正交各向异性结构的三维无网格法稳态传热模型及应用
来源期刊：材料导报2020年第8期
论文作者：张建平 胡慧瑶 王树森 龚曙光 刘庭显
文章页码：8036 - 8041
关键词：正交各向异性结构;无网格迦辽金法;三维传热分析;材料方向角;三维热导率因子;
摘 要：利用无网格迦辽金（Element-free Galerkin,EFG）法建立了正交各向异性结构三维稳态传热分析的计算模型,并推导了其三维EFG法传热离散控制方程。基于该模型编写程序对正交各向异性材料热喷嘴和压力容器的稳态传热算例进行了分析,发现在相同节点分布下三维EFG法温度场比有限元结果更接近参考解,三维EFG传热模型的计算精度比有限元法高,从而验证了该模型的正确性和优越性。同时,对比了各向同性与各向异性结构的温度场分布规律和温度幅值,研究了三维热导率因子及三个材料方向角对传热性能的影响,并给出了这些参数的合理取值范围。结果表明:热导率因子和材料方向角对温度场影响很大,增大热导率因子和材料方向角可使最高温度下降且温度梯度变小;导热方向会随材料方向角发生旋转,三维热导率因子决定主导热方向。对于正交各向异性材料热喷嘴和压力容器,为取得较好的传热效果,建议三维热导率因子在8∶1∶16～16∶1∶32范围内取值,三个材料方向角在45～60°范围内取相同值。在三维复合材料传热结构设计中,合理选取热导率因子和材料方向角可增强结构传热性能、减小温度梯度。
张建平，胡慧瑶，王树森，龚曙光，刘庭显
湘潭大学机械工程学院
摘 要：利用无网格迦辽金（Element-free Galerkin,EFG）法建立了正交各向异性结构三维稳态传热分析的计算模型,并推导了其三维EFG法传热离散控制方程。基于该模型编写程序对正交各向异性材料热喷嘴和压力容器的稳态传热算例进行了分析,发现在相同节点分布下三维EFG法温度场比有限元结果更接近参考解,三维EFG传热模型的计算精度比有限元法高,从而验证了该模型的正确性和优越性。同时,对比了各向同性与各向异性结构的温度场分布规律和温度幅值,研究了三维热导率因子及三个材料方向角对传热性能的影响,并给出了这些参数的合理取值范围。结果表明:热导率因子和材料方向角对温度场影响很大,增大热导率因子和材料方向角可使最高温度下降且温度梯度变小;导热方向会随材料方向角发生旋转,三维热导率因子决定主导热方向。对于正交各向异性材料热喷嘴和压力容器,为取得较好的传热效果,建议三维热导率因子在8∶1∶16～16∶1∶32范围内取值,三个材料方向角在45～60°范围内取相同值。在三维复合材料传热结构设计中,合理选取热导率因子和材料方向角可增强结构传热性能、减小温度梯度。
关键词：正交各向异性结构;无网格迦辽金法;三维传热分析;材料方向角;三维热导率因子;
