165型推土机电动空调系统开发研究
这是一篇关于电动空调,压缩机,温度场,热舒适性的论文, 主要内容为空调系统现已成为工程车辆的标准配置,但目前均采用皮带驱动式空调系统。该空调系统的压缩机通过皮带直接与发动机相连,而工程车辆的发动机一般放置于驾驶室下部的机组内,使得该空调系统位置受到限制,在对相应部件和制冷剂管路进行维护维修时产生困难,另外由于使用皮带传动让压缩机和发动机有效连接起来,进一步造成压缩机的运作速度由于受到发动机转速的影响,在工作时很难稳定下来,尤其对停车使用空调产生不便。随着电动汽车的推广,电动空调系统逐渐普及起来,因为依靠电力驱动的因素,压缩机可以采用全封闭结构形式,从而可以减少整个制冷系统制冷剂的泄露;另外,由于不需要直接与发动机皮带相连,压缩机安装位置所受到的限制较小,且停车情况下,可电力驱动空调系统。本文基于电动汽车空调系统对165型推土机开发可用的电动空调系统,以减轻皮带驱动式空调系统在维修上的困扰,并使其在停车状态下方便使用空调系统。本课题首先利用CATIA三维软件建立165型推土机驾驶室几何模型,通过热力学公式计算推土机驾驶室的热负荷,根据R134a制冷剂的物理属性和驾驶室热负荷对电动空调系统的压缩机、蒸发器和冷凝器进行选型设计,得到满足165型推土机使用的电动空调系统;设计电动空调系统电气线路,运用CATIA三维软件设计电动空调系统固定支架,利用HyperMesh软件对固定支架进行静态力和模态分析,得到该支架的最大应力为17MPa,最小位移为0.176mm,远小于材料的许用值;6阶模态分析中固定支架最小的振动频率为43.5Hz,远大于推土机驾驶室正常工作频率。其次,对设计的电动空调系统进行电动压缩机性能试验、电动空调系统耐振动试验,验证了所设计的电动空调系统的硬件性能符合使用要求;在进行驾驶室温度试验时,试验选择的测点符合国标规定,测试条件为送风温度290K,送风速度为5m/s,但发现设计的单口送风形式,测点温差较大,为此进行了优化设计。最后,使用Gambit软件对165型推土机驾驶室进行了网格划分,采用了精度高的混合四六面体网格;使用FLUENT软件对165型推土机驾驶室单送风口送风形式下,送风温度290K,送风速度5m/s时驾驶室的温度场进行模拟,并对测点的仿真值与试验值进行对比分析,验证了数值模拟的正确性;进而对单送风口和优化设计的双送风口两种送风方式,送风速度4m/s、5m/s和6m/s下,驾驶室的内流场进行了仿真分析;利用气流分布指标和热舒适性ADPI指标对两种送风方式进行评价,得到优化设计的双送风口送风形式驾驶室内流场分布更均匀,满足使用要求;利用三点插值法计算分析了电动空调系统的使用经济性;得到额定工况下,使用电动空调系统每年能节约油费4770元。本文对165型推土机电动空调系统进行了开发研究,所提出的研究方法和研究成果对工程车辆的电动空调系统的设计与选型、驾驶室内流场和驾驶员热舒适性研究具有一定的借鉴作用。
铸件温度场/应力场仿真与工艺优化设计系统的设计与开发
这是一篇关于铸件,凝固过程,温度场,应力场,仿真,缺陷预测,工艺优化,ANSYS的论文, 主要内容为铸件凝固过程数值模拟是提高铸件质量和铸造生产经济效益的重要方法和途径之一。本论文的主要任务是以有限元分析软件ANSYS作为二次开发平台，通过铸造专业知识、铸件凝固过程数值模拟知识以及计算机应用和开发知识的有机结合，初步开发出面向铸造工程师使用的铸件凝固过程温度场和应力场数值模拟软件，提高分析的效率，并进行缺陷预测与分析和铸造工艺的优化设计工作。 系统采用了三层开发体系层次结构，通过应用软件模块化、参数化设计、层次及网状数据结构及数据库等技术与方法，利用ANSYS的内部开发工具(APDL和UIDL)和外部开发工具(Visual C＋＋和Access)，并采用基于铸造合金和工艺设计知识库的向导式设计方法，以铸造行业中常用的铸铁、铸钢、铸造铝合金、铸造铜合金四类铸造合金为分析材料，主要针对砂型铸造，我们初步完成了铸件温度场／应力场仿真与工艺优化设计系统的设计与开发。 根据铸造工艺及铸件凝固过程数值模拟的特点，本文将系统划分为铸造工艺CAD、铸件凝固过程温度场数值模拟、铸件凝固过程应力场数值模拟和铸件缺陷预测及工艺优化四个模块。各子系统及其模块之间在功能上既相互独立，又相互联系，基本实现了信息集成。 系统涵盖了铸件成形过程数值模拟的主要内容，具有较强的完整性和系统性；面向铸造工程师的开发思路和大量铸造知识的有机融入，大大方便了铸造技术人员的操作和使用，也使系统具有专业化、实用化和用户化的鲜明特点， 这些特点在实际设计与分析过程中得到了验证。
165型推土机电动空调系统开发研究
这是一篇关于电动空调,压缩机,温度场,热舒适性的论文, 主要内容为空调系统现已成为工程车辆的标准配置,但目前均采用皮带驱动式空调系统。该空调系统的压缩机通过皮带直接与发动机相连,而工程车辆的发动机一般放置于驾驶室下部的机组内,使得该空调系统位置受到限制,在对相应部件和制冷剂管路进行维护维修时产生困难,另外由于使用皮带传动让压缩机和发动机有效连接起来,进一步造成压缩机的运作速度由于受到发动机转速的影响,在工作时很难稳定下来,尤其对停车使用空调产生不便。随着电动汽车的推广,电动空调系统逐渐普及起来,因为依靠电力驱动的因素,压缩机可以采用全封闭结构形式,从而可以减少整个制冷系统制冷剂的泄露;另外,由于不需要直接与发动机皮带相连,压缩机安装位置所受到的限制较小,且停车情况下,可电力驱动空调系统。本文基于电动汽车空调系统对165型推土机开发可用的电动空调系统,以减轻皮带驱动式空调系统在维修上的困扰,并使其在停车状态下方便使用空调系统。本课题首先利用CATIA三维软件建立165型推土机驾驶室几何模型,通过热力学公式计算推土机驾驶室的热负荷,根据R134a制冷剂的物理属性和驾驶室热负荷对电动空调系统的压缩机、蒸发器和冷凝器进行选型设计,得到满足165型推土机使用的电动空调系统;设计电动空调系统电气线路,运用CATIA三维软件设计电动空调系统固定支架,利用HyperMesh软件对固定支架进行静态力和模态分析,得到该支架的最大应力为17MPa,最小位移为0.176mm,远小于材料的许用值;6阶模态分析中固定支架最小的振动频率为43.5Hz,远大于推土机驾驶室正常工作频率。其次,对设计的电动空调系统进行电动压缩机性能试验、电动空调系统耐振动试验,验证了所设计的电动空调系统的硬件性能符合使用要求;在进行驾驶室温度试验时,试验选择的测点符合国标规定,测试条件为送风温度290K,送风速度为5m/s,但发现设计的单口送风形式,测点温差较大,为此进行了优化设计。最后,使用Gambit软件对165型推土机驾驶室进行了网格划分,采用了精度高的混合四六面体网格;使用FLUENT软件对165型推土机驾驶室单送风口送风形式下,送风温度290K,送风速度5m/s时驾驶室的温度场进行模拟,并对测点的仿真值与试验值进行对比分析,验证了数值模拟的正确性;进而对单送风口和优化设计的双送风口两种送风方式,送风速度4m/s、5m/s和6m/s下,驾驶室的内流场进行了仿真分析;利用气流分布指标和热舒适性ADPI指标对两种送风方式进行评价,得到优化设计的双送风口送风形式驾驶室内流场分布更均匀,满足使用要求;利用三点插值法计算分析了电动空调系统的使用经济性;得到额定工况下,使用电动空调系统每年能节约油费4770元。本文对165型推土机电动空调系统进行了开发研究,所提出的研究方法和研究成果对工程车辆的电动空调系统的设计与选型、驾驶室内流场和驾驶员热舒适性研究具有一定的借鉴作用。
季节变化下河岸潜流带温度与渗流变化规律研究
这是一篇关于季节变化,河岸带,温度场,流热耦合模型,潜流交换的论文, 主要内容为河岸带作为河流与陆地间的缓冲地带,其温度场、渗流场分布易受河流水位与环境温度等因素的影响发生改变。了解河岸潜流带温度场分布与潜流交换通量变化规律,对河流水资源保护、地下水利用及河流生态环境修复与可持续发展具有重要意义。本文通过室内物理模型试验、野外原位监测试验及数值模拟等手段,针对季节变化下河岸潜流带温度与渗流变化规律开展研究。主要研究内容及成果如下:(1)通过COMSOL Multiphysics软件构建了 10种基于导热系数模型的河岸带流热耦合数值模型,并利用室内物理模型试验数据进行了验证,结果表明:基于Johansen导热系数模型的河岸带流热耦合模型温度场模拟值与实测值更吻合,模拟精度最高,能够较为准确的刻画河岸潜流带内部温度场变化过程。(2)基于正交试验法对上述所构建的较为准确的数值模型进行了参数敏感性分析,选取6个模型参数,分析其对河岸带流热耦合数值模型温度场模拟值的影响大小。模型参数敏感性分析结果表明:渗流系数Ks对模型模拟温度场结果输出影响最大,极差分析结果为0.503,偏差平方和分析结果为0.804;其次是孔隙率n,极差分析结果为0.499,偏差平方和分析结果为0.729;残余含水率θr、饱和含水率θs、van Genuchten参数α和van Genuchten参数nv对模型影响不显著,极差分析结果均小于0.12,偏差平方和分析结果均小于0.06,但由于参数之间的相互作用其对模型的影响仍不可忽视;各参数对模型温度场模拟结果既有正相关又有负相关,这种相关性可为模型参数调整提供参考。此外针对渗透性较低的护岸结构模拟结果显示,其阻碍了河岸潜流带内部温度与渗流运移过程,尤其在水平方向上更为明显。(3)开展了洞庭湖典型河岸潜流带断面原位监测试验,分析了地下水水位与温度垂向分布规律,结合断面温度云图,探讨温度场年内、季节内及日变化规律,并揭示了浅层温度与河水水位、环境温度变化的相关性。结果表明:河岸潜流带地下水位与温度变化相较于河水水位与环境温度变化存在明显的滞后与衰减现象,并且随深度与离岸距离增加这种现象更加明显;河岸潜流带温度场日变化不明显,年内变化明显;夏季与冬季垂向温度梯度较大,分层现象明显,温度场波动较小,比较稳定;春季与秋季垂向温度梯度较小,分层现象不明显,温度场波动较大,不稳定;相关性分析结果表明,河岸潜流带浅层温度与环境温度具有较强的正相关性,且夏季与秋季高于冬季与春季。(4)基于VFLUX2程序中不同解析模型,计算了洞庭湖典型河岸潜流带断面垂向渗流速度,探讨研究区域潜流交换相互补给模式,量化与对比分析了不同季节垂向与侧向潜流交换总量。结果表明:各模型计算结果变化趋势基本一致,数值大小存在差异:Hatch相位法与Keery相位法计算垂向流速比Hatch振幅法、Keery振幅法、振幅-相位组合法McCallum解和Luce解大一个数量级;垂向渗流速度随深度增加逐渐增加,侧向潜流交换量随离河道距离增加逐渐减小,充分体现了河岸潜流带潜流交换的空间异质性;整个监测期间,垂向潜流交换模式主要表现为地表水补给地下水,夏季与秋季潜流交换总量大于春季与冬季;侧向潜流交换总量则表现为冬季最多,秋季次之,夏季最少。(5)基于上述野外试验数据,进一步验证了基于导热系数模型的河岸带流热耦合模型的准确性与适用性,并利用所建模型模拟洪水过程对河岸潜流带温度场与渗流速度的影响。结果表明:基于Johansen模型的河岸带流热耦合模型温度场模拟值各评价指标均低于其他模型,模拟效果最佳;潜流交换通量模拟结果与Hatch振幅法计算结果数量级大小一致,变化规律基本吻合;综合来看,基于Johansen模型的河岸带流热耦合模型在研究河岸潜流带潜流交换过程时效果最好;洪水过程对河岸潜流带温度场与渗流速度的影响存在明显的滞后性;退洪过程对浅层温度变化的影响大于涨洪过程,深层温度变化对涨洪、退洪过程的响应则相反;洪水对地下水流速变化的影响则是涨洪过程大于退洪过程。
季节变化下河岸潜流带温度与渗流变化规律研究
这是一篇关于季节变化,河岸带,温度场,流热耦合模型,潜流交换的论文, 主要内容为河岸带作为河流与陆地间的缓冲地带,其温度场、渗流场分布易受河流水位与环境温度等因素的影响发生改变。了解河岸潜流带温度场分布与潜流交换通量变化规律,对河流水资源保护、地下水利用及河流生态环境修复与可持续发展具有重要意义。本文通过室内物理模型试验、野外原位监测试验及数值模拟等手段,针对季节变化下河岸潜流带温度与渗流变化规律开展研究。主要研究内容及成果如下:(1)通过COMSOL Multiphysics软件构建了 10种基于导热系数模型的河岸带流热耦合数值模型,并利用室内物理模型试验数据进行了验证,结果表明:基于Johansen导热系数模型的河岸带流热耦合模型温度场模拟值与实测值更吻合,模拟精度最高,能够较为准确的刻画河岸潜流带内部温度场变化过程。(2)基于正交试验法对上述所构建的较为准确的数值模型进行了参数敏感性分析,选取6个模型参数,分析其对河岸带流热耦合数值模型温度场模拟值的影响大小。模型参数敏感性分析结果表明:渗流系数Ks对模型模拟温度场结果输出影响最大,极差分析结果为0.503,偏差平方和分析结果为0.804;其次是孔隙率n,极差分析结果为0.499,偏差平方和分析结果为0.729;残余含水率θr、饱和含水率θs、van Genuchten参数α和van Genuchten参数nv对模型影响不显著,极差分析结果均小于0.12,偏差平方和分析结果均小于0.06,但由于参数之间的相互作用其对模型的影响仍不可忽视;各参数对模型温度场模拟结果既有正相关又有负相关,这种相关性可为模型参数调整提供参考。此外针对渗透性较低的护岸结构模拟结果显示,其阻碍了河岸潜流带内部温度与渗流运移过程,尤其在水平方向上更为明显。(3)开展了洞庭湖典型河岸潜流带断面原位监测试验,分析了地下水水位与温度垂向分布规律,结合断面温度云图,探讨温度场年内、季节内及日变化规律,并揭示了浅层温度与河水水位、环境温度变化的相关性。结果表明:河岸潜流带地下水位与温度变化相较于河水水位与环境温度变化存在明显的滞后与衰减现象,并且随深度与离岸距离增加这种现象更加明显;河岸潜流带温度场日变化不明显,年内变化明显;夏季与冬季垂向温度梯度较大,分层现象明显,温度场波动较小,比较稳定;春季与秋季垂向温度梯度较小,分层现象不明显,温度场波动较大,不稳定;相关性分析结果表明,河岸潜流带浅层温度与环境温度具有较强的正相关性,且夏季与秋季高于冬季与春季。(4)基于VFLUX2程序中不同解析模型,计算了洞庭湖典型河岸潜流带断面垂向渗流速度,探讨研究区域潜流交换相互补给模式,量化与对比分析了不同季节垂向与侧向潜流交换总量。结果表明:各模型计算结果变化趋势基本一致,数值大小存在差异:Hatch相位法与Keery相位法计算垂向流速比Hatch振幅法、Keery振幅法、振幅-相位组合法McCallum解和Luce解大一个数量级;垂向渗流速度随深度增加逐渐增加,侧向潜流交换量随离河道距离增加逐渐减小,充分体现了河岸潜流带潜流交换的空间异质性;整个监测期间,垂向潜流交换模式主要表现为地表水补给地下水,夏季与秋季潜流交换总量大于春季与冬季;侧向潜流交换总量则表现为冬季最多,秋季次之,夏季最少。(5)基于上述野外试验数据,进一步验证了基于导热系数模型的河岸带流热耦合模型的准确性与适用性,并利用所建模型模拟洪水过程对河岸潜流带温度场与渗流速度的影响。结果表明:基于Johansen模型的河岸带流热耦合模型温度场模拟值各评价指标均低于其他模型,模拟效果最佳;潜流交换通量模拟结果与Hatch振幅法计算结果数量级大小一致,变化规律基本吻合;综合来看,基于Johansen模型的河岸带流热耦合模型在研究河岸潜流带潜流交换过程时效果最好;洪水过程对河岸潜流带温度场与渗流速度的影响存在明显的滞后性;退洪过程对浅层温度变化的影响大于涨洪过程,深层温度变化对涨洪、退洪过程的响应则相反;洪水对地下水流速变化的影响则是涨洪过程大于退洪过程。
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