高温高压模拟井筒流固耦合传热建模与数值求解

模拟井筒加温系统是用于模拟井下高温高压环境,对射孔器材进行高温性能检测的一种实验装置。模拟井筒为耐高温高压的厚壁圆柱形封闭腔体,为研究加温过程中腔体内流体与厚壁腔体之间的动态耦合传热过程,根据模拟井筒加热物理模型,建立了模拟井筒耦合传热数学模型。应用有限差分法离散模拟井筒耦合传热数学模型,得出厚壁井筒和腔体内流体数学模型的离散格式。使用迭代法分别计算厚壁井筒与腔体内流体区域的传热过程,在厚壁井筒与流体的交界边界处应用热平衡法进行耦合传热计算,求解模拟井筒耦合传热温度场,腔体内流体区域采用投影法对数学模型进行求解。通过仿真计算与实验结果的对比,验证了建立的高温高压模拟井筒流固耦合传热模型的正确性。     

某厂常压热水锅炉房的改造

本文分析了常压热水锅炉的优劣,并对某厂的热水锅炉房进行改造。主要通过调整膨胀水箱的位置和重新对热水循环泵选型两方面,将有压锅炉房改造为常压锅炉房。     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42mm,最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79Mpa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

分层缺损对复合材料结构压缩强度的影响

 以碳纤维增强环氧树脂基复合材料结构为研究对象,设计了含有预埋分层缺陷复合材料层合板的典型试件及压缩试验装置,采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了分层缺陷位置、大小对结构压缩强度的影响.研究结果表明,分层缺陷的位置会改变层合板的分层形式,且小尺寸分层缺陷对于层合板的压缩强度几乎无影响.此结论可为复合材料结构应用于飞机结构的设计和制造提供依据.     

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。     

基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析

根据高温泵零件二维图,应用Pro/E软件对高温泵内叶轮结构模型及整机水体模型进行实体建模,采用CFX软件对高温泵内部流场进行数值模拟,分析了泵内部的压力随不同工况的变化情况,基于流固耦合利用Ansys软件对叶轮施加静力载荷,进行应力应变分析,揭示了整个叶轮的变形情况及应力分布.结果表明:首级结构的对称性使其变形较为均匀,应力应变分布较为规律;水泵叶片根部两侧存在明显的集中应力,并且应力逐渐向叶片外侧扩散,叶片外缘所受到的应力值很小,应力集中点为次级叶片与轮毂相交处靠近进口的位置;在不同工况下叶轮最大静应力随着高温泵轴功率的增大而降低,且线性关系较差.     

直角三通加热结构的多物理场耦合数值分析

以盘式干燥机加热盘为研究对象,为了研究其内部流场、温度场及热应力分布情况,将加热盘简化为三通管结构,提出了流-固-热-力多耦合分析方法,建立有限元模型,联合有限元软件ABAQUS求解4种时间下(0s,30s,60s,90s)加热盘的流场、温度场以及热应力分布.结果 表明模型内通入高温烟气,加热盘入口处温度最高,随着时间...     

煤体强度对煤壁稳定性影响的数值分析

文章用运数值模拟对晋华宫矿7#煤层8210工作面进行大采高工作面煤壁片帮进行了分析,主要考虑煤体强度对煤壁的水平位移的影响。在支架额定工作阻力大于12000kN时,工作面快速推进可确保煤壁不片帮;来压期间支架运行平稳,工作面煤壁保持相对稳定。     

基于ANSYS/LS-DYNA的某型训练弹跌落强度流固耦合仿真分析

为分析某型训练弹发射后的跌落强度,该文采用了基于ANSYS/LS-DYNA的流固耦合方法。通过霍普金森压杆试验系统获取所选材料的非线性本构关系,建立了弹体、水、空气耦合的多物质仿真模型。基于Euler/Lagrange罚函数耦合算法建立约束方程,实现力学参数的传递。对训练弹发射后跌落入水的整个过程进行了数值模拟和仿真分析,得出训练弹在流体冲击载荷下产生的应力应变。计算结果表明:训练弹水平跌落入水瞬间,与流体接触的部位出现微小弹性瘪凹;入水后,应力迅速减小并趋于稳定,弹性变形消失;在训练弹距水面10 m高度自由落体平溅入水的工况下,弹体强度满足要求。该方法同样适用于其它具有大变形和非线性性的流体冲击问题。     

快速排采对低渗透煤层气井产能伤害的机理研究

我国煤层的渗透率普遍偏低,一般比美国低2～3个数量级,并且煤岩本身具有强压缩性,进而导致我国煤层普遍具有压力敏感性强的特点.山西宁武盆地煤层含气量较高,在10～20m3/t之间,但试采结果并不理想.为了探索该问题,通过建立煤层气井流固耦合数学模型,对煤层气井的降压制度进行拟合,分析煤层气井附近储层降压漏斗的扩展情况和储层压力变换情况.结果表明,过快的排采制度使煤层气井筒附近煤储层在短时间内受到较为严重的伤害,煤层气渗透率急剧降低,阻碍煤储层降压漏斗的扩展,煤层气无法大规模解吸,因而无法形成长期稳定的单井规格产量.     

基于流固耦合的隧道断层破碎带注浆加固圈厚度分析

隧道穿越富水断层破碎带常发生突涌水及围岩变形失稳等地质灾害,帷幕注浆是治理隧道断层破碎带的有效方法,通过帷幕注浆在隧道周边形成注浆加固圈,降低围岩渗透能力,提高隧道周边围岩强度。为确定合理的注浆加固圈参数,提高注浆加固效果,基于流固耦合理论对隧道周边渗流场、应力场和位移场进行了数值模拟,分析了不同加固圈参数对隧道涌水及变形规律的影响。研究结果表明：随着注浆加固圈厚度的增加,隧道涌水量和变形量均减少,但当加固圈厚度大于一定值时,涌水量及变形量变化均趋于平缓。根据数值模拟结果得出最合理的注浆加固参数并指导工程设计,研究结果对于完善帷幕注浆理论和指导类似工程注浆设计具有一定的借鉴意义。     

飞艇柔性变形对气动特性的影响研究

软式飞艇在低充气内压和来流共同作用下,其整体结构刚度较小,应视为柔性体.飞艇所产生的柔性变形和流场之间的耦合已经成为大家越来越关注的问题.利用数值方法模拟了平流层飞艇外流场和柔性变形的非动态相互耦合作用,并通过风洞实验验证了所建薄膜体变形和流场数值模拟及气动载荷耦合计算模型的适用性.利用该模型进一步确定外流场作用下艇体柔性变形对总体性能的影响,对平流层柔性飞艇的工程应用具有一定的参考价值.     

高凝油藏中蜡沉积对开发效果的影响

针对高凝油注水开发中蜡析出造成孔隙堵塞、渗透率下降这一问题,推导蜡沉积量与孔隙度、渗透率变化关系,建立水驱油藏渗流场与蜡沉积的耦合模型,对比地表水常温及适当升温(25、35、45、55、65℃)注入时,含水饱和度分布及孔隙度、渗透率降低情况。结果表明:注入冷水导致近井地带温度降至析蜡点以下,蜡晶颗粒大量析出,地层采出水(45℃,不加热)回注时,注水1 a后水井附近30 m温度受到影响,平均累积沉积量约占孔隙体积的4%;随着温度降低,含水饱和度前缘跃变程度减弱,渗透率与初始渗透率比值由93%降到72%;地层冷伤害随时间延长加剧,但增加速率逐渐减小,并逐渐向油层深部推进。     

铸轧温度和辊套厚度对辊套应力场的影响

针对铸轧辊套在复杂工况下承受较大的耦合应力时容易产生疲劳磨损和表面开裂问题,应用AN-SYS软件建立了铸轧辊辊套二维模型,得到了辊套的温度分布规律;通过间接法将热分析结果导入结构模型中,得到了辊套在热应力、过盈装配应力和铸轧力共同作用下的应力分布规律,以及不同的铸轧温度和辊套厚度对辊套应力值大小的影响。结果表明:辊套厚度大于25mm和温度为500℃的工况对延长辊套寿命有利。     

深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响

针对深基坑施工引起的环境变形问题,采用流固耦合数值方法,探讨了深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响规律.依托工程实例,采用基于Biot固结理论的流固耦合分析方法,通过力学和渗流交替迭代计算模拟开挖降水的耦合作用,并以实测数据验证该方法的合理性.建立三维数值分析模型,对比有无降水条件下基坑的墙体变形和地表沉降,获得深基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降曲线,并与相同水位变化下一维固结理论的计算结果对比,探讨两者间的差异及其产生机理.研究结果表明:深基坑降水对墙体变形影响较小,但会明显增大坑外地表总沉降量及其影响范围;基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度以外,与一维固结理论的计算结果相同;墙土共同作用是导致深基坑降水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度范围内波动的主要原因.     

风载荷作用下球形储罐的流固耦合分析

以某石化企业的丙烷球形储罐为研究对象,在ANSYS Workbench平台上充分考虑球罐的几何完整性和风载荷分布不均匀性,进行流固耦合计算分析。具体方法是先对球形储罐的外部空气流场进行三维数值模拟得到绕流流场分布,然后将流场计算结果加载到球形储罐外表面,进行结构静力学分析。结果表明：风在球形储罐附近发生绕流时,流速先增大后减小,并在球壳和支柱背风面形成漩涡,流动分离的位置随风速增大向后推迟;风流在球形储罐迎风面形成正压区,在非迎风面形成负压区,球壳迎风面风压呈同心圆环形对称分布,由中心向边缘风压逐渐减小;球形储罐在风载荷作用下的应力较设计工况下的显著增大,经应力线性化分析和强度校核,该球形储罐满足标准要求。     

ANSYS流固耦合离心风扇的强度计算

离心风扇是电机上的重要旋转部件,必须具有足够的强度和刚度,才能保证电机持续有效的安全运转。传统的电机设计中,对离心风扇的设计主要考虑其风压和风量的计算,对风扇的强度和刚度一般仅限于理论计算,随着目前单机容量的不断增大,风扇的直径也随之增大,对其强度和刚度提出更高的要求,传统的计算方法已经不能满足其使用要求,有限元法应用于机械结构的强度和刚度设计,对于离心风扇如此重要的旋转部件,除了离心力对其强度和刚度的影响,风扇运行时,叶片承受较高风压,此均布载荷的作用,也会对风扇的强度和刚度产生重要影响,本文基于ANSYS流固耦合的基础上,先后对风扇进行结构、流场分析,采用顺序耦合的方式,对离心风扇进行强度和刚度分析,具体以某变速恒频1.5 MW风力发电发电机组,双馈风力发电机离心风扇为例,对其进行流固耦合设计,并将计算结果作了详细比较。结果表明,流场对离心风扇的强度和刚度有较大影响,该结果将对电机离心风扇强度和刚度设计提供理论依据。     

缺陷对音叉型结构临界载荷的影响

利用普适工折定理研究了多重缺陷对音叉型结构临界载荷的影响,给出了由缺陷引起的结构临界载荷改变量的下界估计公式及有效的数值计算公式。     

基于流固耦合的砾石泵内部流场数值分析与试验研究

为研究砾石泵内部流场分布规律,在流固耦合理论的指导下,本文采用软件仿真的方式对某砾石泵内部流场规律进行了研究。文中首先根据砾石泵内部结构建立其三维流体域的简化模型,其次以单相清水为介质,进行砾石泵外特性试验与仿真并进行对比,结果显示:试验值与仿真值误差在6%以内,有效验证了砾石泵流体仿真模型的正确性;再次利用xflow软件对砾石泵进行流固耦合分析,得到了砾石泵内部流体压力与速度分布规律,并预测了内部涡流现象的发生。这为砾石砂泵内部机构的优化设计提供了一定的理论依据。     

二次风旋流强度对燃烧器回流场影响的数值模拟

旋流燃烧器因为能够形成较大的中心回流区,卷吸高温烟气,促进煤粉的着火和稳燃,在工程上得到了广泛的应用。本文采用Real—izable k-ε模型研究了二次旋流风的旋流强度对煤粉燃烧器回流场的影响,分析了不同旋流强度回流区的分布,形状及其大小的影响,为燃烧器设计提供理论依据。