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卷积 2019 |文章标识 9705792 | https://doi.org/10.1155/2019/9705792

M.G.索巴莫 , ...磁场使用有限元素法下电阻冷藏精度最优设计和性能分析.. 优化杂志, 第五卷 2019 , 文章标识 9705792 , 19号 页码 , 2019 . https://doi.org/10.1155/2019/9705792

磁场使用有限元素法下电阻冷藏精度最优设计和性能分析

M.G.索巴莫一号

一号拉各斯大学机械工程系

学术编辑器:里为张
接收 2018年5月31日
接受 2019年1月15日
发布 2019年2月17日

抽象性

在这次研究中,用有限元法展示受磁场约束的对射冷冻翼最优设计维度和性能分析数字求解由精确分析求解使用Laplace变换线性模型验证对流对流鳍最佳性能和可变热传导性都用图形方式调查和显示最优维度并使用数值解析法分析脉冲、辐射和磁参数以及生物数对冷冻鳍热性能的影响从结果中可以确定,随着非线性热传导词的增加,鳍和热几何参数最优长度会增加深入分析还显示,生物数、对冲、辐射和磁参数提高后,从翅传热率提高并进而提高翅效率外加热传导模式热稳定值效果确定确定为了确保稳定并避免Galerkin有限元素法的求解数值扩散,热几何参数不得超过不同多波传热模式的某些值期望本研究将加深对各种因素和翼设计因素下固鳍热响应的理解

开工导 言

高性能热设备持续生产,因为热系统需求不断增加,需要开发增强热传输设备,以有效性能和热管理设备。过热还导致热系统热源失效,这就需要使用鳍增强热量扩展面应用热系统、电子和微电子组件、高功半导体设备、高功率激光器、发光二极管、计算机冷却、敏感设备等吸引各种研究兴趣热分析扩展面需要开发各种操作条件热模型各种研究者使用不同的分析法(精度和近似值)和数值法分析不同条件下扩展面热性能虽说采用了不同的精确分析法2-8s基础常热特性假设可理解的是,统一或恒定热传系数理想化是不现实的这是因为在实践上 传热系数的值 远大于端比基热属性依赖温度传热系数随温度变化常受权法约束此外,鱼翅热传导性也依赖温度遇此情况 微分方程调节翅热响应 完全非线性开发精确分析非线性模型非常困难因此,过去的一些研究开发出近似分析求解法,即使用不同近似分析法对鳍进行热分析的数组求解法九九-28码..尽管如此,串行求解涉及多词性实践上,如此大表达式不方便设计师和工程师使用多年来应用各种数值法热分析各种扩展面29-44号..

应当指出,上述研究大都基于对鳍稳定状态分析卷鳍瞬时响应在各种工程设备、汽车和工业部门中都很重要。精确瞬态分析可深入了解鱼翅设计,这些鱼翅在稳态运算中失效,但足以满足理想运算周期因此,对扩展面瞬时分析进行了调查[45码-66号..但它们建立时假设带隔热小技巧的鳍上题条件效果分析67号-72基建稳定标注热传输

确定翼最优维度一直是研究延展面有效性能和应用的核心焦点之一因此,过去的一些研究侧重于确定在不同条件下作业的鳍的最佳维度和性能优化研究Hrymak73号综合分析优化扩展热传输面Sonn和Bar-Cohen74号分析最优圆柱形针Rateross和Imre75研究最小质对角可变热传系数发件人76并调查圆鳍最优维度 可变热参数Pitchumani和Shenoy77号提交统一方法确定各种几何冷冻翼最优形状布尔加瓦和杜芬78号应用非线性法Wilkins冷却翼优化威尔金斯79确定薄鳍最小质量,这些薄鳍仅通过辐射转移热量至绝对零时环形雷泽洛斯80调查内热生成线最优维度元旦81探索单维直翅最小权Laor和Kalman82研究性能和最优维度 不同的冷冻翼与依赖温度传热系数磁场和散热传输对稳定状态下扩展面的影响一号,83号-86..Ma等[87光谱共定位法用于瞬时热分析移动板中传热并发热性能和热生成另一项工作用光子元法辅助Ma et al[88研究导电电传热传热异常多孔Chen等[89最小平面合用法检验移动多孔板块的非线性热转移

过去的研究基于对稳态鱼翅最优分析据作者所知,开放文献中未研究瞬时分析热转移和对流对流冷冻带对流小技巧使用有限元素法磁场影响下对流小技巧最优设计分析因此,在本研究中,用有限元素法确定最优维度并研究对流对流侧射并分析磁场影响下的瞬态热行为数值解法用于调查温度测参数和非线性热传导性并调查对流、辐射、磁和对流端参数对冷冻翼瞬态热性能的影响外加效应热传导模式热稳定值

二叉问题配方

考虑直角L和厚度 双面温度接触对流辐射环境 并接受图中显示的统一磁场一号.为了开发指导热行为数学模型,拟作下列假设:i)鳍材料同质异向并有恒定物理特性二)周围介质和磁场的热特性随温度变化,视功率定律而定三)周围流体温度和鱼翅底温均匀四)翅内温度变异为一维这是因为鳍厚度比高度小, 温度梯度对表面可能忽略第五大类通向侧端的热损耗可忽略不计委 员 会鱼翅底部与素面交接时没有接触阻抗卷鳍特殊热容量不变七)鱼翅内没有热源或内部热生成


图1
(a) 长鳍表受磁场约束 一号..计算域法[ 一号..

从基于上述假设的能源平衡分析中,热能平衡可表示为 去哪儿J大全表示电流强度 扩展并简化以上方程后使用事实 ,接二连三一号裁员 傅里叶定律传热 鱼翅传热速率由 辐射热传输速率表示 发件人4)和(b)5表示总热传输速率取自 if one代用品6插进3............ 进一步简化7提供管式微分方程 初始边界条件 或可忽略速率传热 应当指出 替换后11插进8) 如果在热流期间鳍物内存在小温度差,T术语4可表示为温度线性函数 并使用Rosseland近似表示非线性衍生词12)as if one代用品13)和(b)14插进12),我们到达 去哪儿 对大多数工业应用而言,传热系数可定为权法3,20码时速推算 并 常量常量常量 介于-6.6和5然而,在最实用应用中,它介于-3和3之间[20码..电温依赖热流和磁场定义为 扩展相同的电温依赖关系 与翼传和磁场 出名词 热传系数表示laminar胶卷滚动或凝结公元前+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++公元前=1/4扰动自然对流公元前=1/3核热公元前=2和辐射时公元前=3公元前=0表示恒定热传系数

替代17--19号提供

3级有限元素分析法

很难开发非线性方程精确解析法15或20码)Galerkin有限元素法用于解决非线性方程Galerkin有限元素法使用方程形状/插值并整合控制量域五 单维问题依赖变量仅沿x轴变化,边界积分转成边界点值,可替换dv通过A级Crdx内21号)来 均匀跨区对流 方程分解23号弱化非线性微分方程

遵循常用有限元素程序分析23号提供 方程分解24码)可写形式 去哪儿 并 形状函数矩阵 向量未知温度 使用图中显示的三节点元素2上位运抵 后替换32码--34号), we arrived at


图2
三节元素
3.1.时间分解使用有限元素法

上方方程泛表示单维问题单线性元素不论边界条件如何,所有条件都包括在内方程分解25码半分解,因为它只在空间分解差分运算符仍然包含时间依赖术语并必须分解我们现在需要一种方法 分解瞬态方程下小节提供瞬态术语分解的细节内25码温度分解时间域2.

图使用3, 照前类似程序,我们可以从线性形状函数中推导出 时间衍生温度写成 替代式36号)和(b)37号插进25码并应用加权剩余原理(Galerkin法),我们获取时段 , 扩展后 替代式37号插进40码) 并发后41号............ 后评价40码时段获取特征方程....原封 上方方程包含温度值第nth并N级+1线程层次上边界条件和温度依赖参数嵌入计算机程序解析微分方程系统分维方程可生成计算机程序,物理量处理则简化应当指出热性能从节点温度开始每分步直接评价消除时序内对依赖温度参数评价的任何迭代


图3
时间分解 N级数位 一和) N级+1 j大全时间层次

元素方程/矩阵导出前方程显示应当指出,全域划分成50行元素集组装所有元素方程/矩阵、全局矩阵或方程系统应用边界条件后,生成方程系统用数值解析数值解决方案并发标准与误差估计 去哪儿 泛依赖变量 并 数迭代

应当指出,当稳定状态实现时 或 .

4级优化纵向芬

鳍权重和物料成本是大多数鳍应用中初级设计考虑因此,极宜获取最优设计鱼翅信息

fin优化可实现方式有:最大限度地减少量(重量)任何所需热消散或最大限度地增加量的热消散73号-76..后一种方法在这项工作中采用

常量角定义为V= 华府.因此,我们可以写单体积散热 无维形式45码提供为 方程分解46号可写为 去哪儿 最大散热值发生于最优翅特征实现时鳍维度表示单位积最优翼配置体积常量优化程序还用于修复剖面图区域 先表达式 函数热几何参数M(或角长b)并查找M最优值73号-76哪里 .

5级开发算法验证算法

常热流和磁场的常热性,我们有一个线性方程表 应当指出,(b)49号可分析解析Laplace变换使用很容易显示方程精确解析法基于初始条件和边界条件九九提供为 隔热小技巧 去哪儿 正根特征方程 应当指出,当稳定状态实现时 .

稳态鱼翅对流小技巧可写成 至于带隔热小技巧的鳍 为了方便后续分析,应当指出, "b/替换为L级中解析法

表2一号显示模拟时使用的热几何参数
S/N 参数 参数值
一号 Fin厚度 ) 0.005米
2 金融长度(L) 0.10米
3 专用热量 0.048kJ/kg°C
4 密度料华府) 7800k/m3
5 热传导性 12W/m
6 热转移系数 ) 20W/m2度C级
7 电气传导性 ) 5x107s/m
8 磁场强度 ) 5华府T级
九九 轴速u 2.5m/s
10 Power-index系统p=q=r 0.175
11 芬基温度 ) 200摄氏度
12 初始温度 ) 200摄氏度
13 环境温度 ) 30摄氏
14 时间步数 ) 10秒
表1
热几何参数模拟

6级结果与讨论

计算域计算数字求解并实现结果的必要汇合并达理想精度使用数值解析法进行参数研究同时,为了定义以假设隔热端和对流端分析结果的有效性,将调查翅端条件对瞬态热响应的影响讨论结果通过图解显示4-16和表2证明本分析的适用性
x(m) 精确分析法 有限元素法 错误 出错百分比
万元 20万 20万 万元 万元
020 148.133 148.184 0.051 0.034
040 113.895 114.031 0.136 0.119
0.060 92.169 92339 0.170 0.184
0.080 79.725 799 0.187 0.235
0.100 74.710 74.880 0.170 0.228
表2
比较结果

图4
非线性热传导和热测参数对无维热传输的影响 .

图5
非线性热传导参数对最优热几何参数的影响

图6
多倍参数对最优热传输率的影响

图7
多波参数对最优翼维

图8
比较结果

图9
Fin温度剖面在不同位置

图10
Fin温度剖面在不同位置(隔热小技巧)。

图11
多波参数对翅温度分布的影响

图12
Fin温度剖面在不同时间(对流小技巧)

图13
Fin温度剖面在不同时间(隔热小技巧)

图14
生物数对翅温度剖面效果

图15
生物数对翅温度剖面效果

图16
热传系数对翅温度剖面

为了验证当前数值法的精度,数值结果与线性方程精确分析法所得结果比较(表)。2)从图中推断出FEM结果和分析结果之间有极佳协议,证明FEM代码有效验证增强对本研究数值结果的信心此外,据观察,在同一领域通过提高多元近似度或元素节点数,可以少用DOF实现期望精度

表22显示通过精确分析和有限元素法获取结果的比较导向对角常量热物理特性可忽略不计辐射和磁场效果精确分析分解法和有限分解法间找到极佳协议数值解决方案平均百分数误差为0.33%

图4显示非维热传输 单位翅体积随M从1到2不等 非线性热传导条件规定值辰族下指定剖面 ;热转移先上升后下降 角长度增长从图中显示最优鳍长度 非线性热传导词增加辰族增量显示M最优值 基于非线性术语值因此,从分析中确定对流鳍最优维度可变热传导性,并确定最优M值和最优M值相对值辰族图中显示5.

图6描述多倍参数对最优传热率的影响图中通过最小化所需散热量优化翅7显示多倍参数对最优鳍维从图中显示,最佳热传输速率和角长度随倍增热传输模式参数而提高,而最优角宽则随多重热传输模式参数而下降。

图8显示分析解法和有限元素法结果比较图解九九并10描述温度时间历史四点(0.025米、0.050m、0.075m和0.100m)并用对流和隔热小技巧图11显示温度剖面图不同热传输模式12并13显示阵形温度剖面四点温度下降初始速率减慢后减慢后最终趋向常值显示接近稳定状态边际或略高温度差指对流和隔热小技巧间的通知温度差随翅长增热短期内转移而可见从数字和前文讨论可推断出,短鳍长时转热时,可假设端端有异性/侮辱性条件,不出现任何重大精度损失

确定单维传热分析标准和差错是角基厚比生物数小得多(精确性说来,生物数小得多)Bi < 0.1)为此目的,在内部进行了单维分析并模拟0 .在本案中,误差判断取速率从转至环流小于1%68号,69..生物数大于0.1时(Bi > 0.1),建议二维剖面,因为单维剖面预测不可靠结果

图解14并15显示生物数(传导对流参数)对卷风温度分布的影响从图中可以看出,随着生物数的增加,通翅热传输率会提高,因为翅温度下降速度更快(越高反映高基热流率),图中描述的就是这种情况。

热传系数对翅内温度分布的影响见图16.显示温度剖面 各种热传系数 初相重合这是因为传热系数是叉面和环介质(T-T)温度差的因数/倍数∞)需要注意的是,尽管传热系数增加,当我们从翅基移到翅尖时,鳍表面和周围温度差下降

应当指出,对带热移位系数因权法而异的鳍而言,考虑侧端假设边界条件(即隔热条件)。如果小技巧不假设隔热,问题就会超定69..边界条件实现足够长的鳍并应指出,假设传热系数不变增益不正确

图17显示流出性对温度分布的影响温度下降 传感值增加这是因为鱼翅表面辐射增加释放热量,特别是离基距离增加时传热率随传出率提高散食转移如果底层温度低和鳍表面渗透性接近零则可能被忽略鳍表面的重要事物必须是容留性,因为高度容留性提供大量从鳍传热辐射三十九..图18号显示磁参数和哈特曼数对多孔鳍温度分布的影响图显示卷鳍诱磁场可提高通过卷鳍传热显示鱼翅磁场增加会提高从鱼翅传热速率并从而提高鱼翅效率图19号显示卷料热传导效果对卷料热响应从图中可以推断出,由铜材制子传输的热量比不锈钢和铝材制子传输的热量多。


图17
流出性对翅温度剖面

图18
磁参数对翅温度剖面

图19
热传导对翅温度剖面

图中显示热几何参数对翅温度剖面20码时图21号显示热几何参数的影响m=(hP/kA)0.5上热稳定翅确定值M级产生物理失常行为大值热几何参数显示温度参数值增长时温度偏向负值角显示热不稳定性,与假设相矛盾九九)假设数值解决问题后,人们认识到这些解决办法不仅物理不健全,而且指向热不稳定因此,为了使解决办法物理稳健,卷翅热几何参数 不可超出特定值 。扩展以确保稳定并避免Galerkin有限元素法求解数值扩散,热几何参数不得超过不同多波热传输模式的某些值


图20
温度几何参数对翅温度剖面

图21
多波参数对鳍热稳定性的影响

7结论

本项研究使用有限元法测定受磁场约束的对冲对冲冷翅最优尺寸和性能数字求解经精确求解使用Laplace变换线性模型验证对流对流带变化热传导性最优维度进行了图形化调查和展示并使用数值解析法调查其他操作参数对翅热性能的影响研究确定生物数、对流性、辐射性参数和磁性参数的增加会提高翅传热速率并因此提高翅效率期望本研究将加深对各种因素和翼设计因素下固鳍热响应的理解

名词性

: 剖面区Fines
: 曲面面积
: 长翅
: 磁场强度
: 专用热量一号K级一号)
: 热转移系数2级K级一号)
: 温度移位系数基2级k一号)
: 当前全强度
: 列车电流强度
k: 卷料热传导性一号k一号)
: 基点卷料热传导性一号k一号)
K: 可渗透性一号)
L: 长度fin
M: 无维热几何参数
P: 近距离fin
: 热传输率W
Qf: 无尺寸最优鳍参数
: 宽度fin
t: 时间轴
T: 芬温
: 云温度K
: 温度底层fink
u: 流速
V: 音量fin3)
w: 宽度fin
x: 轴长度测量
希腊符号
ε: 分布式
: 电导性
σst: Stefan-Boltzmann常量 K级4)
华府: 密度流水3级)
辰族: 热导论参数
δ: 宽度finm
华府: 密度翅材料(kg/m3)

数据可用性

本研究使用的数据见公开文献

披露

撰文者声明,目前的研究没有得到具体资助,而作为提交人在尼日利亚拉各斯大学就业的一部分而完成的。

利益冲突

撰文者声明,此论文的发布不存在利益冲突问题。

感知感知

作者衷心感谢尼日利亚拉各斯大学为这项工作提供物质支持和良好环境

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