涡流、温度耦合场的建模及有限元的数值分析

近代高新科学技术的发展,使有限元分析法在各个学科工程领域的分析上呈现其越来越大的优点和发展的强劲趋势。 随着工程技术的综合、集成化特征的进展,研究和分析单一物理场的有限元分析法已不能满足技术上的要求,往往要求两个、甚至多个物理场的耦合效应的研究,因此,有限元中耦合场的分析业已成为相关学科中的研究热点。目前,耦合场的研究越来越多地应用于工程物理分析中。 首先,本文基于等参元有限元法建立了三维涡流场的数学分析模型、温度场的三维有限元数学分析模型。同时简单介绍了有限元分析前处理技术中的网格自动剖分技术。 其次,本文介绍了耦合场的两种分析方法,对顺序耦合法和直接耦合法进行了详细的介绍。 本文给出了相互耦合的动态涡流场和温度场的数学模型,在一定程度上,建立了统一的涡流场和温度场的有限元(Finite Element Method)模型。 对于电磁—热耦合场问题,本文在分析、比较两种耦合场的基础上,选择了顺序耦合分析方法,并建立了相应的电磁—热耦合分析的数学、物理有限元模型。 本文最后利用有限元软件ANSYS,对圆柱形感应透热装置中钢球热处理过程的电磁场、温度场的分布进行了电磁—热耦合的分析和计算,得出了一些具有工程借鉴意义的结论。