扩展规律。研究表明:(1)水力压裂裂缝的动态扩展过程受热—流—固—化耦合作用影响显著,决定着压裂裂缝扩展样式;(2)水平应力差低值区易形成复杂缝网,水平应力梯度差异诱导压裂裂缝非对称扩展;(3)压裂裂缝扩展过程中优先激活天然裂缝,且天然裂缝产状影响压裂裂缝扩展方向,当天然裂缝与压裂裂缝夹角较大时压裂裂缝扩展偏向于停止和穿过,而当天然裂缝与压裂裂缝夹角较小时压裂裂缝偏向于激活或激活+穿过;(4)射孔倾角与裂缝偏转角呈正相关,注入速率对裂缝面积的影响存在最优上限,流体与地层温度差越大,越易产生张裂缝,起裂压力越小。 展开更多
关键词 水力压裂 裂缝扩展 热—流—固—化耦合 数值模拟 深层致密砂岩 库车坳陷 塔里木盆地
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反应堆堆芯流道构型热流耦合智能拓扑优化研究
10
作者 韩文斌 邓坚 +2 位作者 赵以成 陆祺 黄善仿 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第7期1416-1426,共11页
堆芯流道热工水力特性是决定核反应堆热量输运效率的核心要素,开展流道构型优化对提升反应堆系统综合性能(包括运行效率、安全裕度和经济性)具有重要工程价值,已成为先进核能系统研发的关键技术环节。本文将具有高度设计自由度的拓扑优... 堆芯流道热工水力特性是决定核反应堆热量输运效率的核心要素,开展流道构型优化对提升反应堆系统综合性能(包括运行效率、安全裕度和经济性)具有重要工程价值,已成为先进核能系统研发的关键技术环节。本文将具有高度设计自由度的拓扑优化方法与智能参数化生成技术相结合,通过自适应形态演化实现流-固耦合物理场的协同优化。以转型挑战反应堆(TCR)为研究对象,建立了基于最小化峰值温度目标的多物理场智能优化模型,采用COMSOL有限元分析平台实施流热耦合智能拓扑优化计算。通过基于传统参数化方法和智能参数化方法的对比研究,结合基于单纯形的无梯度启发式智能演化算法进行迭代求解,揭示了复杂流道构型的热工性能演化规律。研究结果表明,演化过程自主收敛于具有分形特征的“Y”形分支流道构型,其结构特性与仿生智能设计原则高度契合。相较于传统圆形流道基准设计,在维持压降不超过工程限值的约束条件下,智能优化方案全堆温度峰值降低了127.6 K。本文验证了智能拓扑优化方法在核反应堆流道设计中的显著成效,为先进堆芯冷却系统设计提供了新的方法支持,为后续反应堆智能化设计体系的构建奠定了基础。 展开更多
关键词 核反应堆 热流耦合 智能拓扑优化 计算流体动力学
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新能源汽车IGBT功率模块热管理的数值模拟
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作者 高紫涵 程豫洲 +2 位作者 王学合 罗坤 樊建人 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第10期2014-2022,共9页
为了提升新能源汽车功率模块的散热能力,采用流热固耦合数值模拟方法分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块的热管理系统,并提出包含贡献量化、代理建模与整体优化的三阶段设计优化方法.基于ANSYSFluent软件建立IGBT功率模块的数值模型... 为了提升新能源汽车功率模块的散热能力,采用流热固耦合数值模拟方法分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块的热管理系统,并提出包含贡献量化、代理建模与整体优化的三阶段设计优化方法.基于ANSYSFluent软件建立IGBT功率模块的数值模型,数值模拟值与实验值的相对误差为3.7%.对影响IGBT功率模块散热性能的主要因素(包括基板陶瓷材料、冷却液流量和针肋结构)进行分析,确定对流换热热阻和陶瓷层热阻是影响芯片热阻的主要因素.通过代理模型构建与多目标优化对750V/820AH-BoostIGBT功率模块进行设计优化,优化后的功率模块芯片热阻降低了21.1%,压降减少了39.3%,模块质量减轻了6.1%. 展开更多
关键词 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 热管理 流热固耦合 数值模拟 设计优化
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基于内部突变条件的柱塞副摩擦学性能研究
12
作者 刘建禧 卢艳 +2 位作者 张镐 龙俊志 王天慈 《机床与液压》 北大核心 2025年第4期128-138,共11页
为了揭示高功率密度轴向柱塞泵柱塞副的摩擦学性能,引入柱塞副微动姿态下的雷诺方程,考虑柱塞副油膜温度黏度以及弹性变形的影响,建立基于热流固多场耦合油膜分析模型,通过热流固模型对比分析不同负载下柱塞副油膜模型的变化特性。结果... 为了揭示高功率密度轴向柱塞泵柱塞副的摩擦学性能,引入柱塞副微动姿态下的雷诺方程,考虑柱塞副油膜温度黏度以及弹性变形的影响,建立基于热流固多场耦合油膜分析模型,通过热流固模型对比分析不同负载下柱塞副油膜模型的变化特性。结果表明:高压加剧了柱塞的偏心倾斜,导致柱塞副油膜厚度分布不均匀,在高低压切换时,内部压力突变导致出现油膜压力尖峰,而油膜温度升高导致油膜黏度降低,导致油膜支撑力减弱,使得柱塞副产生较大的变形破坏,最终导致柱塞副泄漏量过大。基于此,在柱塞表面进行波浪形结构设计,以平衡油膜厚度分布,降低黏温效应的影响。结果表明:采用波浪形结构改善了黏温效应导致的油膜支撑力不足的问题,减少了柱塞表面变形,使高功率密度轴向柱塞泵的泄漏量减少5.7%。 展开更多
关键词 高功率密度 轴向柱塞泵柱塞副 热流固多场耦合 泄漏量 结构优化
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甲氨蝶呤修饰的磁流体在大鼠乳腺癌内分布及其对生存与免疫功能的影响
13
作者 黄丽 曹东东 +5 位作者 欧阳伟炜 王伟 唐劲天 耿一超 苏胜发 卢冰 《肿瘤》 2025年第1期1-11,共11页
目的:评估甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)修饰的磁性纳米粒子热化疗治疗大鼠乳腺癌的疗效及其对大鼠免疫功能的影响。方法:在雌性Wistar大鼠皮下接种乳腺癌Walker-256细胞建立移植瘤模型,在肿瘤内注射聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)修... 目的:评估甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)修饰的磁性纳米粒子热化疗治疗大鼠乳腺癌的疗效及其对大鼠免疫功能的影响。方法:在雌性Wistar大鼠皮下接种乳腺癌Walker-256细胞建立移植瘤模型,在肿瘤内注射聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)修饰的Fe_(3)O_(4)磁性纳米粒子(47T组、42T组和多次42T组)或MTX修饰的Fe_(3)O_(4)磁性纳米粒子(47TC组、42TC组和多次42TC组),并在不同温度(47℃和42℃)的磁场作用下进行热疗;以仅注射MTX修饰的磁流体(MFC组)、移植瘤大鼠不做任何处理(空白对照组)、仅在交变磁场中辐照处理30 min(M组)、仅注射PEI修饰的磁流体(MF组)、MTX单药处理(MTX组)以及不接种肿瘤细胞的大鼠(正常组)作为对照组。采用X射线摄片观察磁流体在肿瘤内注射24 h、2周及2个月后,其在肿瘤组织中的分布情况。在治疗24 h后,分别在47T和47TC组中各选取3只大鼠,处死后在电子显微镜下观察磁流体对肿瘤细胞的影响。治疗14 d后,测量除正常组外各组大鼠的肿瘤体积,并进行统计学分析;同时在47TC、47T、42TC、42T、MFC、MTX、空白对照及正常组中各选取4只大鼠,采用ELISA法检测其外周血中IL-2、IFN-γ和IL-4的含量;对剩余大鼠进行长期生存观察。结果:磁性纳米粒子在肿瘤中心区域呈均匀分布,而在肿瘤边缘则分布不均;其主要聚集于肿瘤细胞间隙,并且可以进入肿瘤细胞内。47TC、47T、多次42TC和多次42T组大鼠的肿瘤生长受到抑制(P均<0.05),并且生存率较高。47TC、47T和空白对照组外周血中IL-2和IFN-γ的表达水平升高,而IL-4的表达水平降低(P均<0.05)。结论:47℃30 min及多次42℃60 min热化疗能在一定程度上抑制大鼠乳腺癌的生长,并且延长大鼠生存时间,这可能与47℃30 min热化疗激活了机体的免疫功能有关。 展开更多
关键词 乳腺肿瘤 甲氨蝶呤 磁流体 热疗 热化疗 免疫功能
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基于ANSYS Workbench的高温机械臂热流耦合分析
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作者 杜晓静 管殿柱 +1 位作者 刘高照 施磊 《青岛大学学报(工程技术版)》 2025年第3期30-35,共6页
针对一款高温工作下对中机械臂的热防护需求,设计了一种水冷装置,通过ANSYS Workbench仿真软件中的流体与稳态热分析模块,进行热流耦合的数值模拟,验证设计的合理性。建立对中机械臂-水冷机构-液压缸多物理场的耦合模型,通过双向耦合器... 针对一款高温工作下对中机械臂的热防护需求,设计了一种水冷装置,通过ANSYS Workbench仿真软件中的流体与稳态热分析模块,进行热流耦合的数值模拟,验证设计的合理性。建立对中机械臂-水冷机构-液压缸多物理场的耦合模型,通过双向耦合器进行耦合,使流体(冷却水)与固体(机械臂)通过共轭传热界面实时交换能量,分析水冷系统的传热特性、流场分布及机械臂的温度场响应。分别对入口流速为1 m/s、2 m/s、3 m/s和4 m/s的工况进行仿真,分析流体入口速度对水冷系统散热效果的影响。结果表明,冷却水流速超过2 m/s时,能在有效规避汽化风险的同时,将液压缸区域温度降至28.3℃,远低于液压缸区域的安全工作温度,验证了水冷装置的合理性。本研究为高温环境下机械臂的热防护设计和水冷散热的热流耦合分析提供了理论依据。 展开更多
关键词 热流耦合 水冷系统 机械臂热防护 ANSYS Workbench
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热压罐框架式成型工艺装备拓扑设计及性能仿真
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作者 尹荣颖 云庆文 +3 位作者 吴继超 李飞 马吉川 马英辉 《纤维复合材料》 2025年第5期16-22,共7页
框架式成型工艺装备是热压罐成型复合材料蒙皮、壁板等构件的关键工艺装备,框架式工艺装备成型模板的温度均匀性、框架支撑结构刚度及开敞性对于复合材料构件成型质量、热气流有效利用具有重要影响。以提高工艺装备温度均匀性、减重及... 框架式成型工艺装备是热压罐成型复合材料蒙皮、壁板等构件的关键工艺装备,框架式工艺装备成型模板的温度均匀性、框架支撑结构刚度及开敞性对于复合材料构件成型质量、热气流有效利用具有重要影响。以提高工艺装备温度均匀性、减重及保持整体刚度为目标,采用拓扑优化方法生成了框架式成型工艺装备新构型,基于有限元仿真评估了结构刚度并完善支撑结构设计。进一步基于CFD仿真,从整体热均匀性、成型区域升温效率两方面,对比分析了常规结构、拓扑结构框架式成型工艺装备的热性能。结果显示与常规工艺装备相比,优化设计后工艺装备支撑结构减重35%,升温过程中工艺装备整体热均匀性提升18%以上,且热均匀性随着拓扑结构重量降低而进一步升高,同一时刻及位置的工艺装备成型区域温度提升4℃以上,尤其是受流通性影响较大的成型中心区域温度差异达14℃,拓扑结构的减重及开敞性对工艺装备性能有明显提升,验证了拓扑优化方法在成型工艺装备设计上有效性。 展开更多
关键词 直升机 工艺装备 拓扑优化 结构设计 CFD流热固耦合仿真
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深层地热能丛式多分支U型井采热技术及传热算法 被引量:3
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作者 李守定 张苏鹏 +8 位作者 徐涛 张召彬 郑博 马世伟 孔彦龙 张文秀 赫建明 庞忠和 李晓 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期1397-1411,共15页
深层地热能是一种分布广、资源量大具有发展前景的可再生新能源,当前的主要开采方法有增强型地热系统(EGS)、环绕式井筒换热系统(AGS)、断层带流体循环开采和同轴套管开采法,但存在采热功率不稳定、地震风险高和采热效率低等难题。针对... 深层地热能是一种分布广、资源量大具有发展前景的可再生新能源,当前的主要开采方法有增强型地热系统(EGS)、环绕式井筒换热系统(AGS)、断层带流体循环开采和同轴套管开采法,但存在采热功率不稳定、地震风险高和采热效率低等难题。针对当前深层地热开采技术面临的瓶颈问题,本文以开采过程只有能量交换而没有物质交换为原则,以深层干热岩地热规模化可持续稳定开发为目标,提出了深层地热能丛式多分支U型井采热方法(UMW-DGS)及关键技术,在此基础上建立了井筒轴对称热传导模型,以青海共和盆地恰卜恰深部干热岩储层为背景,提出了高温高压岩石热导率测试新方法,计算了在定井径条件下井周温度场和采热功率的时空演化规律,分析了温度差、热导率和井径等3个敏感因素对采热功率的影响。此外,针对UMW-DGS定解问题,研发了基于有限体积法(FVM)的三维热流固耦合数值算法,研究了UMW-DGS单水平井段换热效率和在不同泵注量条件下温度场时空演化。通过分析不同流量的有效换热量、换热时长和功率发现:泵注流量的增加会导致有效换热能量和有效换热时长的降低,并且使有效换热功率先增加后减少。研究结果表明,深层地热能开发需要在平衡换热温度和功率的条件下设计注入排量,从而得到最优的换热效果。 展开更多
关键词 深层地热 丛式多分支U型井 高温高压岩石热导率 储层-工质流固耦合热传导算法
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基于热流固耦合模型的螺旋锥齿轮淬火数值模拟
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作者 刘赣华 邓诗义 霍小东 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期16-22,共7页
基于热流固耦合模拟,对45钢螺旋锥齿轮淬火冷却过程进行数值模拟,研究淬火介质流速对淬火结果的影响。结果表明,热流固耦合模拟和传统模拟的冷却曲线与试验测量的最大相对误差分别为9.2%和7.4%,且更加准确地预测淬火介质流动情况下的温... 基于热流固耦合模拟,对45钢螺旋锥齿轮淬火冷却过程进行数值模拟,研究淬火介质流速对淬火结果的影响。结果表明,热流固耦合模拟和传统模拟的冷却曲线与试验测量的最大相对误差分别为9.2%和7.4%,且更加准确地预测淬火介质流动情况下的温度分布,验证了该方法的准确性和便利性。当入口流速为2 m/s时,硬度达到最大值52.0 HRC,且残余应力主要为有利的压应力。 展开更多
关键词 数值模拟 热流固耦合 淬火 螺旋锥齿轮
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基于D-P准则的天然气水合物井壁稳定性研究
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作者 孙晓峰 赵元喆 +3 位作者 李智鹏 胡乔波 陶亮 姚笛 《石油机械》 北大核心 2024年第8期33-40,共8页
钻井过程中,钻井液对水合物地层产生热交换作用,同时钻井液侵入会影响水合物稳定,两者均引起井周应力场变化,导致井壁坍塌等复杂情况,严重制约着天然气水合物资源高效开发。基于线性热弹性多孔介质理论建立了热流固耦合的水合物斜井井... 钻井过程中,钻井液对水合物地层产生热交换作用,同时钻井液侵入会影响水合物稳定,两者均引起井周应力场变化,导致井壁坍塌等复杂情况,严重制约着天然气水合物资源高效开发。基于线性热弹性多孔介质理论建立了热流固耦合的水合物斜井井周应力模型,引入欧拉变换考虑三维地应力大小和方向的随机性,采用D-P准则强化中间主应力对水合物井壁稳定的影响,并开展了井斜角/方位角、水合物饱和度、井壁渗透性以及钻井液温度等因素对水合物井壁稳定的研究。研究结果表明:井斜角对井壁的稳定性具有更大的影响,井斜角每增加30°坍塌压力变化0.155 MPa,方位角每增加30°坍塌压力变化0.112 MPa。水合物从高到低饱和度的分解过程,前期地层强度缓慢降低,后期快速降低。水合物地层的有效孔隙度增加使得钻井液侵入量增加,致使地层有效应力降低,导致地层的变形和破裂,增加井壁失稳风险。水合物地层对高于相平衡温度(285 K)的钻井液较为敏感,每升高1 K坍塌压力当量密度约增加0.0069 g/cm^(3),相反则表现较为迟钝。在进行钻井作业时,选用合适的高抑制性、低温钻井液有助于控制水合物的分解以及减少钻井液侵入,进而降低水合物井壁失稳风险。研究结果可为天然气水合物井壁稳定性研究提供参考。 展开更多
关键词 天然气水合物 井壁稳定 D-P准则 坍塌压力 热流固耦合
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调节套筒节流孔倒角对高旁阀流场及结构的影响 被引量:2
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作者 张啸 刘栋 +2 位作者 杨嵩 张天泽 鲍南宇 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期583-590,共8页
为了研究高旁阀内部流场和结构可靠性受调节套筒节流孔倒角深度和角度的影响,开展了高旁阀内部流场的数值计算和单向热-流-固耦合分析.通过分析倒角前阀门内的流场得出以下结论:节流后蒸汽会形成激波和一系列激波串并消失于二级节流筒... 为了研究高旁阀内部流场和结构可靠性受调节套筒节流孔倒角深度和角度的影响,开展了高旁阀内部流场的数值计算和单向热-流-固耦合分析.通过分析倒角前阀门内的流场得出以下结论:节流后蒸汽会形成激波和一系列激波串并消失于二级节流筒底盖板处,环形调节套筒密封面处出现应力集中现象,密封面内外较大的压差是造成密封面发生形变的主要原因.以降低调节套筒密封面形变量为目标,研究了调节套筒节流孔倒角的角度和深度对流场和密封面形变量的影响,结果表明:在研究选取的全范围内,倒角角度和深度的增加均能降低调节套筒密封面处的压差和形变量,当倒角角度为72.5°时,调节套筒两侧的形变量降幅分别为17.06%和15.72%,研究结果可为进一步优化阀门流动特性,降低阀门结构形变量提供依据. 展开更多
关键词 高旁阀 数值模拟 热-流-固耦合 结构形变
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高压圆盘气体轴承轴对称模型的共轭传热分析 被引量:2
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作者 郭良斌 冯玉庭 《机床与液压》 北大核心 2024年第11期68-73,共6页
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... 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。 展开更多
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
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