基于灰色关联度的高炉冷却壁整体优化

基于灰色关联度分析方法,研究了高炉冷却壁冷却水管半径、冷却水管间距、水管距热面距离 、冷却壁壁体厚度等对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。综合冷却壁结构优化分析,得到冷却壁最优结构尺寸组合是：水管半径20mm、水管间距为220mm,水管距热面距离为90mm和冷却壁壁体厚度125mm。     

铜钢复合冷却壁热变形分析

提高高炉炉腰及炉身下部冷却壁抗热变形能力是维持高炉长寿的关键.采用热态实验和数值模拟手段研究高炉炉腰及炉身下部区域铜钢复合冷却壁的传热及热变形行为,并与铜冷却壁进行对比分析.铜钢复合冷却壁热面无渣铁壳覆盖,煤气温度1200℃条件下,铜钢复合冷却壁最高温度为180℃,传热性能与铜冷却壁接近.铜钢界面最大等效应力约为114.45MPa,低于铜钢复合板的抗拉强度.铜钢复合冷却壁发生弯曲变形,中心z向位移为0.66 mm,较铜冷却壁低约25.8％;顶底端沿z向位移为0.13mm,较铜冷却壁低约50％;曲率为0.93×10-4 mm-1,较铜冷却壁低约51.81％.铜钢复合冷却壁抗变形能力优于铜冷却壁,可以避免铜冷却壁热变形过大导致的螺栓及冷却水管断裂破损问题.     

热-结构耦合的高炉炉壳静强度及疲劳强度分析

通过工程传热分析计算出冷却模块内冷却水与水管内壁的对流换热系数以及炉壳外表面的综合换热系数,并根据还原炉的工作流程,确定了3种载荷工况;然后借助大型通用有限元分析软件ANSYS,采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下炉壳的温度分布、热-结构耦合应力场。模拟计算结果表明,在工况载荷作用下,炉壳各部位最大Von mises应力均远远小于材料的屈服极限,炉壳静强度满足要求。对各节点按Goodman-Smith疲劳极限图进行疲劳评定,炉壳的疲劳强度也满足要求。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为:水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为:水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为：水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为：水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

埋纯铜管铸铜冷却壁热态试验和热应力热变形研究

介绍了铸铜冷却壁的热态实验结果,采用数值模拟的方法分析了炉温、边缘接触压力对铸铜冷却壁热应力和热变形的影响.热态实验结果表明,铸铜冷却壁的冷却能力与轧制铜冷却壁相当,能够承受180 kW/m~2的热负荷,短时间内能承受250 kW/m~2的热负荷.热应力计算结果表明:铸铜冷却壁在高热负荷下不会产生疲劳裂纹.通过在杭钢2号高炉的工业测试说明铸铜冷却壁有很强的挂渣能力,且渣皮稳定.因此,铸铜冷却壁满足了高炉长寿的要求.由于铸铜冷却壁具有冷却能力大、自由布置冷却通道走向、成本较低等优势,因此有着很好的工业应用前景.     

小型航空Wankel发动机转子结构优化仿真

三角转子是小型航空Wankel转子发动机的核心部件,其高速旋转过程中承受着温度、惯性力和燃气爆发压力等复杂载荷耦合作用,更加容易因强度不足发生失效与破坏。针对多重载荷耦合工况下,三角转子应力集中与强度问题,建立发动机热力学模型,获得发动机单循环内燃烧室缸温、缸压以及换热系数变化曲线,计算转子各处热边界条件,分别在机械应力、热应力与热 机械耦合条件下,采用有限元的方法对三角转子进行温度场、应力场与变形量仿真分析,并提出转子腰部圆孔边缘处加工圆角和冷却孔处布置散热片优化方法。仿真结果表明：优化后三角转子最大应力由原来的687.0 MPa下降为403.9 MPa,约为原来的58.79%;转子腰部圆孔边缘应力由577.5 MPa下降为306.1 MPa,降低为原来的53.02%;冷却孔处应力值也由212.6 MPa降至113.2 MPa,约为原来的53.25%。布置散热片后,转子平均温度下降20 K以上,转子腰部圆孔边缘与冷却孔温度下降40 K左右,密封槽尖端变形量由0.21 mm降至0.15 mm,减小27.7%。转子应力场得到改善,变形量减小。     

变渣皮厚度条件下铜冷却壁应力分布规律及挂渣稳定性

根据热弹性力学理论,建立了渣皮厚度可变的铜冷却壁热-力耦合应力场分布计算模型,从铜冷却壁本体和炉渣-镶砖界面应力分布的角度分析了煤气温度、冷却制度、镶砖材质和炉渣性质等因素对铜冷却壁寿命及挂渣稳定性的影响规律.计算结果表明:煤气温度的升高使铜冷却壁本体应力线性升高,同时挂渣稳定性减弱;铜冷却壁本体应力值及挂渣稳定性均随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势,实际生产中渣皮厚度应维持在30~60 mm之间;冷却水流速的增大会导致铜冷却壁本体应力值小幅上升,但可使挂渣稳定性增强;冷却水温的提升可小幅降低冷却壁本体应力,但会显著降低挂渣稳定性;镶砖热导率的提升和炉渣热膨胀系数的减小均有利于降低铜冷却壁本体应力并增强挂渣稳定性.     

Zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12非晶合金的大塑性与尺寸效应

用铜模吸铸法制备了直径为3,4和6mm的Zr63.36Cu14.52Ni10.12Al12阶梯形圆棒试样,研究了试样尺寸大小对室温塑性和强度的影响.结果表明：φ3mm试样的压缩屈服强度σs为1740.6MPa,极限强度σmax为2030.7MPa,断裂强度σcf为1510.5MPa,塑性应变εp为20.6%,表现出比较大的塑性,存在明显的加工硬化现象;φ4mm试样塑性应变εp为2.6%,屈服强度σs为1748.5MPa,断裂强度σcf为1856.6MPa;φ6mm试样塑性应变φp为0.2%,断裂强度σcf为1221.3MPa.该合金的压缩塑性应变随着块体非晶合金直径的增大而减小,存在明显的尺寸效应,尺寸效应与非晶合金的自由体积有关,冷却速率决定非晶合金中自由体积分数,试样尺寸越小,冷却速率就越大,凝固过程形成的自由体积分数越大,大的自由体积分数促进压缩过程多重剪切带的形成从而有利于塑性的提高.     

转炉汽雾冷却喷嘴限制射流强化换热特性

构建专用试验设备,测定了转炉炉体汽雾冷却喷嘴在工作状态下的对流换热系数,得到适用于该型喷嘴在转炉炉体汽雾冷却条件下换热系数的经验公式.综合考虑雾化水射流流场特性、壁面热状态和几何条件等因素,研究了炉体汽雾冷却换热特性及其换热机制.结果表明:雾化水射流的冷却效能取决于能否在热壁表面形成连续的液膜,在工程实际中可通过调整多喷嘴配置来实现炉壳表面连续而基本均匀的液膜,以提高冷却功效;在炉体雾化水射流强化换热过程中,存在最佳射流中心面与热壁间距,在此距离附近的整体传热强化效果最佳;对于现有汽雾冷却系统,当炉壳与托圈内壁间隙为140 mm(即射流中心面与热壁距离为83.5 mm)时,其整体传热强化能力最强.     

火积理论在高炉冷却壁性能评价中的应用

基于火积理论分析得出了高炉冷却壁的火积平衡方程式以及冷却壁中的火积耗散.在此基础上定义了高炉冷却壁的热阻.根据最小热阻原理,提出用高炉冷却壁的热阻来评价其传热性能的优劣的观点,通过实例说明了高炉冷却壁热阻的计算方法,比较了不同冷却水管间距下冷却壁热面最高温度及热阻之间的关系.结果表明,随着冷却水管间距的改变,冷却壁热阻与热面最高温度有相同的变化趋势.在一定的边界条件下,高炉冷却壁的热阻可以评价其传热性能的优劣.     

不同材质高炉冷却壁热应力计算

计算了铸铁冷却壁与铜冷却壁在相同条件下热面热应力，通过计算得知，铜冷却壁具有更小的热应力，其值远小于它的拉伸强度，不易使冷却壁产生裂纹，因此，从热应力能引起裂纹产生角度看，铜冷却壁性能优于铸铁冷却壁。     

还原氧化石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究

借助分子级混合法和均质机剥离共同作用,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备出还原氧化石墨烯/铜基复合材料。利用SEM、XRD、Roman、XPS和压缩测试对其微观组织结构及综合性能进行了研究。结果表明,适量的氧化石墨烯能够均匀分散在铜基中并显著提高复合材料的综合性能。复合材料的压缩屈服强度最高达到481 MPa,比纯铜相应值提升了约2.2倍,维氏硬度较纯铜相应值也提升了约0.7倍。     

直立锁边不锈钢屋面系统温度效应试验

金属屋面系统常用于各种重要的地标建筑中,经常受到周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响。本文针对直立锁边445J2铁素体不锈钢屋面系统开展温度效应研究。考虑不同约束条件和温度等因素,分析屋面系统的力学性能。试验结果表明,温度作用下,直立锁边不锈钢屋面系统存在应力集中和热膨胀位移现象。屋面系统应力和位移随着温度增加而变大,温度每增加1 ℃应力和位移最大增加1.9 MPa。屋面板的水平位移要明显大于竖向位移,且在一端固定约束条件下水平位移最大约9.19 mm。板面应力随约束条件增强增加幅度最大分别为41.7%、30.6%。     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.