考虑转捩的气冷涡轮气热耦合仿真

以NASA-MARKⅡ跨音速涡轮叶片以及某低压涡轮导叶为例进行了考虑转捩的气热耦合计算. 首先开发了有限差分气热耦合求解器,采用直接耦合方法进行流固区域的数据传递,并采用AGS代数转捩模型来预测叶片表面的转捩流动现象. 然后以NASA-MARKⅡ叶片的5411号试验工况为例对该转捩模型进行了验证,对比表明AGS模型能够预测叶片表面的转捩流动过程,所预测的叶片表面温度分布与对流换热系数分布和实验值吻合较好. 最后采用该耦合求解器对某双腔内冷以及尾缘劈缝的低压涡轮进行气热耦合计算,对叶片的热负荷进行了分析.      

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。     

航空发动机涡轮叶片振动模态影响因素研究

分别考虑离心力场、气动力场、温度场及热力场等因素的影响,使用有限元分析软件ANSYS,对某型航空发动机涡轮叶片工作状态下的振动模态进行分析,并将不同情况下的计算结果与室温静止状态进行比较,发现温度场及离心力场是影响叶片固有振动频率的主要因素,但对叶片的振型影响很小。然后,综合考虑温度场及离心力场的作用,对叶片进行了包含预应力的热固耦合模态分析,得到了叶片工作状态下的固有振动频率及振型。所得结论对航空发动机叶片的设计、改型及使用具有重要的理论意义和工程应用价值。     

航空发动机涡轮叶片振动模态影响因素研究

分别考虑离心力场、气动力场、温度场及热力场等因素的影响,使用有限元分析软件ANSYS,对某型航空发动机涡轮叶片工作状态下的振动模态进行分析,并将不同情况下的计算结果与室温静止状态进行比较,发现温度场及离心力场是影响叶片固有振动频率的主要因素,但对叶片的振型影响很小。然后,综合考虑温度场及离心力场的作用,对叶片进行了包含预应力的热固耦合模态分析,得到了叶片工作状态下的固有振动频率及振型。所得结论对航空发动机叶片的设计、改型及使用具有重要的理论意义和工程应用价值。     

考虑组分扩散的气冷涡轮气热耦合计算

研究了冷气掺混过程中燃气组分变化对气冷涡轮气热耦合计算的影响。求解器为HIT-3D气热耦合求解器,该求解器包含一个流动求解模块与固体温度场求解模块,并通过直接耦合方法来实现流固区域的数据传递。为了研究冷气组分变化的影响,该求解器还求解了冷气组分扩散方程,并将工质热物性质,包括定压比热与气体常数,表示为组分与温度的函数。研究算例为某低压气冷涡轮导叶,同时进行了考虑组分扩散与单工质气体的气热耦合计算。对两种不同计算条件下的工质热力参数以及涡轮表面热负荷进行了比较,结果表明考虑工质组分变化后,在冷气掺混区域,工质气体常数变化很小,但定压比热与叶片表面温度有较大的差异;其中前者降低,后者升高,其最大差值分别为0.1和0.02。     

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.     

流固耦合作用对离心泵关死点内流的影响

为了揭示流固耦合作用对离心泵关死点工况下的内流影响,对一比转数为46的离心泵关死点工况下的结构场和内流场进行了流固耦合数值计算,并对离心泵关死工况下内流计算的边界条件作了详细说明.基于流固耦合计算结果,对比了流固耦合前后关死点扬程预测精度、泵内流场分布和压力脉动的差异,并给出了叶片位移变形.研究结果表明:考虑流固耦合作用对关死点扬程的预测精度影响较小;考虑流固耦合作用后叶轮各流道内的"射流-尾迹"更为明显,蜗壳扩散段的漩涡强度增加,叶轮内压力脉动也呈现出更为明显的周期性;流固耦合作用对于压力脉动幅值频率有较大影响;叶片位移变形从进口到出口逐渐增加,靠近隔舌的叶片位移变形最大.     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大;整机结构附近有明显的气流扰动变化;停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大;入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

气动力作用下旋转叶片的动力特性研究

气固耦合振动是叶片振动的影响因素之一,为了了解旋转机械中叶片在气流作用下的动力特性,使用CFX和ANSYS分别求解流场和结构响应.探讨了叶片在气流激励下的耦合计算方法,将旋转叶片与气流作为一个系统进行气流场与固体弹性结构的瞬态动态响应计算.建立了一个旋转叶片流道模型,对气流场进行全场三维非定常瞬态求解,将非定常气动载荷引入旋转叶片有限元结构计算中,得到叶片在不同转速下的强迫响应,并对其响应位移变化进行分析比较.结果显示在非定常条件下,叶片的不稳定范围位于固有频率附近.此研究为工程上对旋转叶片的动力响应预估和研究提供了一个可行的方法.     

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

元胞自动机和粗集支持下的土地利用变化研究

元胞自动机(CA)可以有效地模拟城市土地利用类型的演变过程,在土地演变过程中需要确定转换规则.该文是用粗集理论来确定元胞自动机(CA)不确定性转换规则的方法,再利用得出的转换规则在matlab中进行编程对城市土地利用类型的演化进行模拟预测.分析结果表明,利用粗集理论得出的转换规则在进行模拟预测后,用卡帕系数得到的结果评价是0.664 6,为高度一致性,用混淆矩阵得到的总精度结果评价为83.49%,与实际情况比较相符.粗集和CA的结合对城市土地利用变化的模拟和预测具有相应的借鉴意义.     

岩石动态剥落破裂的数值模拟

简单介绍了RFPA程序模拟岩石在动态载荷作用下破裂过程的原理和功能,并用该程序研究岩石在动态载荷作用下的剥落过程·数值模拟首先再现了均匀杆在不同的应力波幅值条件下表现出的不同剥落形式,通过与理论比较,证明了RFPA在模拟动态剥落破裂问题时的可行性·以此为基础,RFPA被用于模拟非均匀岩石试样在不同应力波幅值条件下的剥落破裂过程,预测了不同应力波幅值时试样的三个不同的破裂模式·此外,数值模拟还得出试样在动态载荷作用下的强度都高于静态强度的结论,这表明岩石材料力学性质的非均匀性是造成动态强度提高的原因之一·     

一维斯特林发动机的数值模型

以斯特林发动机为模拟对象,将斯特林发动机分为7个单独的部件,采用节点分析法,数值模拟了NASA12.5 kW的斯特林发动机内部的交变流动和换热过程,得出其内部压力、温度、速度、功率和效率等参数的动态变化规律.在设计工况下,模拟结果与现有的测试结果进行了比较,两者结果符合.该数学模型为斯特林发动机的优化设计和运行提供一个有用的工具.     

金属热变形时动态组织变化的模拟

在考虑变形历史对组织变化以及组织变化对变形影响的基础上，建立了金属变形组织变化模拟模块，模拟结果和实验相符合。     

基于k——ω湍流模型的翼尖涡演化过程数值模拟

为深入研究近场翼尖涡的演化过程,同时给远场尾流的计算提供初始参考,建立了飞机着陆状态仿真模型,采用结构化网格对模型进行网格划分,利用转捩修正的SST k-omega湍流模型,通过求解不可压缩的N-S方程对生成的网格进行数值计算,得到了着陆状态下机翼及近翼流场翼尖涡的连续演化过程。研究结果表明：机翼表面形成的两次共转融合涡与次级尾迹涡共同作用于近翼流场,并于0.5L处形成稳定的翼尖涡;在整个演化过程中,翼尖涡受环境因素影响较大,并伴随着较大的能量转换。     

微细塑性成形计算机模拟技术研究

在分析应变梯度塑性理论的发展及其应用的基础上，参考目前一个新的考虑了材料尺度效应的硬化关系，采用理论分析、计算机模拟和实验分析相结合的方法，对微细零件的冲压成形工艺进行了系统研究．利用ABAQUS／Standard的用户材料子程序UMAT编写程序，并成功被ABAQUS调用；运用编写的程序模拟了薄悬臂梁的微弯曲情况，并与实验结果比较分析，结果证实了所采用的本构关系和开发的用户子程序的有效性和实用性。     

自生热泡沫体系在多孔介质中协同作用机制

自生热泡沫体系是将自生热体系和泡沫流体相结合得到的体系。设计研发自生热泡沫多孔介质反应测量装置,包括注入系统、测量系统及出口计量系统,用于研究自生热泡沫体系在多孔介质中的作用机制。研究表明:自生热泡沫体系在多孔介质中呈现出化学反应与泡沫的协同作用,泡沫可以调节化学反应温度分布,使化学反应产热均匀加热岩心,并延缓后续热量散失;利用化学药剂在地层中反应产生泡沫,可以增强泡沫封堵性能;在岩心内部,化学反应程度随渗透率增加而增加,最高反应程度约50%,但泡沫不影响化学反应程度。通过理论计算验证了试验结果的正确性,该体系尤其适用于海上稠油开采。     

间接电化学氧化体系处理废有机溶剂

研究了采用银媒介间接电化学氧化（Ag/MEO）体系对（TBP）进行氧化分解的过程,包括Ag²⁺产生的有关条件以及影响Ag²⁺氧化有机物的相关因素。研究结果表明,Ag/MEO体系对TBP的氧化过程中,先将TBP分解为可溶性小分子物质,再对其进行完全的氧化。在温度为50℃,硝酸浓度为8mol/L,电流密度为1A/cm²的条件下,TBP可以被迅速完全地氧化分解。     

硬聚氯乙烯三通管挤胀成型的有限元模拟及优化

采用Ansys^®通用分析软件对硬聚氯乙烯(UPVC)三通管的挤胀成型过程进行了有限元模拟和优化。通过模拟获得了三通管挤胀成型过程中的主要失效形式。采用单步循环法模拟了不同过渡圆角情况下三通管的成型过程,确定了合理的设计域,在此基础上分别采用子问题逼近法和一阶优化法获得了对于不同过渡圆角情况下三通管优化的设计参数组合。在模拟和优化的基础上,利用自行设计的实验台成功地实现了UPVC三通管的挤胀成型。实验和模拟研究结果表明,挤胀成型方法对于一些特定类型制品的成型是可行的。