热-流耦合

热-流耦合（精选四篇）

热-流耦合 篇1

1 实验台结构

实验台主要由动力系统、激励系统、循环系统和振动分析系统等部分组成。动力系统包括离心泵、脉冲泵和调频器等。离心泵是整个管道系统内流循环的动力源, 通过改变频率来调节流速;脉冲泵由离心泵改装而成, 可使内流产生脉动。在脉冲泵中有一个偏心轮—连杆机构, 连杆在偏心轮的驱动下产生往复运动, 可使管流产生同频率的脉动。调节泵的频率可改变脉动频率, 而改变偏心轮的偏心距就可产生不同的脉动流幅值。激励系统包括信号发生器、功率放大器和激振器。信号发生器产生的激励信号经功率放大器放大后输出到激振器上, 激振器可以带动管道支承部分进行运动。循环系统包括水箱、循环管路、蓄能器、压力传感器、实验管道及夹具等。其中蓄能器用于稳定初始水流, 压力传感器用于测量水流压力。振动分析系统由应变片、应变放大器、振动分析仪及计算机等组成, 主要用于振动信号采集和后续分析。

如何拾取振动信号是本实验的一个关键问题。如果使用加速度计等传统拾振器, 不仅会产生较大的附加质量而影响管道的振动, 而且在支承运动的管道振动实验中也无法拾取管道本身的振动信号, 因此我们选用应变片来拾取振动信号, 可避免上述两个问题。

实验管道的制备也是本实验的难点。金属、塑料等材质的管弹性差, 在目前的实验条件下很难产生明显的共振;而普通胶管又太软, 刚度很低, 不能形成直管。大多数国外学者采用的都是经过室温硫化作用的橡胶或硅胶管, 这种管既具有良好的弹性, 刚度又相当不错, 能确保管道轴线为直线。但这种管加工难度非常大, 成本也很高, 所以目前只能用性能相近的管作为替代品。本实验中加工了一种以航空材料为主的复合材料管, 性能基本上符合实验要求。

2 实验方法及结果分析

实验中选取30根不同尺寸的管作为实验管道, 装夹方式为两端铰支, 并采用水作为实验流体。实验方法如下:首先选择一个偏心轮 (计算出对应u的值) , 然后将水流调至某一固定流速, 从0开始逐渐增大脉动频率, 监测振动信号, 记录下管道发生次谐波共振的起止频率ω1和ω2, 在ω-u坐标图上, 这就是失稳边界上的两个点;更换不同偏心距的偏心轮 (改变值) , 重复以上步骤, 就可以描出管道若干个失稳边界点。再做曲线拟合, 就可得到实验失稳边界。由于各管得到的实验结果在定性上完全一致, 因此这里选取20#管道的结果进行分析。图1给出了u0=2.132时该管道理论计算[3]与实验测得的失稳区域对比。图中各曲线内部和外部分别为共振区域和稳定区域。由该图可以看出, 尽管因测量误差、仪器精度等原因, 实验中所测得的失稳区域与理论计算结果在定量上有一定的误差, 但其形状、趋势等定性性质基本一致。这不仅验证了理论结果的正确性, 也说明该流固耦合振动实验台的研制是比较成功的。

3 结论

实验是进行科学研究最重要的手段。研究管道振动问题同样需要实验来验证其理论建模和分析方法的正确性, 同时也为管道振动控制研究提供实验基础。鉴于此, 我们研制了一套输流管道流固耦合振动实验台, 可以在定常流、脉动流及支承运动情况下对输流管道进行流固耦合振动实验。加工了30根复合材料直管并对其进行了振动实验, 结果与理论计算结果在定性上相当吻合, 表明了该实验台的研制比较成功, 可以批量生产。

参考文献

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[2]杨晓东, 金基铎.输流管道流-固耦合振动的固有频率分析[J].振动与冲击, 2008.

热-流耦合 篇2

裂缝性低渗透油藏流-固耦合理论及应用

作 者：刘建军 作者单位：武汉工业学院土木系,武汉,430023;中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉,430071刊 名：岩石力学与工程学报 ISTIC EI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING年，卷(期)：200322(4)分类号：O3关键词：流-固耦合 渗流 孔隙度 渗透率 裂缝扩展 数值模拟 裂缝性油藏

热-流耦合 篇3

摘要：为了更准确地预测墙体内的温湿度分布，研究多孔介质墙体内的热、湿及空气耦合非稳态传递规律，以温度、相对湿度和空气压力为驱动势，考虑热传递、湿传递、空气渗透及其相互作用，建立了建筑多孔介质墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型，并采用有限元方法设计了相应的模拟计算程序.通过对比新建模型模拟结果与国际公认的HAMSTAD标准验证实例，验证了模型的正确性.

关键词：建筑墙体；非稳态；热、空气、湿耦合传递；含湿量；相对湿度

中图分类号：TU111.4文献标识码：A

Abstract：A coupled heat， air and moisture transfer model， which takes into consideration the heat transfer， moisture transfer and air convection and their coupled effect， was developed to predict the distribution of the temperature and humidity and to investigate the rule of the coupled heat， air and moisture transfer in walls. The temperature， relative humidity and air pressure were chosen as the driving potentials. A program based on the finite element method was developed to calculate the governing equations. And the numerical results of this model were compared with the internationally accepted HAMSTAD benchmarks， and the results agree well with each other.

Key words：building walls； transient； heat， air and moisture transfer； moisture content； relative humidity

建筑墙体多为多孔介质材料，建筑墙体热湿传递研究以多孔介质传热传质学为理论基础.Philip 与Devries[1] （1957年） 和Luikov[2] （1966年） 以温度和含湿量为驱动势，考虑多孔介质内热传递、湿迁移及其相互作用建立了多孔介质热湿耦合传递模型.在Philip与Devries和Luikov模型的基础上Kunzel[3]， Kong[4]， Chu[5]， Abahri[6]， Leskovsek[7]， Zhong[8]， Belarbi[9]， Qin[10]，李魁山[11]和郭兴国[12]等各自建立了多孔介质材料的热湿耦合传递模型.空气渗透对热湿传递过程的影响在上述研究中均未考虑.

建筑墙体长期暴露在非稳态气候条件下，由于室内外环境存在温度、湿度及空气压力梯度，这将导致墙体内的热传递、湿迁移及空气渗透.建筑墙体热湿耦合传递研究中忽略空气渗透对建筑墙体热湿传递过程的影响将不利于准确地分析建筑墙体内的温度和湿度分布.为了更准确地研究建筑墙体内的热湿耦合传递规律，刘晓燕等[13]建立了建筑墙体热、湿及空气耦合传递模型.该模型从微观的角度，通过定义气体所占体积百分比与液态水所占体积百分比来分别计算水蒸汽含量和液态水含量，但是在自然条件下很难将水的物相分开测量，模型参数难以确定.另外，该模型采用室外空气日平均温度作为室外边界条件，不能充分反应室外气候的逐时非稳态变化.本文在KUNZEL的研究基础上，通过考虑空气渗透，以室外气象条件作为边界条件，建立了一个以温度、相对湿度和空气压力为驱动势的建筑墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型.通过对比该模型模拟结果与HAMSTAD验证实例[14]，验证了模型的正确性.

1模型的建立

本文以相对湿度、温度和空气压力为驱动势，根据能量守恒和质量守恒定律建立墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型，并作如下假设：1）材料骨架是一个固定的、不变形的惰性骨架，不与液相、气相发生化学反应；2）墙体材料为各向同性的连续多孔介质；3） 温度对材料平衡含湿量的影响忽略不计；4）墙体材料中的水只有汽、液两相，材料中始终存在局部湿平衡；5）孔隙内的混合气体（湿空气）按理想气体处理； 6）多层墙体层与层之间的湿传递主要受边界湿传递阻的影响，如果不同层之间接触十分紧密，则湿阻较小，可认为这两种材料的边界表面处于湿平衡状态.

1.1湿传递

2模型求解

建筑墙体内热、空气、湿传递过程相互耦合，为了获得墙体内的温度和湿度分布，控制方程组需同时求解.本文采用有限元方法对控制方程组进行求解.时间步长可根据实际边界条件确定，本文将时间步长设定为1 h.

3模型验证

HAMSTAD验证实例是为了评价建筑物理领域热、空气、湿传递机理模型而建立的一个开放性平台.对比新建模型模拟结果与HAMSTAD验证实例是目前国际公认的建筑墙体热、空气、湿耦合传递模型验证方法.

HAMSTAD包含了5个验证实例，每个验证实例至少包含热传递、湿传递及空气渗透机理中的两项.本文通过对比新模型模拟结果与HAMSTAD验证实例3和5来验证模型的正确性.

3.1HAMSTAD验证实例3

如图 1～图 6所示，新模型模拟结果与HAMSTAD验证实例吻合良好，该模型能准确地预测建筑墙体内的温度和湿度分布.图中CTH， TUD， Technion和NRC表示参与HAMSTAD项目的其它研究机构的模拟结果，新建模型模拟结果表示本文所提出模型的模拟结果.

如图1，3，5所示，在20～21 d之间，由于压力梯度方向的改变，室外低温空气向室内渗透，墙体内温度迅速下降，快速接近室外空气温度.同样，如图2，4，6所示，由于室外空气的含湿量低于墙体内的含湿量，室外空气向室内渗透的过程中带走大量的湿，墙体内的含湿量快速降低.由此可见，建筑材料孔隙内的空气对流，对建筑墙体的热湿性能有重要的影响.

4结论

本文在Kunzel的研究基础上，通过考虑空气渗透，建立了一个以温度、相对湿度和空气压力为驱动势的建筑墙体热、湿及空气耦合传递非稳态模型，并采用有限元方法对该模型进行求解.该模型模拟结果与HAMSTAD验证实例吻合良好，结果表明该模型能准确地预测热传递、湿传递及空气渗透机理作用下建筑墙体内的温度和湿度分布.

参考文献

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LIU Xiaoyan， JIA Yongying， WANG Zhiguo. The study of coupled transfer of heat， moisture and air in building walls[J]. Acta Energiae Solatis Sinica， 2004， 25（1）：13-18.（In Chinese）

[14]HAGENTOFT C E. Hamstadfinal report： methodology of HAMmodeling， Report R02：8[R]. Gothenburg： Department of Building Physics， Chalmers university of Technology， 2002：5-51.

热-流耦合 篇4

在涡轮叶片参数化建模和气动分析基础上,开发了三维坐标插值程序,实现了学科间载荷信息传递;基于经验准则公式,开发了换热系数计算程序;在研究ANSYS软件参数化设计语言的`基础上,利用插值及换热程序输出APDL参数化加载宏文件,实现了边界条件的精确加载;基于ANSYS软件APDL命令流,设计了涡轮叶片热分析模块及热-结构耦合分析模块,为建立涡轮叶片MDO体系奠定了基础.

作 者：田文正 王荣桥 TIAN Wen-zheng WANG Rong-qiao 作者单位：田文正,TIAN Wen-zheng(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京,100083;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015)

王荣桥,WANG Rong-qiao(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京,100083)