基于耦合分析法的涡轮增压器浮环轴承数值仿真

基于以往对涡轮增压器的耦合分析中大都忽略涡轮增压器轴承体的导热,或者将导热过程简化,得到的结果误差较大的实际情况,将涡轮增压器轴承体、浮环轴承、涡轮轴、润滑油、冷却水作为一个耦合体,考虑各部件及相应物理场间的耦合关系,采用耦合分析法建立涡轮增压器轴承体的三维非稳态耦合数值仿真模型.该模型以三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型为基础,对某型涡轮增压器浮环轴承的热、润滑、摩擦耦合进行分析,得到浮环轴承的温度场和应力场,并用试验证实耦合仿真模型的正确性,为涡轮增压器的优化设计提供参考依据.     

增压器总体传热研究下的轴承体热应力分析

基于耦合传热理论,建立了废气旁通阀式的涡轮箱模型,并将涡轮箱、隔热罩、轴承体作为一个装配体进行了传热分析,得到了轴承体的温度场和热应力分布.结果表明:温度从涡轮箱至轴承体逐渐降低,呈现明显的温度梯度,涡轮箱的最高温度比初始废气温度低71.5℃左右;由于隔热罩的隔热作用和冷却水、机油的双重冷却作用,轴承体的温度较低;由于轴承体内部和表面区域温差较大,其热应力较高.与实验对比,轴承体温度的仿真值与实验值误差最大为7.2%,说明该仿真方法具有较高的精度,能为增压器的设计和优化提供一定的理论依据.     

涡轮增压器涡轮壳流固耦合计算分析

以某型号涡轮增压器涡轮壳为研究对象,利用三维solidworks软件建立了几何模型。利用ICEM-CFD软件对模型划分网格,并运用FLUENT软件模拟涡轮壳的传热和流体流动,以及流体与涡轮壳之间的耦合传热,得到内部流体压力、速度及壳体表面温度分布情况。结果表明,流体速度、压力在靠近壁面处较高,而在靠近螺旋段中心区域处明显降低,壳体表面温度分布较为均匀。研究结果可为涡轮增压器结构优化提供参考。     

燃气轮机叶片前缘旋流冷却的热流固耦合数值研究

为了探究旋流冷却的热流固特性,建立了旋流冷却热流固耦合模型和纯流体模型,在相同边界条件下对两种模型的旋流冷却性能进行了对比研究,同时分析了热流固耦合模型温度场与结构场的分布特性。研究结果表明:固体壁面导热对冷气的流动影响较小,但对流体区域的换热会产生一定影响,热流固耦合模型下靶面的换热强度分布更为均匀,沿冷气流动方向高低换热区域的换热强度差异逐渐减小,各喷嘴进口对应高换热区域的换热强度沿流动方向逐渐增大,热流固耦合模型下靶面的平均换热强度比纯流体模型减小了5.05%;固壁导热对靶面温度有着显著影响,热流固耦合模型靶面温度分布比纯流体模型更为均匀;热流固耦合模型固体区域的整体温度沿着冷气流动方向逐渐升高,整体应力则沿冷气流动方向先增大后减小,靠近叶根和叶顶的区域出现应力集中;整体应变的变化趋势与整体应力变化趋势类似,但在固体传热面上,中部区域出现低应变区域。     

还原炉冷却模块流场与温度场耦合数值分析

为准确、深入地了解还原炉冷却模块在工作状态下的温度场及冷却水的流场分布,基于热-流体耦合理论,采用STAR-CD流体分析软件对还原炉冷却模块进行流场与温度场耦合数值分析.由耦合数值分析结果表明,冷却模块的冷却效果比较好,炉壳外表面中心部位温度为60℃,符合设计要求,此冷却模块可以满足实际生产需要.     

基于热-流体耦合理论对还原炉冷却模块温度场的研究

基于热-流体耦合理论, 采用流体分析软件STAR-CD对还原炉冷却模块进行了流场与温度场耦合数值分析,讨论了水垢厚度、水流速度、水管直径、水温及水管间距对温度场的影响.该模型不仅可以用于冷却模块的设计和耐火材料的选取,还可以用于分析判断冷却模块的损坏程度.     

轴向通风永磁同步电机三维热网络模型

轴向通风电机中的冷却介质存在温差,直接影响电机的温度场分布.针对这一问题,建立了轴向通风永磁同步电机中冷却气流的数学模型,并与永磁同步电机本体结构的热网络模型相结合,构建了整体三维热网络模型.建立了描述导纳矩阵、网络节点温度、冷却气流温度之间关系的节点方程,得到了轴向非对称的温度分布,克服了传统T型网络法的不足.运用有限元软件进行流体场和温度场的耦合仿真,对比两者得出的温度值,证实了该三维热网络模型的可行性.     

气冷涡轮叶栅流动及热应力特性的数值研究

采用CFX商用软件的不同湍流模型对NASA-MarkII高压燃气气冷涡轮叶栅进行气热耦合计算,着重分析了叶栅内部流动情况及传热特性.与实验结果比较,k-ω-SST-GammaTheta湍流模型计算结果与实验结果吻合较好.应用ANSYS11.0商用软件对气冷涡轮叶片气热耦合温度场结果进行热应力计算.结果表明,涡轮叶片温度场求解结果对叶片内部热应力分布具有显著影响.     

涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析

分析高速电主轴的发热和散热特性,建立高速电主轴热态分析有限元模型.运用 ANSYS有限元软件,分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响.分析结果表明,提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升,但对转子轴的温升影响很小,要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命,必须研究转子轴的冷却途径和方法.同时,仿真分析转速对电主轴温升的影响,揭示电主轴温度场分布的非线性特征,为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据.     

振荡冷却活塞温度场及热机耦合分析

为分析内冷油腔对活塞的降温效果,对振荡冷却活塞在热负荷、机械负荷及热机耦合作用下的温度场及应力应变分布规律进行研究。采用VOF（volume of fluid）多相流模型、动网格技术等对活塞内冷油腔内机油的振荡传热过程进行Fluent数值模拟,得到内冷油腔各壁面换热系数;将结果映射到活塞固体表面,对活塞分别加载热负荷、机械负荷以及热机耦合作用,对比分析活塞在内冷油腔冷却前后的温度场变化,得到其热应力、机械应力以及耦合应力的变化规律。结果表明,采用内冷油腔进行冷却后,活塞各区域温度均有不同程度下降,其中活塞最高温度下降7.5%;活塞受热机耦合作用下的最大应力小于两者单独作用的结果之和;进行油腔振荡冷却后,活塞的热应力和耦合应力也有不同程度降低。所得到的活塞在内冷油腔冷却前后的应力分布规律,可为活塞内冷油腔的优化设计提供理论参考。     

连铸结晶器中凝固壳厚度的计算及验证

基于流动场与温度场非耦合假定，建立了连铸结晶器中三维凝固壳厚度分布的计算方法，合理地解决了非耦合计算时流动场与温度场计算域的衔接问题．提出了铸坯表面换热系数的确定方法．用所建立的方法应用于实际板坯连铸过程，进行了其结晶器中三维温度场的数值计算，获得了三维凝固壳厚度分布．对实际板坯漏钢时形成的坯壳厚度进行测定，结果验证了本文的模型正确，处理方法可行     

圆形喷嘴内部结构对射流冲击换热性能的影响

研究了内部结构分别为柱状和锥状喷嘴的射流冲击换热性能.在初始条件和边界条件相同的情况下,利用计算流体力学软件Fluent对两种喷嘴的冲击换热过程进行了热流耦合模拟.对流固交界面的压力、剪切力、湍流强度、对流换热系数等流场和温度场数据进行对比分析.模拟结果表明,锥状结构喷嘴的射流冲击换热性能明显优于柱状结构的喷嘴.所得结论对热轧钢超快速冷却设备喷嘴的设计具有指导意义.     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

中厚板控制冷却数学模型

介绍了中厚板控制冷却过程中所用的数学模型,包括差分模型、空冷和水冷换热系数模型、比热和热传导率模型,并采用有限差分法模拟计算了钢板在冷却过程中厚度、宽度方向上的温度场分布,以及间歇冷却对控制冷却的影响·从模拟结果可以看出,返红时间、厚度上温度梯度随钢板厚度增加而增加;间歇冷却时钢板内部温度呈均匀下降,表面不断冷却与返红过程·在线应用证明该套数学模型计算精度较高,可以满足现场实际生产的要求·     

纵向导热对错流式微型换热器总包换热系数的影响

采用三维数值模拟获得错流式微型换热器温度分布、总包传热系数和传热单元数,给出了总包传热系数关联式,通过一维对流一导热耦合模型给出纵向导热影响系数K．K为流体质量流量、流体比定压热容、流体和间壁固体热导率及换热器结构尺寸的函数．用K和关联式求得的总包换热系数相乘的方法预测错流式微型多通道换热器的总包换热系数,与模拟结果吻合较好．     

层流冷却方式对中厚板温度场影响的数值模拟

针对“首钢”中厚板轧后冷却设备的布置特点,在分析中厚板轧后冷却传热特点的基础上,利用有限差分法模拟了轧后不同层流冷却方式对中厚板温度场分布的影响.模拟结果表明:中厚板内外温差随着冷却速度的增加而加大;同等冷却速度下,为了达到相同的终冷温度,不同的层流冷却方式对中厚板厚度方向的冷却速度和温度分布产生重要的影响.为了达到相同的冷却速度,且在不加大中厚板内外温差的情况下,使喷淋冷却水变稀并且间断开启集管的方式是中厚板冷却的最佳方式.     

燃气轮机火焰筒肋化壁面逆流气膜冷却的数值模拟

针对燃气轮机火焰筒肋化壁面逆流气膜冷却的问题,建立了火焰筒内壁面冷却传热的流固耦合数学模型.考虑湍流切应力的传播,近壁利用k-ω模型的鲁棒性,捕捉黏性底层的流动.主流区域利用k-ε模型避免k-ω模型对入口湍流参数过于敏感的劣势.SST k-ω模型是用混合函数将k-ω模型和k-ε模型结合互补所取得的更适合本问题的湍流模型.数值分析结果清晰展示了计算域流体的流场、温度场及火焰筒肋化壁面的温度场分布,并与文献中的实验结果符合良好.     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.     

连铸方坯动态轻压下位置

为准确确定铸坯凝固末端的位置,合理选择压下区域,为实施动态轻压下提供有效技术手段,利用数值模拟方法计算某炼钢厂2#铸机连铸方坯中温度场,用传热模型分析了45#钢在某工艺下的铸坯温度分布图。固相率0.3为轻压下初始点,压下区间总长度为10 m且拉速0.76 m/min时的压下量为0.7 mm/m。