结构热试验中冷壁热流边界模拟方法研究

毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟专业年级2007级热能与动力工程专业学号姓名******** 杨郭指导教师刘巍评阅人刘庆君二零一一年六月中国南京任务书课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟课题类型：毕业论文任务书内容:1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文）2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。

2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。

其总流阻损失应在满足规定要求。

2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟；3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。

3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。

3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。

3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6.4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6.5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。

收稿日期:2005-01-13高增丽(1973～　),硕士;255049　山东省淄博市。

高温空气燃烧技术中炉膛内流场的冷态模拟及实验高增丽(山东理工大学材料学院)　邢桂菊(鞍山科技大学)摘　要　高温空气燃烧技术是一种新型燃烧技术,因为其成功实现了节能和低NO x 排放,已经越来越引起人们的重视。

本文着重介绍了回流对于高温空气燃烧中的高效热回收率、温度场均匀以及低NO x 排放所起的作用,并参考一加热炉对流场进行冷态模拟,对其结构进行优化,同时进行了相应的实验。

关键词　高温空气燃烧　回流　蓄热炉Numerical simulations of fluent f ield under normal condition and experiment in burner in high temperature air combustion technologyG ao Zengli(Shandong University of Technology Material Academy )Xing Guiju(Anshan University of Science and Technology )Abstract High temperature air combustion technology is a new combustion technology ,which has received much attention for its accom plishment not only in energy saving but also low nitric oxide e 2mission.The article mainly introduces that circumfluence makes contribution to high heat recovery rate and even temperature field and low NO x emission ,and simulates flowing field by using air under normal condition.Besides ,the article describes how to o ptimize construction of regenerator and the result was compared with corres ponding experiment.K eyw ords high temperature air combustion circumfluence regenerator1　前言高温空气燃烧技术源于蓄热燃烧技术,1856年法国WillamSiemens 兄弟发明了蓄热室,使炉膛内烟气和冷空气交替通过蓄热室,以获得1000～1200℃的高温,该技术1861年应用于大型的高温玻璃熔炼炉,1862年英国的British G as 公司和Hotwork 公司携手合作开发出蓄热燃烧器,此称为第一代蓄热燃烧技术。

收稿日期：2023-04-22基金项目：广西科技基地和人才专项基金（PD210209）作者简介：张进（1970-），男，天津人，高级工程师。

通讯作者：王许稳（1984-），男，河北保定人，副教授，博士，主要从事两相流动与传热等方面的研究。

基于流-热-固耦合的水冷壁应力场数值模拟研究张进1，赵旭1，王许稳2（1.华能集团辽宁分公司华能丹东电厂，辽宁东港118300；2.桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004）摘要：锅炉水冷壁向火侧内烟气与水冷壁管内饱和水之间的传热，使水冷壁管间、水冷壁管与鳍片间、水冷壁向火侧和背火侧间产生较大的热应力。

本文通过数值模拟获得垂直膜式水冷壁管屏在较高炉膛温度下的温度场和应力场分布，获悉了水冷壁管内压力及温度决定了水冷壁热应力的大小及分布，得知了水冷壁管与鳍片拉裂的原因是锅炉热负荷在短时间内的交替变化，其计算结果为水冷壁在发生热应力拉裂破坏条件下的改进及合理应对拉裂事故提供了方向。

关键词：水冷壁；热应力；数值模拟；流固耦合；水平烟道中图分类号：TK472文献标识码：A文章编号：1673-1603（2023）03-0024-05DOI ：10.13888/ki.jsie （ns ）.2023.03.005第19卷第3期2023年7月Vol.19No.3Jul.2023沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）为了与风力、光伏等新能源并网配合，火力发电在整个电网调频调峰中扮演着越来越重要的角色。

为了满足区域电网对电量的要求，大容量火力发电机组常常需要频繁且大范围地低负荷运行。

在大范围调峰过程中，锅炉的负荷可能大大偏离设计负荷，甚至低于设计负荷的20%。

如此大范围地调节负荷会使锅炉内烟气的温度场和流场发生剧烈的变化，导致炉膛水冷壁的温度产生交替波动［1-2］。

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言随着工程建设的不断发展，地下工程的建设越来越受到重视。

粉质黏土作为一种常见的土质类型，其单向冻结过程中的冷生构造行为具有重要的研究价值。

为了更深入地理解其冻土物理性质，探究单向冻结对土体内部构造及工程特性的影响，本文采用实验和数值模拟相结合的方式，对粉质黏土单向冻结的冷生构造进行深入探讨。

二、粉质黏土单向冻结实验方法及设计本文设计了一系列的实验方案，主要包括了样品制备、冻结过程及测试环节。

具体来说：（一）样品制备选用某一地区典型粉质黏土为研究对象，对土壤进行粒度分析，明确其组成特性。

同时，进行合理的配比，制备出满足实验要求的土壤样品。

（二）冻结过程在低温环境下，对土壤样品进行单向冻结，记录不同时间点的温度变化情况，观察土壤的冻结过程。

（三）测试环节在冻结过程中及结束后，对土壤样品进行物理性能测试，如压缩性、剪切强度等，了解其冻土的力学特性。

三、粉质黏土单向冻结冷生构造实验结果分析（一）温度变化分析根据实验数据，绘制出温度随时间变化的曲线图。

从图中可以看出，随着温度的降低，土壤的冻结速度逐渐加快，当温度达到某一临界值时，土壤开始出现明显的冻结现象。

（二）物理性能分析在分析物理性能时，我们发现在单向冻结过程中，粉质黏土的压缩性、剪切强度等力学特性均有所变化。

具体来说，随着温度的降低和冻结时间的延长，粉质黏土的力学性能逐渐增强。

同时，我们还发现冻土的内部构造也发生了明显的变化，形成了独特的冷生构造。

四、数值模拟研究为了更深入地理解粉质黏土单向冻结过程中的冷生构造行为，本文还采用了数值模拟的方法进行研究。

具体来说：（一）模型建立根据实验数据和实际情况，建立合理的数值模型。

模型中考虑了土壤的物理性质、热传导过程及力学特性等因素。

（二）模拟过程及结果分析通过数值模拟软件对模型进行求解，得出不同时间点的温度分布、应力分布及土体变形等情况。

从模拟结果中可以看出，随着温度的降低和冻结时间的延长，粉质黏土的内部构造逐渐发生变化，形成了与实际实验结果相符的冷生构造。

纳米尺度热输运机制与结构化热界面一、引言随着科技的发展和纳米材料的应用，研究纳米尺度下的热输运机制和热界面结构化变得越来越重要。

在纳米材料的应用中，热传导特性是一个关键问题，而热界面的设计与优化则是提高热传导效率的关键。

本文将介绍纳米尺度热输运机制和结构化热界面的研究现状和进展。

二、纳米尺度热输运机制随着纳米材料的制备和应用，纳米尺度下的热输运机制成为研究的热点之一。

纳米尺度下的热传导与宏观材料存在显著差异，主要表现在以下几个方面：尺寸效应1.：当材料尺寸缩小到纳米尺度时，晶格边界和界面对热传导的贡献变得显著，尺寸效应会导致热导率的减弱。

散射效应 2.：纳米尺度下的热传导主要通过晶格振动传递，晶格缺陷、杂质等可以引起散射，进而减弱热导率。

界面效应3.：纳米尺度下的热传导受到界面的影响，热界面的结构和性质对热传导的影响巨大。

为了深入了解纳米尺度热输运机制，研究者们采用了多种方法，包括分子动力学模拟、纳米加热-红外显微热像技术等。

三、纳米尺度热界面结构化的意义在纳米材料的应用中，热界面的设计与优化对提高热传导效率起到关键作用。

通过结构化热界面，可以实现以下效果：增强界面接触1.：纳米尺度下，界面的接触面积有限，通过结构化热界面，可以增加有效接触面积，提高热传导效率。

优化界面能量传递2.：通过设计和调控热界面的结构，可以优化热能在界面的传递过程，减小界面热阻，提高热传导效率。

调控纳米材料性质3.：热界面的结构化还可以调控纳米材料的性质，如对材料的机械性能、电性能等产生影响，从而使得纳米材料在具体应用中发挥更好的效果。

纳米尺度热界面的结构化研究涉及到多个领域，如材料科学、纳米技术、表面科学等。

四、结构化热界面的研究进展为了实现高效的热界面结构化，研究者们进行了大量的实验和理论研究，取得了一系列进展。

1.热界面涂层通过在纳米材料表面进行涂层处理，可以实现热界面的结构化。

研究者们利用纳米材料的特殊性质，设计了各种纳米结构的涂层，如纳米颗粒、纳米线等。

生物质热风炉换热器传热数值模拟及优化摘要：在试验和测量的基础上，运用Catia对某生物质热风炉的换热器进行三维建模，运用Workbench中的Mesh模块对其进行网格划分，运用Fluent对热风炉换热器中空气流场和烟气流场进行数值模拟，得到空气和烟气的温度场、速度场等数据，并对计算结果进行分析讨论，提出改进措施，通过试验证明了数值模拟的准确性。

生物质热风炉作为一种节能、环保的加热取暖装置，已经得到越来越多的应用，可以在冬天用作取暖设备，也可以为粮食作物等烘干提供热源，还可以为温室大棚保温等。

生物质热风炉主要包括鼓风机、燃烧装置、换热器等，其中换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的装置，生物质热风炉的经济性、可靠性及使用性很大程度上受到换热器结构的影响。

由于换热器结构的复杂性，影响换热效率的因素众多，若仅仅依靠试验来优化换热器的结构以最大限度地提高其换热效率，那将是一个及其繁琐且冗长的过程。

随着计算机技术的发展和计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)知识的不断完善，CFD软件的计算速度、稳定性、精确性已经达到了可以信赖的程度。

因此，对某生物质热风炉进行CFD分析，得出内部气流的温度场、速度场，然后对其进行评价、优化以提高换热效率，最后通过试验验证结构的合理性。

1仿真模型1.1物理模型的建立该热风炉的换热器为间壁式换热器，温度不同的两种流体在被非隔热壁面分开的空间中流动，通过壁面传热和流体在导热壁表面对流，实现两种流体之间的换热。

换热器一般有管壳式和套管式两类，这里模拟的是管壳式换热器。

物理模型是进行后续模拟的实体基础，合理的物理模型能够为后续网格划分及分析计算省去很多不必要的麻烦。

在三维软件Catia中建立的换热器物理模型如图1所示，换热器主要参数如表1所示。

换热器的下方即为燃烧室，秸秆等生物质燃料在其下方燃烧，产生烟气伴随着大量热量流进换热管(管程流体)，换热器上方(即烟气出口)装有引风机使生物质燃料烧得更旺，产生更多的热量。

第43卷第6期STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING V ol.43,No.6 地面结构热试验自然对流换热数值研究王伟何振威黄敏胡由宏王智勇刘永清（北京强度环境研究所，北京100076）摘要：基于ANSYS CFX，发展了一种自然对流换热数值仿真计算方法。

应用该方法对地面热试验中的自然对流换热进行了数值研1究。

分别给出了大空间自然对流、平板型热试验真实工况下的换热热流密度大小，并将其与大空间自然对流工程经验公式计算结果、地面试验结果进行对比。

结果表明，数值仿真结果具有一定的合理性和准确性，可作为地面热试验自然对流损失项补偿的依据，从而提高地面热试验的准确度和有效性。

关键词：热试验；自然对流换热；数值研究；ANSYS CFX中图分类号：V416.4 文献标识码：A 文章编号：1006-3919(2016)06-0038-06Numerical Research on the natural convection heat transfer ofthermal test under ground conditionsWANG Wei HE Zhenwei HUANG Min HU Youhong WANG Zhiyong LIUYongqing(Beijing Institute of Structure and Environment Engineering, Beijing 100076, China)Abstract：In order to investigate the natural convection heat transfer in themal test under ground conditions,a numerial method was developed based on ANSYS CFX. With this method, the heat flux of hot wall ininfinite space as well as in the real case of plat thermal test was received, which was proved to be correctafter contrast with the result of engineering formula and test result. By applying the achievement, the validity and precision of thermal test under ground conditions can be increased.Key words：thermal test; natural convection heat transfer; numerical research; ANSYS CFX0 引言不依靠外力推动，由流体自身温度场的不均匀性所引起的流动称为自然对流[1]。

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言在地质工程和土壤力学领域，粉质黏土因其独特的物理和力学性质，一直是研究的热点。

特别是在低温环境下，粉质黏土的单向冻结过程及由此产生的冷生构造对地基稳定、建筑工程及冻土环境下的基础设计具有重要的实践意义。

本研究以粉质黏土的单向冻结冷生构造为研究对象，通过实验与数值模拟相结合的方式，探究其形成机制与物理力学特性。

二、试验材料与方法1. 试验材料本试验选用的粉质黏土取自特定地质环境，其成分、粒度分布等基本物理性质均符合研究要求。

2. 试验方法（1）单向冻结试验：在实验室环境下，模拟粉质黏土的单向冻结过程，观察其冷生构造的形成过程。

（2）数值模拟：利用有限元分析软件，对粉质黏土的冻结过程进行数值模拟，分析其应力、应变及温度场的变化。

三、单向冻结冷生构造试验结果分析1. 冷生构造的形成过程在单向冻结过程中，粉质黏土中的水分逐渐结冰，形成冰晶，冰晶的生长与扩展导致土体结构发生变化，形成冷生构造。

2. 物理性质变化单向冻结过程中，粉质黏土的密度、含水量、孔隙率等物理性质均发生变化。

随着冰晶的生成与扩展，土体变得更加密实。

3. 力学性质变化单向冻结后，粉质黏土的抗剪强度、压缩模量等力学性质发生变化。

冰晶的生成与扩展增强了土体的力学性能。

四、数值模拟研究1. 模型建立根据粉质黏土的物理性质及单向冻结过程，建立有限元分析模型。

模型中考虑了土体的应力、应变及温度场的变化。

2. 结果分析通过数值模拟，可以观察到粉质黏土在单向冻结过程中的应力、应变及温度场变化情况。

模拟结果与试验结果相互印证，验证了模型的准确性。

五、结论与讨论1. 结论本研究通过实验与数值模拟相结合的方式，探究了粉质黏土单向冻结冷生构造的形成机制与物理力学特性。

结果表明，单向冻结过程中，粉质黏土的物理性质和力学性质均发生变化。

通过数值模拟，可以更好地理解粉质黏土在单向冻结过程中的应力、应变及温度场变化情况。

收稿日期:2008205213;修回日期:2008208219作者简介:齐　斌(1979—),男,山东省莱芜市人,在读硕士,主要研究方向为发动机热管理系统;qbi @hot 。

发动机热管理系统试验和仿真研究齐　斌,倪计民,顾　宁,仲　韵(同济大学汽车学院,上海　201804) 摘要:模拟发动机在整车中的安装使用条件,如水箱、风扇、发动机在机舱中的布置、附件及管路连接等,搭建发动机热管理系统试验台架。

根据热管理仿真分析软件KUL I 建模的参数输入要求,设计台架试验工况。

通过仿真和试验的数据对比验证了模型的准确性,并利用N EDC 驾驶循环模拟整车冷却系统性能以指导热管理系统零部件的选型与匹配。

关键词:试验台架;发动机;热管理;数值模拟中图分类号:T K417 文献标志码:A 文章编号:100122222(2008)0420040204 发动机热管理是从系统整体角度,集成控制发动机的燃烧、增压及进排气、冷却系统和发动机舱等的传热,提高循环效率,降低热负荷,控制发动机部件高低温极限、温度分布及其变化规律。

应用发动机热管理技术,可以保证关键部件和系统安全高效运行,控制和优化热量传递过程,减小冷却系统的尺寸和功率消耗,合理利用热能,降低废热排放,提高能源利用效率,减少环境污染[122]。

车辆燃油经济性、排放及驾驶舒适性标准的提高对热管理技术发展提出了更高的要求。

由于热管理系统的复杂性,通过样机试验分析各子系统之间的相互影响要付出很大的代价。

同传统的建造试验方法相比,仿真具有可预先研究、无条件限制、信息丰富、成本低及周期短等一些显著特点[324]。

本研究针对某型号发动机进行热管理系统台架试验,利用得到的试验数据,在仿真软件KUL I 中建模,并利用仿真模型对N EDC 循环下整车冷却系统进行仿真计算。

1　发动机热管理系统台架试验1.1　台架结构发动机热管理系统试验平台是在现有发动机试验台架基础上建立的。

围护结构传热系数检测方法分析及应用探讨摘要：摘要:随着国家对有关建筑工程质量验收要求的提高,并且关于建筑节能及绿色建筑法律法规及相关技术标准要求,对于建筑材料的热工数据检测也成为国家及地方验收标准的必检项目,建筑材料如何能在满足安全强度的大前提之下做到节能减排也成为各大材料生产厂家及施工单位的重点考虑要素。

基于此,对围护结构传热系数检测方法分析及应用进行研究，以供参考。

关键词：围护结构；传热系数；检测方法；应用引言现有研究大多以围护结构热工参数的理论值为基础,对墙体保温结构及材料、改造效果进行了研究,但对农村住宅建筑围护结构热工性能的实测研究以及改造优先性的研究较为缺乏,忽略了即有农村居住建筑的实际围护结构热工性能,从而影响改造后的实际效果。

1围护结构传热系数的热工意义对建筑的围护结构节能保温措施是否能够满足需要,可从其构造材质和防护主体的热工参数进行测试分析,热工参数主要为:导热系数、蓄热系数、热电阻、传热阻导温系数、传热系数。

传热系数是在稳态传热条件,当建筑围护结构二端的空气温度差约为1K(1℃)时,单位时间内透过单位平方米围护结构面积所能传导的热能,单元为W/(㎡K),同时传热系数还包括了建筑围护结构本身的砌筑构造,以及建筑构件二端空气层之间的热能传导性能。

传热系数与传热阻是倒数关系的,其传热阻与其建筑围护结构中的建筑材料导热系数和相关厚度有关,导热系数与导温系数及比热容有关,所以综合其计算方式可以知道建筑物中围护结构传热系数是判断其保温效果的最终参数之一。

传热系数是围护结构系统中热工性能的表现,许多实验也表明了围护结构传热系数的降低可以明显减少建筑能耗,通过达到良好的围护结构传热系数可以让建筑物在夏天及冬天减少空调能量的损失,降低其总体耗电量。

研究表明现代建筑空调耗电量的占比越来越大,如何有效利用及减少排放是当代绿色建筑重要的评价之一。

作为建筑表面积占比最大的围护结构如何能通过其构造、材料等多方面降低其传热系数从而达到节能环保，是建筑学中一项重要的研究课题之一。

间接空冷塔内外流动和传热性能的数值模拟研究向同琼;田松峰【摘要】利用流体计算软件FLUENT,对自然通风状态下,某电厂2×300 MW机组两机—塔的间接空冷塔内外空气的流动和传热性能进行了数值模拟研究.将空冷塔划分为W区、Tl区、Tr区和L区,在确定的考核工况基准下,模拟了不同环境气温、不同环境风速对空冷塔各区域通风量和间接空冷散热器散热量的影响.模拟结果显示,当风速高于6 m/s时,空冷塔通风量和空冷散热器散热量随着气温的升高而增大,此时高温处于有利状况.同一气温下,随着环境风速的增加,空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量减小,W区通风量呈线性增加,Tl区、Tr区和L区通风量减小.该结论为间接空冷系统空冷散热器的优化设计提供了参考.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2013(029)012【总页数】7页(P58-63,76)【关键词】间接空冷散热器;空冷塔;数值模拟;流动传热性能【作者】向同琼;田松峰【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TK264.10 引言间接空冷系统由于其换热端差小、煤耗率低(相对于直冷)、节水等优点而广泛应用于富煤缺水地区的火力发电机组，其由混合式或表面式凝汽器、空冷散热器和自然通风冷却塔组成。

空冷系统的关键问题是夏季安全度夏和保证汽轮机满发。

空冷塔内外空气的流动和传热性能受环境风影响较大，因此，研究环境风速变化对空冷塔性能的影响规律对于实时运行调控和提高机组真空具有重要意义。

针对环境风对空冷塔性能的影响，国内外学者进行了诸多研究。

A.F.du Preez和D.G.Kriiger[1，2]指出，侧风对空冷塔的影响与风速、空冷塔结构、压力损失系数及散热器的具体布置情况等有关。

D.D.Derkson[3]通过风洞实验模拟，从外部流动形式、压力特性、入口流率等方面研究了侧风对空冷塔的影响。

《粉质黏土单向冻结冷生构造试验及数值模拟研究》篇一一、引言随着地球科学的不断发展，对土体在低温环境下的物理力学性质研究日益受到重视。

粉质黏土因其分布广泛，常成为各类工程项目的研究对象。

尤其在冷生环境条件下，其表现出的独特构造特征与性质变化引起了科研人员的极大关注。

本文针对粉质黏土单向冻结的冷生构造过程，进行了实验室试验与数值模拟研究，旨在揭示其内在规律与机制。

二、粉质黏土单向冻结冷生构造试验（一）试验准备本次试验选择了某一地段的粉质黏土为研究对象，在严格控制条件下进行了单向冻结处理。

同时，试验准备了多种温度梯度以研究温度变化对粉质黏土性质的影响。

通过专业的实验仪器进行精准控制，并运用专业测试手段记录实验过程中的各种变化数据。

（二）试验过程实验中，粉质黏土样本被放置于冷冻设备中，经过设定不同梯度的降温过程进行单向冻结。

通过实时观察和记录，获取了粉质黏土在冻结过程中的形态变化、结构调整等关键信息。

（三）试验结果分析实验结束后，我们对试验数据进行处理分析。

通过对冻土样品的结构分析、热物性分析以及机械性质测试，得到了单向冻结条件下粉质黏土的物理力学性质变化规律。

同时，通过对比不同温度梯度下的实验结果，发现温度对粉质黏土的冻结过程和最终构造有着显著影响。

三、数值模拟研究（一）模型建立基于试验结果，我们建立了粉质黏土单向冻结的数值模型。

模型中考虑了温度场、应力场等多物理场耦合效应，并采用了适当的本构关系和边界条件。

（二）模拟过程与结果分析通过数值模拟软件进行计算，我们得到了粉质黏土在单向冻结过程中的温度场分布、应力场变化以及构造演变等关键信息。

模拟结果与实验结果基本一致，证明了模型的可靠性和准确性。

此外，我们还通过模拟研究了不同因素对粉质黏土单向冻结过程的影响，为实际工程提供了理论依据。

四、结论与展望本文通过实验室试验和数值模拟研究，揭示了粉质黏土在单向冻结条件下的冷生构造特征与物理力学性质变化规律。

实验和模拟结果表明，温度对粉质黏土的冻结过程和最终构造具有显著影响。

２０２３年６月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５４卷　第６期文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）０６－０７２９－１０收稿日期：２０２２－１１－０５；网络首发日期：２０２３－０２－２７网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０２２７．１１５３．００１．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金项目（５１７０９１８５）；中央公益性科研院所基本科研业务费专项项目（Ｙ３２２００８）作者简介：张晨（１９８８－），博士，高级工程师，主要从事水利工程物理模型试验研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｚｈａｎｇ＠ｎｈｒｉ．ｃｎ寒区工程离心模型试验地基表面换热特性及热边界设置方法研究张　晨１，陈红永２，王　羿１，蔡正银１（１．南京水利科学研究院，江苏南京　２１００２４；２．中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳　６２１０００）摘要：温度场的准确模拟是开展寒区工程离心模型试验的关键。

目前大多数基于半导体换热装置的相关试验，忽视了热边界的参数设置，导致试验边界条件不清晰。

为进一步提升试验的合理性和精确性，采用有限元ＣＦＤ方法模拟了基于半导体制冷装置热交换场景的、超重力场下密闭夹层空间的换热过程；通过变换模型率、冷端初始温度、间隙间距等主要热边界条件，明晰了该场景下的换热特征及时空规律。

在此基础上，结合设备特点与原型实际，提出采用空气冻结指数作为匹配原型环境温度的指标，用于反映地基表面的“冻结程度”，并指导试验中热边界条件的具体参数设置。

关键词：寒区工程；离心模型试验；热交换；温度边界；冻结指数 中图分类号：ＴＵ４３２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０９１４１　研究背景图１　基于半导体制冷的寒区工程离心模型试验地基冻结是自然界最常见的现象之一。

位于北方寒区的水利工程，例如输水渠道，在低温－水－土－结构等渗－冻互馈机制作用下常发生结构性破坏［１］。