三通管接头流固、流固热耦合计算对比分析

为了研究三通管接头在流体运输过程中的力学性能变化,基于多物理场耦合程序MpCCI,联立结构场分析软件ABAQUS和流场计算软件FLUENT,对三通管接头的力学性能变化进行了流固耦合、流固热耦合数值仿真。结果表明:在相同的流场边界条件下,流固热耦合计算得出管对应部位的应力、位移比没有温度场的流固耦合计算得到的都大了数百倍;在三通管存在尖角以及管接合的区域,应力集中的现象很明显,有温度场时应力集中更严重,应力集中的区域也更大。     

多材料双通道激光熔覆过程的计算机仿真

在激光快速成型过程中研究激光熔覆载气式同轴送粉粉末颗粒的汇聚特性以及基体的温度场与应力场的分布情况。采用气体-粉末两相流理论以及双通道流对载气式同轴送粉喷嘴内的流场进行了数值模拟,应用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末颗粒的运动轨迹,并通过多物理场耦合程序MpCCI平台对熔覆过程进行了数值仿真。结果显示:粉末颗粒在距喷嘴距离15~20mm之间具有最佳汇聚特性,在多物理场耦合作用下熔池的温度以及应力分布与实际情况相符合。     

直升机机头多物理场耦合分析

研究直升机在两相流的作用环境下,受侧向来流影响进行加速飞行和匀速飞行过程中其机头部位的力学性能变化,采用多物理场耦合工具,耦合联立结构计算仿真分析软件和流体计算仿真分析软件,对直升机机头部位的简化模型进行了三维流-固-热耦合数值分析。结果表明,直升机在飞行过程中温度基本保持平缓降低趋势;机头表面应力随着速度的增大而增大,但应力分布相对均匀且无应力集中现象发生;两块玻璃之间的机壳及周边部分区域产生位移较大,需采取相应措施减小产生的位移以防止变形和断裂。结论对设计和研发有一定的借鉴作用。     

基于CFD多路阀铲斗联流固耦合解析

分析HDF多路阀结构,利用三维建模软件分别建立流体模型及固体结构模型。结合计算流体力学理论,利用商业CFD软件,通过设置模型参数及边界条件对HDF多路阀流场及阀芯结构场进行解析。对流体解析数据分析,得到滑阀铲斗联速度场、压力场分布情况;对阀芯结构场解析,得到铲斗联阀芯在流固耦合边界条件下的应力应变情况,为液压阀内部特征的预测提供依据。     

在制备过程中热障涂层系统应力场有限元分析

采用有限元软件ABAQUS建立了非齐边三层平板结构热障涂层模型,并模拟了在制备过程中其残余应力的分布情况,主要讨论了沉积温度、陶瓷层厚度对其残余应力场分布的影响.计算表明：沉积温度越高,陶瓷层厚度越厚,容易造成陶瓷层端部应力分布不均匀区域变大,同时对基底应力场不均匀分布影响区域也越深;在不同的陶瓷层厚度和沉积温度条件下,陶瓷层和过渡层均处于压应力状态,其数值分别在-50 ~ -300 MPa和-30~-140 MPa范围内,而基底则处于拉应力状态,其值变化在5 ~ 55 MPa范围内;陶瓷层与过度层界面剪切残余应力呈双曲正弦分布,且在界面中间剪切残余应力的值接近于零.这些模拟结果将进一步完善解析解所预测的残余应力场分布情况,为后期采用拉伸法研究热障涂层系统界面结合性能时提供重要的应力分析基础.     

热喷涂3D打印制备孤立纳米YSZ厚热障 涂层的内应力演化特性的模拟计算研究

孤立厚涂层通常被用来测试涂层的热物理性能，如热膨胀系数、热扩散系数、比热容等.不同形状的孤立厚陶瓷涂层通常通过在不同形状的石墨模具上采用等离子体喷涂增材制造的方法制备.采用有限元“生死单元”模拟技术对3D打印增材制造过程中的纳米结构YSZ热障涂层的残余应力进行了有限元模拟.考虑了方形、圆柱形、六棱柱及星柱形四种结构的石墨模具，系统计算并比较了四种石墨模具制备的厚涂层的应力分布特征.研究结果表明：在厚涂层的侧面存在较大的压应力集中，最大压应力往往分布在柱的边角或边缘处.对于热喷涂3D打印圆柱状厚涂层，压应力连续分布在厚涂层侧面的环形面上.对于四种类型的厚涂层，热喷涂3D打印圆柱状厚涂层在x,y,z三个方向上最大压应力值最小，分别为-19.574 MPa,-19.565 MPa和 -56.569 MPa.且x,y,z三个方向上应力梯度变化最小（分别为0.169 MPa/mm,0.173 MPa/mm，0.0218×10-3 MPa/mm），而星柱型厚涂层x,y,z三个方向上应力变化梯度最大（分别为2.344 MPa/mm,14.092 MPa/mm，2.171 MPa/mm）.涂层的应力随着涂层厚度的增大而增大，且纳米结构涂层的应力低于传统结构涂层的应力.通过应力状态及应力大小的调控，将会促进YSZ涂层的铁弹性相变，进一步提高涂层的断裂韧性，从而有望进一步提高涂层的抗热震性能.     

多场耦合作用下新型座舱盖服役行为仿真

为了研究具有不同厚度的凯夫拉纤维材料薄膜的某座舱盖在超声压、振动作用下的变化,采用结构计算软件Abaqus进行耦合计算的方法,对薄膜厚度分别为100nm、300nm、8 000nm的新型座舱盖进行声-振复合环境激励。通过计算机仿真分析得到了不同薄膜厚度下,声振耦合对结构位移响应的影响。结果表明:声振复合环境激励下的材料结构位移响应比声、振单独激励下位移叠加后的响应要大。随着薄膜厚度的增加,座舱盖的位移变化越来越大,结论对座舱盖的结构设计和寿命预测有一定的指导意义。     

船舶液压管路冲洗三维数值模拟

针对船舶液压管路冲洗连接问题,利用Fluent软件对串、并联回路进行三维数值模拟,分析了冲洗回路的速度场及压力场分布;并对并联回路中不同支管直径及支管位置对流量的影响进行了数值计算。结果表明:选择并联回路冲洗时应选择支管直径一样或相近的支管并联,同时需增加主管路的冲洗流量,确保各支管内都冲洗充分。     

换热管对管壳式换热器应力分布的影响

针对管壳式换热器管板在正常工作过程中,所受到的应力情况复杂无比,利用ANSYS有限元分析软件,以管程壳程正常运行工况为研究对象,通过改变换热管曲率半径、换热管厚度、换热管布管方式和换热管几何形状,考察其内部应力分布情况。结果表明,管板主体温度接近管程温度,在与壳程相连接的较小区域,温度接近壳程温度,出现表皮现象;最大等效应力出现在换热管与管板的连接处和管板与壳体的连接处;随着换热管曲率半径和厚度的增大,最大等效应力呈减小的趋势;正三角形布管方式比正方形布管方式最大等效应力大;椭圆形换热管比圆形换热管最大等效应力大。所得结论对管壳式换热器的正常运行提供一定的参考。     

基于ABAQUS的身管涂层磨损行为研究

重机枪的射击过程具有高压、高温、高速度、时间短等突出特点,针对这样的严苛条件,很难用实验的方法对身管涂层的摩擦磨损做研究预测。基于ABAQUS有限元软件平台,以有限元仿真方法,研究了身管涂层的磨损量和磨损状态的分布,以及子弹发射次数增加对身管涂层摩擦磨损的影响。结果表明,身管磨损主要集中在枪口近端位置,随着子弹发射次数的累积增加,磨损量相应增加,而单次磨损量减小,同时计算了发射多次子弹后的总磨损量。     

结合Fluent的液氨泄漏扩散模拟及中毒定量评估

运用Fluent数值模拟软件计算分析液氨泄漏扩散浓度场及扩散规律,并与基于高斯烟羽模型的理论计算结果相对比,验证其结果的可靠性。结合数值模拟结果和暴露时间,对人员在静止状态及疏散状态下的死亡百分率进行定量评估。结果表明结合Fluent数值模拟的急性中毒定性评估方法能够直观、动态、可靠的反应泄漏扩散的范围及影响,具有良好的应用前景。     

锥阀稳态液动力及阀芯表面压力分布数值模拟

基于Fluent流场仿真软件,对锥阀外流和内流情况下阀芯所受稳态液动力及阀芯表面压力分布进行了数值模拟和分析。结果表明,稳态液动力随着阀口压差的增大而增加;当阀口压差大于2.5MPa时,阀芯表面出现负压,阀口处发生气蚀;当阀口开度为1mm时,稳态液动力最大;在其他条件相同的情况下,锥阀内流时的液动力小于锥阀外流时的液动力。     

不同静叶出口角下油气混输泵内部三维流场的数值模拟

利用Fluent软件对油气混输泵单个压缩级和次级动叶轮组成的流场进行定常模拟,得出其内部压力场、速度场及不同工况下整机效率及相对扬程曲线.结果表明,静叶出口角的选取对首级叶轮叶片工作面和次级叶轮叶片背面的流动影响较大,选取小静叶出口角有利于改善泵内部流场分布状况,提高泵的增压能力和效率.     

液压油箱内部隔板对气泡分离的影响

利用Fluent中的欧拉-欧拉多相流模型,对一种液压油箱内部流场进行气液两相流三维数值计算,验证了气泡在油液中上浮的时间随其直径的增大而缩短的变化规律,对比分析了有无隔板以及隔板位置不同时,油液中不同直径气泡的分离特点。结果表明:隔板对直径为0.3~1.0mm的气泡分离影响明显,通过隔板延长油液流动距离,有利于气泡的上浮分离;直径为1~2mm的气泡,本身上浮时间比较短,几乎完全可以从油液中分离,隔板对大气泡分离影响很小。     

介质流向对截止阀流场和流阻特性的影响

为探索介质流向对截止阀内部流场和流阻特性的影响,应用SOLIDWORKS软件建立截止阀的三维模型。使用Fluent软件中的有限元法和标准k-ε湍流模型,在不同开度的情况下,采用数值模拟分析的方法,研究不同介质流向下截止阀的流场和流阻特性,分析阀体内部的速度和压力分布规律。结果表明:在两种不同的流向下,阀门的流通能力相差较小;在小开度时,介质高进低出时能够减小阀门的压力损失,在流通高压介质的情况下,高进低出的流向能够极大的减小阀门的关闭力。流场的分析为截止阀的结构设计和优化提供参考。     

基于FLUENT的双蜗壳离心泵径向力数值分析

利用CFD软件Fluent对HD型石油化工流程泵的不同工况作流场计算.采用雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法,对双蜗壳离心泵内部流场进行模拟,分析了双蜗壳泵静压力和速度场的分布规律,并对径向力进行了计算分析.通过模拟计算发现,数值模拟计算外特性曲线与试验曲线趋势一致,两者相对误差小于10%,说明应用数值计算结果建立的离心泵径向力计算模型具有一定的准确性.利用离心泵径向力的数学计算模型,得出各个工况下叶轮所受的径向力的大小和方向.结果表明,双蜗壳结构泵能有效地减小径向力,在设计点运行时径向力最小且不为0,偏离设计工况下径向力逐渐增大,但不同工况下径向力的变化不大,验证了双蜗壳能有效地平衡径向力.     

蜗壳式多级泵压力脉动特性研究

为了研究压力脉动在蜗壳式多级离心泵不同位置的变化规律,利用Fluent软件,采用SSTk-ω湍流模型对蜗壳式多级离心泵的内部流场进行多工况的非定常数值模拟,得到其各监测点的压力脉动特性,并对其进行对比分析。结果表明:在蜗壳式多级离心泵首级蜗壳内,压力脉动主要受叶轮与隔舌之间的动静干涉的影响,同时与之相连的过渡流道内的液流流动状态的影响也是不可忽略的。     

基于流固耦合油气混输泵双端面机械密封的变形分析

为了研究油气混输泵双端面机械密封的性能,采用Pro/E软件建立了密封动环、静环三维几何模型,由FLUENT软件模拟获得的液膜压力作为动、静密封环的边界条件之一导入ANSYS Workbench进行单相流固耦合计算,在不同工况下对动、静密封环的应力和变形分布规律进行分析。结果表明双端面机械密封的最大变形和最大应力发生在动环与静环的端面接触位置,动环、静环和动静耦合端面上产生的变形量随含气率的增加而增大,但应力分布变化不大。所选用的双端面机械密封能够满足要求。