不同曲率支管弯管对T型管湍流混合下热疲劳的影响

为了探究不同曲率支管弯管对T型管冷热流体混合下热疲劳的影响,分别对支管上游曲率为0.006、0.01、0.02这3种弯管结构的T型管内冷热流体的混合过程进行大涡模拟（LES）,将计算得到的瞬时温度和压力载荷动态地加载到固体域进行流固耦合计算,得到管道的热应力分布情况;再利用雨流计数方法对获得的波动热应力进行统计学分析,根据线性疲劳损伤累计准则进行热疲劳评估,得到管道的无量纲累计疲劳损伤率。将各个结构的无量纲时均温度、无量纲均方根温度和无量纲热疲劳损伤率等进行对比,数值结果表明：3种结构的温度和应力的分布和波动相似;随着曲率的增大,温度波动变得剧烈,而相贯区热应力集中逐渐减弱,同时其无量纲累计疲劳损伤率呈降低趋势。     

T型管湍流穿透现象的热流固耦合疲劳分析

在石油、化工、核电等管道系统中存在大量T型管道，由于其主支管流体的流量及温度存在差异导致产生湍流穿透现象，引发T型交汇处温度与速度场波动，进而可能诱发管道热疲劳问题。首先使用大涡模拟（LES）方法计算湍流穿透工况下管道内流场各物理量的时空演变规律，结果表明在支管轴向无量纲高度H=4截面处温度波动最为强烈；然后建立瞬态热流固耦合计算过程，将面压力与体温度动态加载到固体域，得到管道应力分布情况，找出危险点所在位置为轴向H=0截面内壁面；最后使用雨流计数法对危险点应力波动信息进行统计学分析，依据Goodman曲线得到等效对称循环载荷，根据线性疲劳损伤累积准则对危险点疲劳寿命进行评估，最终得到管道的疲劳寿命。     

整流后倒U型管内气液两相流动的稳定性及流型分布

在倒U型管垂直段的两端内分别放置一个整流环，来消除入口弯头对垂直段流动的影响，通过对单相流体在倒U型管内的流动进行数值计算，以及对整流作用下倒U型管内气液流动的稳定性和流型的分布进行实验研究，发现整流环的整流作用可以增强管道内流动的稳定性，实验还发现，倒U型管垂直上升段内的间歇性流动（弹状流和块状流）区域减小，环状流区域增大，流动的稳定性增强。     

排气三通管道分散流流动特性的数值模拟及分析

为减小排气T型三通管道中的局部压力损失,利用FLUENT软件对其分散流动特性进行数值模拟,分析支管与总管流通截面积比、夹角、质量流量比及流体温度对管道总压损失系数的影响规律。结果表明:总管流速和气体温度对总压损失系数影响不大,支管与总管质量流量比却对总压损失系数影响显著;分支管与总管夹角、分支管与总管流通截面比对总管-通支管总压损失系数的影响不明显,但对总管-分支管总压损失系数的影响显著。通过数值模拟和分析建议T型三通管推荐结构为分支管与总管夹角α=45°,分支管与总管流通截面比A3/A1的适宜范围为0.8~1。数值模拟结果与前人研究及试验结果比对,趋势一致,计算精度较高,可为类似汽车排气分流技术开发提供依据。     

长支管T型管接头复合胀形试验

对紫铜长支管T型管复合胀形工艺进行了试验研究，介绍了包括冲头挤压力的公式与计算，试验中所用复合胀形模具结构和部分重要零件的设计与选取及试验结果。试验研究表明，复合胀形工艺能够生产出支管长度比较长的T型管；采用合理的模具结构，正确计算冲头挤压力、胀形内压力及径向反压力，使胀形区始终处于多压应力状态，是复合胀形工艺的关键。     

液氮通过受热U型管传热特性的数值模拟

对单相液氮通过受热竖直U型管的传热特性进行了三维数值模拟.采用结构化网格，并对近壁面处网格加密,对网格无关性和模型有效性进行了验证.将入口速度、出口压力和均匀壁面热流密度作为边界条件及利用标准的k-ε紊流模型和CFX 4.4求解器求解.模拟结果发现：在U型弯头上游直管中，流体温度形成中心低四周高的分布形式；在U型弯头内，流体被二次流重构，温度较低的流体流向管外侧，温度高的流体则流向管内侧；在U型弯头下游直管中，中心低四周高的温度分布逐渐得到恢复.通过分析，曲率比对下游努赛尔数影响明显，其影响区域可用下游努赛尔数达到极小值来衡量；存在一曲率比，使下、上游努赛尔数百分比达到极小值.最后，将模拟得到的平均努赛尔数与不同的经验关联式作了比较.     

T型管道冷热流体混合过程中速度波动大涡模拟

T型管道中的冷热流体混合湍动效应,必将导致流体的速度波动,这是诱发管道热疲劳的流动本质原因.为了揭示这一原因,对T型管道中主管为热流体和支管为冷流体的混合过程进行了大涡模拟,对比分析了某一截面位置上的时均速度和均方根速度的实验值与模拟值.实验值与模拟值吻合良好,说明大涡模拟能够准确地预测混合过程的时均速度和速度波动.数值结果表明,x和z方向的时均速度和均方根速度沿z方向具有随着x/db的增大而趋于平稳、随y/db的增大而减小的总体趋势.     

斜三通的CFD数值模拟及传热影响因素研究

为研究斜三通管内流体的流动与传热过程,应用CFD软件Fluent分别对管间夹角θ为20°～90°、流速比λ为2～3.5以及支管位置l为500～1 000 mm的斜三通内流体的流动与传热过程进行了数值模拟,并通过正交试验设计对影响三通壁面平均换热系数的各参数进行了敏感性分析。结果表明,随着θ和λ的增大,三通出口处流体最大速度逐渐增大,其中λ的影响更为显著;壁面平均换热系数随θ和λ的增大而增大,随l的减小而增大;支管位置l主要影响壁面平均换热系数,对最大速度的影响可忽略不计。按照影响壁面平均换热系数作用的强弱,支管位置l>流速比λ>管间夹角θ,即支管越靠近主管进口、流速比越大、管间夹角越大,则壁面换热效果越好。因此,支管位置是影响斜三通壁面传热效果的首要因素。     

管节点国产化疲劳性能的试验研究

介绍了国产海洋用钢（Ｚ向钢）焊接Ｔ型管节点疲劳试验的过程和成果．试验对Ｔ型管节点的应力集中系数、应力分布、疲劳寿命及裂纹扩展进行了详细测量，经过分析得到Ｔ型管节点实测应力集中系数的经验公式、疲劳Ｓ－Ｎ曲线及裂纹扩展规律．试验结果表明国产Ｚ向钢、国内焊接工艺和加工制造的焊接管结点有较好的疲劳性能，为我国海上平台国产化提供了依据．     

平面内弯矩作用下主圆支方K型节点的应力集中系数研究

文中采用有限元与试验方法系统地分析了主圆支方K型管节点在平面内弯矩作用下的应力集中系数。使用ABAQUS软件进行了125组在平面内弯矩作用下节点的数值模拟,得到了K型管节点在平面内弯矩作用下焊缝区域的应力集中系数,并且对主管和支管的应力集中系数进行了系统研究,分析了节点几何参数对主管和支管的应力集中系数的影响。结果表明,β(支管与主管直径比值)和2γ(主管直径与壁厚比值)值对节点的应力集中系数影响较大,而τ(支管与主管壁厚比值)对主管和支管的应力集中系数影响较小。主管的应力集中系数值主要出现在鞍点的附近,而支管的应力集中系数值出现的位置主要由β、2γ和τ等几何参数来决定。根据有限元模型的分析结果,通过曲线拟合提出了计算平面内弯矩作用下主圆支方K型管节点应力集中系数的参数方程,并对该方程的准确性进行了评价。最后,通过节点平面内弯曲试验再次验证了本文提出的应力集中系数公式的可靠性和安全性。     

理查德森数对多孔介质T型管道近壁面处流动与传热的影响

对多孔介质T型方管内冷热流体混合过程的流动和热传递进行大涡模拟,获得了近壁面处湍流混合的瞬时速度和温度,分析了3种理查德森数（Ri=-0.517,-0.093,0.517）对流动与传热的影响。数值结果表明：无论理查德森数Ri为正或负,在热流体区,多孔介质骨架温度较低,而在冷流体区,多孔介质骨架温度较高,说明热量从高温流体通过多孔介质向低温流体传递;最大温度波动发生在近壁面处的上部;由于多孔介质的湍动增强作用,减弱了浮升力对流动的影响,不同理查德森数对流动和传热的影响不够明显。     

基于互补式布浆的混合室内浆料流动特性

为了研究互补式布浆方式下混合室内的流动特性,分析了互补式布浆方法及混合室的结构设计,采用计算流体动力学(CFD)的方法,研究了混合室内浆料流动特性,分析了支管束横排和纵排支管间的混合效应,并对经混合室混合后的布浆效果进行了实验验证。结果表明,进入混合室的平行排管射流是一种相同直径不同流量的射流流动,从支管束横排来看,各支管射流间产生了较强的卷吸和干涉作用,使射流向中间位置偏转和集中,导致在混合室中间位置处流量较大,两边流量略小。上下对应支管间射流在混合室内也形成了强烈的卷吸、干涉,使两股不等量的射流在混合室内完成互补混合和平均。实验结果与计算结果相吻合,最大偏差仅为0.538%,优于采用单侧进浆的浆料分布,表明互补式布浆方法依靠混合室的掺混作用能够很好地实现浆料均布。     

热风在高炉热风围管中流动特性的模拟研究

对鞍钢2580m³高炉热风围管内热风流动特性开展数值模拟研究，探究各风口风量不均匀分配的内在机理.结果表明，在各风口尺寸相同的条件下，围管内的主体流动并非单纯的单向流动，而是存在返流.热风进入热风围管后，直接冲击热风围管0°处热风支管，导致此处风口风量较大;进入围管后的热风形成两股气流在热风围管入口正对面(即180°处)发生碰撞，导致对应风口风量较大;气流碰撞后部分产生返流，沿着热风围管下部和内侧逆向运动，在热风围管90°和270°位置处与正常运动的气流再次碰撞并汇聚进入此处支管，导致对应风口风量较大.通过对比分析鞍钢高炉风口参数调节措施发现，现场调节措施与本研究结果基本一致.     

分区分级双P型辐射管喷口结构位置特性

为了对分区分级双P型燃气辐射管喷口结构、位置进行优化,提高燃烧效率.首先对分区分级双P型燃气辐射管进行了实验和数值研究,结果发现,除NOx体积分数的误差为11.6%外,其他参数的偏差都在1%以内,证明该模型具有可靠性.在此基础上,通过研究主管和支管的喷口位置及喷口结构等参数,进行了气体温度和壁面温度的研究分析.结果显示:随着主管喷口位置向外移动,分区分级燃气辐射管表面温度的最高值逐渐减小,壁面温度的最低值逐渐增大.支管喷口位于三通管与支管交线处时,可以减少高温气体对辐射管管壁的冲击作用,提高支管径向的温度均匀性,延长辐射管使用寿命;主管喷口的形式为完全预混式喷口时,壁面温差最小;支管喷口的形式为不对称式时,分区分级燃气辐射管壁面温差最小,燃烧热效率最高.     

管壁导热对管内流动流体热边界条件的影响

对层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热进行了计算 ,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对内管壁处流体热边界条件均匀性的影响。研究结果表明 ,即使在管外壁均匀加热 (或冷却 )的情况下 ,管壁导热也使得内管壁处流体的热边界条件出现明显的不均匀性。影响这种不均匀性的主要因素是Peclet数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度及管壁相对厚度等无量纲参数。为了改善管内壁处流体的热边界条件以提高对流换热实验结果的精度和可靠性 ,在保证管外壁加热 (或冷却 )均匀性的前提下 ,一定要尽可能采用足够长的薄壁管做对流换热实验的加热段。此外 ,试件的材料与拟采用的加热方式有关。恒壁温加热时要选用导热系数大的材料 ,而恒热流加热时 (如外绕加热丝加热或管壁直接通电加热 )则应选用导热系数较小的材料     

热横向射流近壁区的温度变化研究

当热射流垂直入射至主流中时,在宽广的射流与主流流速比（0．01－1．50）下,测量了3个不同区域内近壁区流体的温度随流速比变化,通过实验发现,横向射流的流动形式复杂,不同区域近壁区流体的温度随流速比变化的情况不尽相同,在射流下游区,当流速比大于0．40以后,射流核心区已基本离开近壁处,在射流管出口处,低流速比时射流出口温度分布极不均匀,在射流管内,低流速比时存在有紊动区,当流速比大于0．05以后,射流管内温度已不受主流的.影响。     

T型铸钢节点冲击响应研究

对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.