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Gleeble 3500热模拟试验机在本科生教学实验中的应用特色与创新热模拟试验机是一个材料热机械加工性能分析系统, 具有急(慢)速升温降温、急(慢)速拉压变形、同时记录温度、力、应力、应变等参数变化曲线，可对金属材料的冶炼、铸造、锻压、成形、热处理及焊接工艺等各个制备阶段的工艺与材料性能的变化之间的关系进行精确的模拟。
利用该设备既可进行单一性能测试，又可进行多种综合性、设计性、创新性实验。
据了解，目前国内在本科生中利用热模拟试验机开设实验的高校只有清华大学，采用的设备型号为Gleeble1500，本实验采用的型号为Gleeble 3500，功能更丰富。
由于本实验室在为各科题组研究服务工作中已积累了大量经验，结合科研项目能设计出具有交大特色的实验方案，可为学生进行综合性、设计性、创新性实验提供技术支持。
特色实验一金属材料高温强度的测定特色实验二钢连续冷却转变图（CCT曲线）的测定特色实验一金属材料高温强度的测定一．实验目的(1)了解典型金属材料的高温强度与塑性及其随温度的变化规律。
(2)掌握用材料加工物理模拟设备即动态热-力学模拟试验机Gleeble3500测定材料抗拉强度、屈服强度和塑性的原理。
(3)掌握Gleeble 3500试验机的简单操作与编程．并了解其一般应用。
(5)测定不同钢种如20、45、40Cr和1Crl8Ni9不锈钢的拉伸强度及其塑性随温度的变化井进行比较；测定并分析变形速度对强度的影响规律。
二．概述材料的力学性能在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用。
例如，数值模拟研究必须以力学性能为依据；负载结构的设计和材料加工艺方案(如焊接、锻压、热处理、表面改性等工艺)的制定必须以力学性能为基础等等。
温度对材料的力学性能功能影响很大。
高温强度和塑性是材料高温使用和热加工时需要考虑的重要力学性能指标，了解其测试方法及其随温度的变化规律，是对高温结构材料进行科学研究和应用的基础。
本次实验主要研究金属材料高温短时拉伸的力学性能。
热物理过程数值模拟热物理过程的数值模拟是一种重要的研究方法，可以通过计算机模拟的方式对热传导、热辐射、热扩散等过程进行分析和预测。
它在材料科学、能源工程、气象学等领域有着广泛的应用。
本文将讨论热物理过程数值模拟的原理和方法，并通过实例说明其在热传导和热辐射过程中的应用。
首先，我们来介绍一下热物理过程数值模拟的基本原理。
热物理过程的数值模拟是通过建立数学模型，利用数值方法对热传导、热辐射等过程进行求解。
这些数学模型基于热物理学的基本原理和方程，通过离散化和数值逼近的方法将连续的物理过程转化为离散的数学问题。
然后，通过计算机进行数值计算，得到物理过程的数值解，从而了解其变化规律和特性。
对于热传导过程的数值模拟，我们以传热器的热传导问题为例进行说明。
传热器是一种用于将热能从一种介质传递到另一种介质的设备，其热传导过程可以通过热传导方程描述。
热传导方程是一个二阶偏微分方程，可以通过数值方法进行求解。
一种常用的数值方法是有限差分法，它将空间和时间离散化，将偏微分方程转化为代数方程。
通过迭代求解代数方程，得到热传导过程的数值解，从而得到传热器的温度分布和热传导速率。
对于热辐射过程的数值模拟，我们以太阳辐射对地球的传输问题为例进行说明。
太阳辐射是地球能量平衡中重要的组成部分，其传输过程可以通过辐射传输方程描述。
辐射传输方程是一个积分方程，可以通过数值方法进行求解。
一种常用的数值方法是辐射传输模型，它将大气层划分为多个离散层，将积分方程转化为代数方程组。
通过迭代求解代数方程组，得到太阳辐射在大气层的传输过程，从而得到地球的日辐射量和夜间辐射量。
总的来说，热物理过程的数值模拟是一种重要的研究方法，可以通过计算机模拟的方式对热传导、热辐射等过程进行分析和预测。
它在材料科学、能源工程、气象学等领域有着广泛的应用。
通过建立数学模型和使用数值方法，可以得到热物理过程的数值解，从而了解其变化规律和特性。
因此，热物理过程的数值模拟对于推动科学研究和解决实际问题有着重要的意义。
多物理场模拟仿真第一部分多物理场概述 (2)第二部分仿真模拟技术发展 (3)第三部分数值求解方法介绍 (6)第四部分计算流体力学应用 (8)第五部分热传导与温度调控 (11)第六部分电磁场模拟与优化 (13)第七部分光学现象与仿真应用 (15)第八部分多物理场耦合问题研究 (17)第一部分多物理场概述括对流、热传导、电磁学、力学等多个物理学科的交叉，要求研究人员具备丰富的知识和技能。
在过去的几十年中，随着计算机技术的飞速发展和数值方法的不断创新，多物理场模拟仿真技术得到了广泛应用。
例如，在航空航天领域，需要模拟气动弹性、传热、结构强度等多种物理现象。
在能源方面，需要模拟温度、压力、化学反应等物理参数，以提高能源转换效率和减少污染排放。
此外，在生物医学、环境科学等领域也都需要进行多物理场模拟仿真来提高研究水平。
然而，多物理场模拟仿真的实现并不容易。
它涉及到多种不同的物理现象，需要精确描述每个物理场的相关方程，还需要处理不同时间尺度、空间尺度和物理单元之间的复杂相互作用。
因此，多物理场模拟仿真需要强大的计算能力和先进的算法支持。
为了解决这些问题，研究人员开发了各种多物理场模拟仿真方法。
其中最常用的方法是有限元法，该方法通过将连续体离散化为网格节点，并利用插值函数将物理量从节点扩展到整个区域，从而求解偏微分方程。
此外，还有有限差分法、边界元法、谱元法等多种方法可供选择。
尽管已经取得了一些进展，但多物理场模拟仿真仍然是一个充满挑战的领域。
随着物理问题的复杂性和计算能力的不断提高，新的方法和算法仍需不断研发，以满足日益增长的需求。
第二部分仿真模拟技术发展仿真模拟技术是一种通过计算机模拟真实世界中的物理现象和过程的技术，在科研、工程设计和教学等领域具有广泛的应用。
随着计算能力的提高和数值方法的发展，仿真模拟技术不断进步，为人类社会的发展做出了巨大的贡献。
早在 20 世纪 40 年代，仿真模拟技术就已经开始萌芽。
工业炉窑热工性能模拟与优化分析工业炉窑是能源消耗较高的设备之一，热工性能的模拟与优化分析对于节能减排和资源利用效率的提高具有重要意义。
本文将从炉窑的热工特性、模拟方法、优化分析以及未来发展趋势等方面进行综述。
首先，炉窑的热工特性是研究和模拟的关键。
炉窑的热工特性包括物质传热、能量转化、燃烧特性等。
物质传热是炉窑内部传热的基本方式，主要包括对流传热、辐射传热和传导传热。
能量转化是指炉窑内部燃料的燃烧释放的能量被转化为物体的热量。
燃烧特性是指燃料在炉窑内燃烧过程中产生的燃烧温度、燃料消耗等指标。
热工特性的准确模拟与分析可以为炉窑的优化设计和运行提供重要依据。
其次，炉窑的热工性能模拟方法主要包括传统的解析模型和基于计算机的数值模拟方法。
传统的解析模型主要基于物理原理和经验公式，针对不同类型的炉窑，可以建立相应的数学模型来预测热工性能。
这种方法具有计算速度快、模型简单易懂的优点，但对炉窑内部复杂的传热和燃烧过程难以准确描述。
相比之下，基于计算机的数值模拟方法则更加准确和全面。
数值模拟方法基于流体力学和燃烧动力学原理，通过将炉窑划分为离散的区域，建立方程组并进行求解，可以得到炉窑内部温度、流场和燃烧产物等详细信息。
数值模拟方法对于复杂炉窑的模拟和优化具有重要意义。
针对工业炉窑的热工性能模拟与优化分析，研究人员提出了一系列方法和技术。
一方面，可以通过改变炉窑结构和燃烧控制参数，优化炉窑内部的流场和温度分布，以提高热效率和降低能量消耗。
例如，通过调整炉窑内部的风口位置和形状，优化燃烧空气的分布和速度，可以改善燃烧效果和减少烟气排放。
另一方面，可以通过改变燃料类型和热处理工艺，优化炉窑内部的燃烧过程，以提高产品质量和减少能源消耗。
例如，通过采用高效节能的燃烧器和燃烧过程控制技术，可以提高燃烧效率和产品的一致性。
此外，炉窑热工性能模拟与优化分析在实际应用中还存在一些挑战和难点。
首先，复杂炉窑内部的物理过程具有非线性和多尺度的特点，导致数值模拟计算量较大且耗时。
工程热物理学科发展研究报告一、工程热物理学科发展概述工程热物理学是一门研究能量以热的形式转化的规律及其应用的技术科学。
它研究各类热现象、热过程的内在规律，并用以指导工程实践。
工程热物理学有着自己的基本定律：热力学的第一定律和第二定律、Newton力学的定律、传热传质学的定律和化学动力学的定律。
作为一门技术科学学科，工程热物理学的研究既包含知识创新的内容，也有许多技术创新的内容，是一个完整的学科体系。
工程热物理学科是能源利用领域的主要基础学科，工程热物理学科的发展推动了能源科技的进步。
从人类利用能源和动力发展的历史看，古代人类几乎完全依靠可再生能源，人工或简单机械已经能够适应农耕社会的需要。
近代以来，蒸汽机的发明唤起了第一次工业革命，而能源基础，则是以煤为主的化石能源，从小规模的发电技术，到大电网，支撑了大工业生产相应的大规模能源使用。
石油、天然气在内燃机、柴油机中的广泛使用，奠定了现代交通基础，燃气轮机的技术进步使飞机突破声障，这些进一步适应了高度集中生产的需要。
但是化石能源过度使用，造成严重环境污染，而且化石能源资源终将枯竭，严重地威胁着人类的生存和发展，要求人类必须再一次主要地使用可再生能源。
这预示着人类必将再次步入可再生能源时代——一个与过去完全不同的、建立在当代高新技术基础上创新发展起来的崭新可再生能源时代。
面对这个时代的召唤，工程热物理学科的发展既要适应可再生能源分散的特点，又要能为大工业发展提供能源，需要构建分布与集中供能有机结合的新型能源系统。
在这个过程中，工程热物理学科面临新的机遇与挑战。
工程热物理学科的发展和能源科学技术进步对人类社会将产生重大影响，将会出现许多伟大的变革，包括能源科技的重大发展。
一些新的能源利用方式，如新型动力机械、新型发电技术、涌现的新能源等。
能源问题是社会与经济发展的一个长期制约因素，关系全局的主要能源问题有：能源需求增长迅速，供需矛盾尖锐；能源结构不合理，优质能源短缺；效率低下，浪费惊人；环境影响更加严重，减排治污、保护生态刻不容缓；能源安全问题突出，全球战略势在必行等。
高温等离子体物理模拟与实验研究在整个宇宙中，只有物质存在于等离子态。
等离子体是一种高度激发的物质状态，其中原子和分子被离子化并且形成了带正电荷的离子和带负电荷的自由电子。
由于等离子体的重要性，理解其行为和性质至关重要，因为等离子体是星际空间和天体物理学中的许多过程的组成部分，例如恒星形成和爆炸、星系的形成和演化以及宇宙背景辐射。
为了理解和研究等离子体，科学家们已经开发了许多用于模拟和研究等离子体物理的工具和技术。
这些工具和技术包括计算机模拟、实验研究、诊断工具和仪器等，这些工具和技术可以帮助科学家们了解等离子体的性质和行为，以及用于研究和设计等离子体应用的新材料和设备。
计算机模拟计算机模拟是研究等离子体物理的一种主要方法。
由于等离子体的复杂性质，使用计算机模拟来研究等离子体物理现象是高度有效的。
计算机模拟可以通过计算等离子体的行为和性质使我们更好地了解等离子体的运动并预测它们在实验室和自然条件下的行为。
等离子体的计算机模拟可以使用不同的方法，在不同的空间和时间尺度上进行模拟。
比如，将等离子体视为连续介质，在比较小的空间和时间尺度下，模拟涡流现象或测量等离子体中的磁场强度。
在较大的空间和时间尺度下，可以使用粒子模拟技术，模拟等离子体中电子和离子的动力学行为，并探索等离子体动力学行为的复杂性。
计算机模拟还可以用于设计和优化等离子体设备，包括等离子体反应器，等离子体处理设备以及等离子体束设备。
通过模拟比较不同设计和材料的性能，科学家们可以预测等离子体的性质和表现，并进一步改进等离子体应用的性能和效率。
实验研究实验研究是了解等离子体物理行为的重要路线之一。
通过实验，研究人员可以直接测量等离子体的物理性质和行为，并了解等离子体在不同条件下的反应和表现。
实验室等离子体的研究主要分为两类：基础性和应用性。
基础性的实验研究旨在探索等离子体基本的物理行为，如等离子体的生成、相互作用、输运、磁流体力学等。
应用性实验研究的目的是探索可应用的实际问题，如等离子体动力学行为、等离子体反应器中的设置以及等离子体处理系统等等。
物理实验技术的虚拟实验平台建设近年来，随着科技的快速发展，虚拟现实技术已经成为了各个领域不可忽视的一部分。
在物理学领域中，虚拟实验平台的建设也成为了一个热门话题。
传统的物理实验需要有大量的实验设备和实验材料，以及有限的实验室资源，这给教学和研究带来了一定的限制。
而虚拟实验平台的出现，则可以通过数字技术来模拟真实实验的过程，为学生和研究人员提供更加方便、灵活的学习和研究环境。
虚拟实验平台的建设可以带来许多好处。
首先，它能够解决实验设备和材料的不足问题。
实验设备和材料的购置和维护都需要一定的经费和物资投入，而且有时候由于种种原因无法购买到所需要的设备和材料。
虚拟实验平台的建设则能够通过数字技术来模拟实验过程，使得学生和研究人员可以在虚拟环境中进行实验，免去了实验设备和材料的限制。
其次，虚拟实验平台还能够提供更加安全和环保的实验环境。
在传统的物理实验中，有些实验操作可能存在一定的危险性，例如高压电、放射性材料等。
而虚拟实验平台则可以通过数字技术来模拟这些危险操作，使得学生可以在安全的环境中进行实验。
同时，虚拟实验平台的建设还能够减少对实验材料的消耗，从而实现环境保护的目标。
而要建设一款优秀的虚拟实验平台，并不是一件容易的事情。
首先，需要有一定的技术支持。
虚拟实验平台需要使用到数字技术和虚拟现实技术，这就需要有一支专业的技术团队来进行开发和维护。
这个团队需要具备一定的计算机程序设计、图形学和虚拟现实技术的知识，以及对物理实验的了解。
其次，虚拟实验平台的建设还需要有一定的资金投入。
开发一款优秀的虚拟实验平台需要进行大量的研发和测试工作，这都需要一定的经费支持。
此外，平台的运行和维护也需要一定的资金投入。
另外，用户的使用体验也是虚拟实验平台关注的重点。
一款好的虚拟实验平台应该具备用户友好的界面设计和流畅的使用体验，使得学生和研究人员能够方便地进行实验操作和数据分析。
同时，平台还应该具备一定的交互功能，以便用户能够进行实时交流和讨论。
纳米流体传热CFD模拟仿真
一、引言
纳米流体传热是当前研究热点之一，由于其独特的传热特性和应用前景，受到了广泛关注。
计算流体动力学（CFD）模拟作为一种有效的研究手段，在纳米流体传热领域发挥着重要作用。
本文将介绍纳米流体传热CFD模拟的基本原理、方法、应用及未来发展方向。
二、纳米流体传热CFD模拟的基本原理
CFD模拟是一种基于计算机的数值模拟方法，通过建立流体流动和传热过程的数学模型，利用数值计算方法求解这些模型，从而获得流体的速度场、温度场等参数。
在纳米流体传热研究中，CFD模拟可以用来研究纳米流体的流动和传热特性，揭示其传热机制和规律。
三、纳米流体传热CFD模拟的方法
1.建立数学模型
在纳米流体传热CFD模拟中，首先需要建立描述流体流动和传热过程的数学模型。
这些模型通常包括连续性方程、动量方程、能量方程等。
对于纳米流体，还需要考虑颗粒的布朗运动等因素对传热过程的影响。
2.数值求解方法
建立数学模型后，需要采用适当的数值求解方法进行计算。
常用的数值求解方法包括有限差分法、有限元法、有限体积法等。
这些方法通过离散化方程，将连续的物理问题转化为离散的数学问题，然后利用计算机进行数值计算。
电力设备多物理场仿真技术及软件发展现状电力设备多物理场仿真技术是指利用计算机模拟和分析电力设备在多个物理场（例如电磁场、热场、电场等）中的性能和行为的技术。
随着计算机技术和软件工具的不断进步，电力设备多物理场仿真技术的发展也日益成熟。
在本文中，将讨论电力设备多物理场仿真技术的发展现状以及相关软件的发展。
首先，电力设备多物理场仿真技术的发展现状如下：1.电磁场仿真：电磁场仿真是电力设备仿真的核心技术之一、目前，常用的电磁场仿真方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
这些方法可以用于模拟电力设备中的电磁场分布、电磁场强度以及电磁感应等现象。
2.热场仿真：电力设备在工作过程中会产生大量的热量，热场仿真可以用来模拟电力设备的温度分布、热传导和热辐射等现象。
目前，热场仿真常用的方法包括有限元法、传热网络法和热平衡法等。
4.电场仿真：电场仿真用于分析电力设备中电荷的分布、电势分布以及电场强度等现象。
电场仿真对于评估电力设备的电气特性和电磁兼容性非常重要。
常用的电场仿真方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
以上是电力设备多物理场仿真技术的发展现状的简要介绍。
此外，随着计算机技术的不断进步，相关仿真软件也有了长足的发展。
以下是几个常用的电力设备多物理场仿真软件：1. COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是一款功能强大的多物理场仿真软件，支持电磁场、热场、流体力学等多个场仿真。
它具有模型建立简单、计算精度高的特点，被广泛应用于电力设备设计与分析领域。
2.ANSYS：ANSYS是一款知名的通用有限元分析软件，支持电磁场、热场、机械场等多个场仿真。
它具有丰富的功能和强大的计算能力，被广泛应用于电力设备仿真和优化。
3.PSCAD：PSCAD是一款电力系统仿真软件，主要用于电力设备的电气仿真和电磁暂态仿真。
它具有用户友好的界面和丰富的模型库，可以高效地进行电力设备的性能与稳定性分析。
动力工程及工程热物理引言动力工程及工程热物理是研究能量转换和能量利用的学科，它在许多行业中扮演着重要角色。
本文将介绍动力工程及工程热物理的基本概念、应用领域、研究方法以及未来发展方向。
基本概念动力工程是指能量转换和能量利用的工程领域。
它涉及到热力学、机械工程、流体力学等多个学科的知识，旨在实现能量的高效转换和利用。
工程热物理是动力工程的基础，研究热力学、热传导、传热、传质等热物理现象及其应用。
应用领域动力工程及工程热物理在许多行业中都有广泛的应用。
其中最典型的应用领域包括能源产业、交通运输、建筑和制造业。
在能源产业中，动力工程及工程热物理的应用尤为重要。
它涉及到煤炭、石油、天然气等能源的开发、转化和利用，包括化石能源的燃烧过程、核能的利用以及可再生能源的开发。
在交通运输领域，动力工程及工程热物理的应用主要体现在汽车和飞机等交通工具的设计与改进。
通过研究动力系统的效率和优化设计，可以提高交通工具的能源利用效率，减少能源消耗和排放。
在建筑领域，动力工程及工程热物理的应用主要集中在供热、供冷和空调系统的设计与优化。
通过合理调控能源的使用和热量的传递，可以提供舒适的室内环境，并降低能源消耗。
在制造业领域，动力工程及工程热物理的应用涉及到工业炉窑的设计与改进、工业废热的利用等。
通过改善工业过程中能源的利用效率，可以降低生产成本，提高经济效益。
研究方法动力工程及工程热物理的研究方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究是动力工程及工程热物理研究的重要手段。
通过设计实验装置，采集数据，并对实验数据进行分析，可以揭示能量转换和能量利用的规律，为系统的优化提供依据。
数值模拟是动力工程及工程热物理研究中另一种常用的方法。
通过建立数学模型，采用计算机进行模拟和计算，可以预测系统的性能，优化设计方案，提高能量利用效率。
不论是实验研究还是数值模拟，都需要依赖于专业的软件工具和设备。
例如，实验研究可能需要使用精密的测量仪器和实验设备，而数值模拟则需要使用计算机软件和数值计算方法。
工程热物理学科方向主要研究领域、特色与优势1.引言1.1 概述工程热物理学科是一门研究能量转移、传输和转换过程的学科，主要涉及热力学、传热学和燃烧学等方面的内容。
该学科的研究目的是为了提高能源利用效率、降低能源消耗和减少环境污染，从而实现可持续发展。
工程热物理学科方向的研究领域广泛多样，涵盖了许多重要的应用领域，如能源系统、环境保护、建筑节能、交通运输等。
在能源系统领域，工程热物理学科可以研究开发新的能源资源，设计高效能源转换设备，优化能源供应链等。
在环境保护领域，工程热物理学科可以研究减少燃烧过程中的污染物排放，开发清洁能源技术，改善大气和水质环境质量等。
在建筑节能领域，工程热物理学科可以研究建筑材料的隔热性能，设计高效节能的供暖和制冷系统，提高建筑能源利用效率等。
在交通运输领域，工程热物理学科可以研究发动机燃烧过程，优化车辆燃油消耗，减少尾气排放等。
工程热物理学科方向的主要特色在于其广泛的应用范围和综合性质。
研究对象涉及到能源系统、环境保护、建筑和交通运输等多个领域，具备较强的实用性和应用性。
此外，工程热物理学科还强调基础理论与工程实践相结合，注重理论研究与应用开发的融合。
工程热物理学科方向的优势在于其对能源问题和环境问题的研究具有重要意义。
随着全球能源需求的增长和环境问题的日益严重，工程热物理学科方向的研究成果对于实现可持续发展具有重要的理论和实践价值。
此外，工程热物理学科方向还具备较强的跨学科特性，与物理学、化学、材料学、机械工程等学科密切相关，可以借鉴和吸收其他学科的研究成果，进一步拓宽研究领域和深化研究方法。
总之，工程热物理学科方向主要研究领域广泛多样，兼具理论性和应用性，对于能源利用效率的提高、环境保护和可持续发展具有重要意义。
该学科的特色在于其广泛的应用范围和综合性质，优势在于对能源问题和环境问题的研究具有重要意义，并且具备较强的跨学科特性。
在未来的发展中，工程热物理学科方向将继续发挥重要作用，为人类社会的可持续发展做出更大贡献。
热力学与传热学的发展趋势和应用热力学和传热学是物理学的两个重要分支，它们分别研究热现象和热能的传递。
随着科技的发展，热力学和传热学的应用领域不断扩展，其发展也日趋成熟，本篇文章将从以下几个方面介绍热力学与传热学的发展趋势和应用。
一、热力学的发展趋势热力学是研究物质热现象和热能转换的学科，其发展历史可追溯到17世纪。
19世纪末，热力学的基本原理已经比较完备，此后，随着科技的发展和工程应用的需要，热力学的应用范围不断扩展。
现代热力学的发展重点是应用计算机和数值方法研究复杂系统的热力学特性及其优化。
近年来，热力学发展的研究重点主要集中在以下几个方向：1、纳米材料和热输运纳米技术的发展使得纳米材料的热输运特性成为关注的研究领域。
纳米材料的热传导特性与其微观结构和热力学特性密切相关，这一领域需要从热力学角度来探究纳米材料的热输运行为。
2、生物热力学生物热力学是研究生命体系中热能转换与产生的学科，可以帮助研究生物体内外的能量转换。
热力学在生物物理学中的应用可以促进医学和生物技术的发展。
3、能量转化与可持续能源热力学在重视可持续发展、环境保护的现代社会中显得越发重要。
在能源转化和利用领域，热力学可以发挥关键作用，以促进可持续能源的研发和应用。
二、传热学的发展趋势传热学是研究热能传递规律和传热现象的学科，其应用广泛，随着科技进步和工程应用的需要，传热学的发展也在不断深入。
传热学的研究重点主要集中在以下几个方向：1、新型传热器件的研制高效传热器件的研制是促进传热技术发展的重要方法之一。
目前，传热器件的研发主要集中在制备高热传导性材料和新型微纳米传热器件上。
2、传热规律的研究传热规律的研究是传热学发展的重要途径之一。
通过对传热规律的探索，可以为传热设备的优化设计和传热过程的控制提供参考。
3、传热问题的数值模拟传热学数值模拟是目前传热研究的一个重要手段。
数值模拟可以模拟不同情况下的传热过程，从而为传热设备的设计和传热问题的解决提供基础。
1。
1 计算流体力学的起源计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
他作为流体力学的一个分支产生于第二次世界大战前后，在20 世纪60年代左右逐渐形成了一门独立的学科【1】。
总的来说随着计算机技术及数值计算方法的发展，我们可以将其划分为三个阶段：第一,初始阶段（1965～1974)，这期间的主要研究内容是解决计算流体力学中的一些基本的理论问题,如模型方程（湍流、流变、传热、辐射、气体－颗粒作用、化学反应、燃烧等）、数值方法（差分格式、代数方程求解等)、网格划分、程序编写与实现等，并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较，以确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律。
同时为了解决工程上具有复杂几何区域内的流动问题，人们开始研究网格的变换问题,如Thompson, Thams和Mastin提出了采用微分方程来根据流动区域的形状生成适体坐标体系,从而使计算流体力学对不规则的几何流动区域有了较强的适应性，逐渐在CFD 中形成了专门的研究领域:“网格形成技术”。
第二，工业应用阶段(1975～1984年),随着数值预测、原理、方法的不断完善，关键的问题是如何得到工业界的认可，如何在工业设计中得到应用,因此，该阶段的主要研究内容是探讨CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。
同时，CFD技术开始向各种以流动为基础的工程问题方向发展，如气固、液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等。
但是,这些研究都需要建立在具有非常专业的研究队伍的基础上，软件没有互换性，自己开发，自己使用，新使用的人通常需要花相当大的精力去阅读前人开发的程序,理解程序设计意图,改进和使用。
1977年，Spalding等开发的用于预测二维边界层内的迁移现象的GENMIX程序公开，其后，他们首先意识到公开计算源程序很难保护自己的知识产权，因此，在1981年，组建的CHAM公司将包装后的计算软件（PHONNICS －凤凰）正式投放市场,开创了CFD商业软件的先河，但是，在当时，该软件使用起来比较困难，软件的推广并没有达到预期的效果。
热力学与化工过程中的模拟与仿真热力学和化工过程是现代工业的核心领域之一。
在化工生产中，热力学是非常重要的，可以决定反应的结果、材料的液相或气相，以及反应的前进方向或平衡控制。
因此，在化学反应过程中，热力学模拟和仿真技术成为了必不可少的工具。
本文将详细介绍热力学与化工过程中的模拟和仿真。
1、热力学的基本原理在化工过程中，热力学是与反应、物质传递等重要物理化学过程密切相关的，因此它的基本原理和理论比较重要。
根据热力学第一定律和第二定律，热力学将能量与熵联系起来。
理论上，这两个关系可以通过基本物理量，包括能量、温度、熵等来描述。
在热力学的模拟与仿真中，能量是一个非常重要的物理量，它以热量的形式储存在反应体系中，而熵则表示了体系的复杂程度，可以表示为混合物分子运动的不规律。
2、化学反应中的热力学在化学反应中，热力学扮演着非常重要的角色。
反应热、反应熵、反应自由能等物理量可以提供相应反应的基本信息。
重要的是，对于任何化学反应，反应热和反应自由能都与反应体系的温度、压力等条件有关。
因此，为了预测反应的热力学性质，需要通过模拟或计算反应过程的热力学特性。
3、热力学模拟与仿真技术计算机的普及和计算能力的提高使得热力学模拟和仿真技术有了快速发展的空间。
热力学模拟主要是基于热力学原理、物理化学原理和数学方法，通过一系列的计算、模拟和分析来描述化学反应过程中的热力学性质，通过仿真来模拟化学反应过程。
热力学模拟和仿真常用技术包括：分子动力学模拟、杂交非平衡热力学论、计算热力学等。
分子动力学模拟分子动力学模拟是一种通过计算机模拟来预测分子运动和相应反应的方法。
该技术使用牛顿运动第二定律来描述系统内部的相互作用力，通过计算分子间相遇、转化、分解和重新组合等的碰撞，以达到理解反应过程和预测其属性的目的。
杂交非平衡热力学论非平衡热力学是试图解释介于热力学和力学之间的物质行为的一种学科。
常见的热力学过程是平衡的，但是在现实生活中，热力学过程经常是非平衡的。
SYSWELD简介一：SYSWELD的发展历程SYSWELD的开发最初源于核工业领域的焊接工艺模拟，当时核工业需要揭示焊接工艺中的复杂物理现象，以便提前预测裂纹等重大危险。
在这种背景下，1980年，法国法码通公司和ESI公司共同开展了SYSWELD的开发工作。
由于热处理工艺中同样存在和焊接工艺相类似的多相物理现象，所以SYSWELD很快也被应用到热处理领域中并不断增强和完善。
随着应用的发展，SYSWELD逐渐扩大了其应用范围，并迅速被汽车工业、航空航天、国防和重型工业所采用。
1997年，SYSWELD正式加入ESI集团，法码通成为SYSWELD在法国最大的用户并继续承担软件的理论开发与工业验证工作。
二：SYSWELD的技术特点SYSWELD完全实现了机械、热传导和金属冶金的耦合计算，允许考虑晶相转变及同一时间晶相转变潜热和晶相组织对温度的影响。
在具体计算中，分两步进行，首先实现温度和晶相组织的计算，然后进行机械力的计算。
在机械力计算中，已经充分考虑了第一步计算的结果，如残余应力和应变的影响。
SYSWELD的电磁模型允许模拟点焊和感应加热，并可实现能量损失和热源加载的计算模拟。
SYSWELD扩散与析出模型可实现渗碳、渗氮、碳氮共渗模拟，先计算化学元素的扩散和沉积，然后再考虑对热和机械性能的影响。
SYSWELD的氢扩散模型能计算模拟氢的浓度，预测冷裂纹的严重危害。
数据导入SYSWELD的操作环境SYSWORLD也可直接建立几何模型和生成各种网格。
配合GEOMESH几何网格工具，SYSWELD可以直接读取UG, CATIA的数据和接受各种标准交换文件(STL, IGES, VDA,STEP, ACIS等)。
能与大部分CAE数据接口SYSWELD能兼容大部分CAE系统的数据模型，如NASTRAN，IDEAS，PAM-SYSTEM，HYPERMESH等。
工艺向导独有的向导技术是SYSWELD迅速工业化地成功秘诀。
物理模拟设备的发展综述摘要：物理模拟技术，作为材料成形工艺的简单实验，可以对复杂成形技术提供可靠的支持，在材料的加工领域里面有不可取代的作用。
早期使用橡皮泥，铅块，石蜡等塑性较好的材料来进行复杂成形过程的模拟，以提供合理的设计参数，这种方法浪费大，时间长，效率较低，随着计算机技术的发展，目前更多的模拟同在在电脑上进行，先在热物理模拟机上进行的简单的模拟，得到材料的性能参数，然后在电脑上利用专门的商业软件进行模拟，这样不仅花费小，开发周期短，而且可以使材料的数据得到最大的用途。
因此，热物理模拟设备的发展对物理模拟的进步有着举足轻重的作用。
关键词：物理模拟，热物理模拟机，Gleeble前言“物理模拟”是一个内涵十分丰富的广义概念，也是一种重要的科学方法和工程手段。
通常，“物理模拟”是指缩小或放大比例，或简化条件，或待用材料，用实验的模型来代替原型的研究。
对材料和热加工工艺来说，物理模拟通常指利用小试样，借助某种实验装置在线材料制备或热加工过程中受热火受力的物理过程，充分而准确的揭示材料或工件在制备和热加工过程中的组织和性能变化规律，用这些来评定或预测材料制备或加工过程中可能出现的问题，为制定合理的加工工艺和参数，以及研制新材料提供理论指导和技术支持。
物理实验可以分为以下两种，一种是在模拟过程中进行的实验，另一种是模拟完成后进行的实验。
以往我们在进行科学研究或者工件的生产过程，为评价工艺方案对材料性能或产品质量的影响，多采用实验的方法，这种简单直接的实验不仅仅要消耗大量的时间，材料和金钱，而且得到结果仅仅能够表示在该工艺下的结果，并不能对其他工艺有太多的指导意义，因此我们必须在实验工艺和方法上进行有一定的创新和改造。
近些年来，随着计算机技术和工程检测技术的迅速发展，物理模拟，数值模拟以及与模拟相关的专业软件都有了长足的进步，相关软件在材料科学和工程领域的运用都取得了非常好的效果，材料学科的研究开始从“经验”走向“科学”。
新模拟技术的应用使得人们不仅可以对变形过程有了更加直观的认识，对模具的设计参数好坏有了更加直观的评价，为工艺的制定和工艺参数的设计提供了更加可靠的依据，从而大大减少了新产品和新材料的开发周期和开发费用，降低了企业的成本，提高企业的竞争力。
热物理模拟技术的发展概况1.1美国热模拟实验机的发展1.1.1 Gleeble热模拟机的发展世界上最早在材料和热加工领域采用物理模拟技术的国家是美国。
1946年，美国纽约州伦塞勒工学院（即RPI）的Nippes教授和Savage博士根据第二次世界大战中美国制造舰艇的需要，为了研究熔焊规范对舰船用钢板热影响区缺口韧性的影响，将闪光电阻焊机的电气控制线路进行了改装，把“却贝”式样加持在夹头上，利用电阻加热发，成功再现了所有要求的焊接热循环，试样温度精度可控制在±20℃以内，这是世界上第一台利用电阻加热的高温延性装置，以后演变为著名的“Gleeble”实验机，并于1949年连续两次在国际上发表了两篇模拟焊接热影响区的文章。
在1950-1959年期间，他们完善和改进了抗干扰系统，并提高了测温和控温精度，最终制得了第一台较为满意的Gleeble-500型热模拟实验机，不仅可以进行热循环模拟，还可以模拟应力和应变循环，应用的范围开始扩大到锻造，轧制，铸造，热处理，凝固，相变等领域。
1979年以后，随着计算机控制技术的应用以及测量系统和机械装置的改进，不同功能的Gleeble热/力模拟实验装置不断研发，如Gleeble-1000，1500，2000，3200，3500，3800等，模拟的精度和应用水平得到了迅速的提高。
随着计算机技术的发展，数字控制大规模地运用在Gleeble，在之后一系列机型中，添加了Gleeble-1500D，3200D等，这些热模拟机的智能化程度更高，控制精度更加精细，实验结果更符合实际情况，应用较为广泛。
1.1.2 Gleeble3800简介Gleeble3800热／力学模拟试验机是美国DSI公司的产品，在物理模拟领域具有广泛的应用。
利用该设备可研究成分与各工艺参数对组织和性能的影响，用于指导产品设计和实际生产工艺的制定，并有助于建立数学模型。
文章将介绍Gleeble3800热／力学模拟试验机的几个典型试验。
包括不同温度下的单／多道次压缩变形试验、高温热缩性试验、相转变点试验、零强／低力试验、熔化和凝固试验以及焊接HAZ模拟试验等。
这些试验可用来解决连铸(模铸)、焊接、轧钢(锻造、挤压等)、热处理和冷轧工艺中存在的一些问题。
Gleeble3800独创的电阻加热系统能以10000~C／s的速度加热试样，或保持不变的稳态温度。
高导热率的夹具使Gleeble3800具有高速冷却能力。
另外选配的淬火系统可以在试样表面达到10000oC／s的冷却速度。
热电偶为精确的控制试样温度提供反馈数据。
由于独特的高速加热方法，Gleeble系统比传统的熔炉加热快3～10倍。
Gleeble3800的机械系统是一个具有20吨静压力和10t静拉力的全集成液压伺服控制系统。
最快达到2000mm／s的移动速度，最大动载荷可达8t。
LVDT传感器、测力单元或非接触激光膨胀仪提供反馈数据，确保机械测试过程的精确性和重复性。
Gleeble3800系统的核心是Ⅲ型数字控制系统。
通过数字控制闭环热力学伺服系统，提供了所有控制热和机械测试所必须的信号。
Gleeble3800可以完全计算机操作，完全手动操作，或二者的任意结合，为材料测试提供最大的灵活性。
数字控制系统由基于视窗的工作站和控制台内的强有力的嵌入式处理器组成。
工作站为创建模拟程序、分析数据、编写报告和展示文件提供了一个灵活的工业标准和多任务图形用户界面。
嵌入式处理器执行测试和模拟程序，采集指定变量的数据。
这种设计使用户能充分利用工作站的强大处理能力，即使在测试或模拟中依然可以创建新的程序和分析数据。
Gleeble3800系统有一套方便的工具软件----QuikSim软件，以命令和持续时间的方式描述测试序列的每一动作。
QuikSim软件允许用户为热和机械系统编制任意工作轨迹。
为编制更精细的测试程序，还有形变控制软件和Gleeble脚本语言可以选用。
1.2苏联，日本等其他国家的热模拟实验机的发展前苏联和日本从上个世纪50年代开始了热物理模拟技术的研究以及实验装置的研发工作。
50年代中期，前苏联的 A.A.鲍依柯夫冶金研究所研制成功了ИMET-1型热模拟实验机，采用直接给试样家电，依靠自身电阻加热。
利用这些设备，他们曾研究了焊接CCT图。
该装置设有电磁式瞬间加载装置，可完成高温塑性，强度试验，其后又采用自动程序控制，改装成了具有应力应变模拟功能的复合型热/力模拟设备。
其后研制的ИMET-2型用于研究金属在焊接结晶过程中的变形抗力和热裂纹敏感性，ИMET-4型用于研究延迟破坏的冷裂纹敏感性，ИMET-6型小型快速膨胀仪。
随着前苏联的解体，俄罗斯的热模拟设备研究开始没落，目前仅有在乌克兰的巴东电焊研究所仍然在热模拟实验装置上进行开发。
与美国和前苏联不同的是，日本在加热方式上选择高频电感应加热方式。
日本在加热方式上采用在试样周围套上感应圈，利用试样中产生的感应电流的热效应完成加热。
日本较为先进的热模拟实验设备的典型代表为Thermorestor-Z型高温变形热模拟实验机以及Thermorestor-W焊接热应力应变装置。
此外，日本富士电波工机株式会社还研制了全自动变态记录测定仪Formastor-F和Formastor-Press，其中Formastor-Press主要应用于压力加工工艺的模拟。
英国在弹塑性断裂力学COD实验方法标准化之后，其热模拟实验机设备具有功率大的特点，如英国中央发电局（CEGB）的容量为200KVA电阻加热式，加载能力为10t的液压拉神模拟机是70年代世界上功率最大的设备之一。
法国是世界上在热模拟试验机商采用电子计算机最早的国家，同时在模拟扭转的实验方面做有成效。
其他国家在上个世纪也在热模拟实验机上面做了大量的工作，仿制或研制了大量的设备。
热物理模拟为了保证模拟的精度，不仅需要在实验设备上进行一系列的改进，实验方法和测试技术的进步，同时还要求建立标准的模拟试样标准和模拟程序标准。
1.3国内热模拟实验机的发展中国是世界上开发应用物理模拟技术极有成效的国家之一，从上个世纪60年代初就开始了热物理模拟技术的研究，并研制了一批热物理模拟实验装备。
哈尔滨工业工业大学吧容量为75KVA的接触焊机进行改装，叫交流变压器多抽头变档来改变加热速率，用多对铂铑-铂热电偶测量与控制温度，并配以可调型拘束，他不但可以模拟焊接热循环，焊接热应变循环，在经过几次改进之后，该设备一直使用到1983年。
同时期，天津大学也将电阻焊机改装，并使用气动夹具加持工件，用八波示波器记录温度，用于模拟焊接热循环实验，冶金部钢铁研究总院用25kw对焊机变压器作为加热热源，研制了土伦水阻控制器试样加热速度，用储能点焊机将铂铑-铂热电偶焊接在试样上，用八波示波器记录热循环曲线，成功进行了热循环模拟实验，并应用于铁素体不锈钢可焊性研究上，并取得了良好的效果。
沈阳金属研究所研制的热模拟实验机吸收了苏联，捷克等国家模拟机的特点，在60年代国内自制的机型中性能算是较为先进的装置之一。
1963-1965年，冶金钢铁研究总院，北京冶金仪表厂和上海新业电工机械厂等单位，先后按照苏联图纸仿制了五台ИMET-1型热模拟实验机，并在1970年后对这些设备控制系统进行了改造。
特别是钢铁研究总院，在仿制ИMET-1基础上，综合了英美等国家热模拟设备的优点，改进并试制了HRJ-2型热模拟实验机，采用定点分段电子程序控制，并对试样水冷卡头也重新进行了设计，1979年通过冶金部鉴定。
1981年，哈尔滨焊接研究所研制成功了功率为200kW的的HRM-1型热模拟实验机，该设备利用光电函数发生器给定，电子程序控制。
1985-1987年，洛阳船舶材料研究所先后研制成功了CKR-2型DM-100型焊接热模拟机。
1996年，洛阳船舶材料研究所成功研制了DM-100A型热模拟实验机，相对于DM-100，加热精度及运行灵活性，可靠性都进一步增强。
随着近些年我国与国际的接轨，国外的先进热模拟机开始走进中国，主要以日本富士电波工机株式会社的Thermorestor系列和美国DSI公司的gleeble系列实验机为主。
结论：随着电子技术的进步，无力模拟实验机从最开始的简单粗糙笨重到现在小型精密，模拟机应用从单纯的焊接开始向塑性加工，热处理，铸造等方向发展和应用，结合最新的商业有限元软件，使得热物理模拟正在被大量的应用。
参考文献1.国家自然科学基金委员会.自然科学学科发展战略调查报告，机械制造学（热加工）.北京：科学出版社，19952.张文岳.金属熔焊原理及工艺（上册）.北京：机械工业出版社3.牛济泰.材料和热加工领域的物理模拟技术.北京：国防工业出版社。
