蜂窝面迷宫密封内流动和总温升特性的研究

研究了典型燃气轮机蜂窝面迷宫密封内的流动和总温升特性,并与光滑面迷宫密封进行了比较.采用标准k-з紊流模型数值求解了三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,计算了2种流量、不同转速时蜂窝面和光滑面迷宫密封的内流场以及间隙热系数.计算得到的蜂窝面和光滑面迷宫密封的间隙热系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性.研究结果表明:在相同转速、径向间隙和流量条件下,蜂窝面迷宫密封的总温升高于光滑面迷宫密封,即蜂窝面迷宫密封的间隙热系数高于光滑面迷宫密封,表明蜂窝面的阻尼作用提高了间隙热系数.对于蜂窝面和光滑面迷宫密封,其总温升和间隙热系数随转速的升高而增大,随流量的增大而减小.对于蜂窝面迷宫密封,在相同转速条件下,泄漏流量的增大使得子午面上速度增大,但密封内的泄漏流动形态基本相似,光滑面迷宫密封内的泄漏流动形态也具有类似特性.     

基于效率分析的凸轮转子叶片马达液膜厚度设计

介绍了一种新型凸轮转子叶片马达的结构特点及工作原理.通过平行平板间隙流动模型及平行圆盘缝隙径向流动模型建立了该马达的泄漏数学模型,从而得出马达液膜厚度与容积效率间的关系.通过绝对黏度模型分析计算了凸轮与隔板及定子两关键摩擦副之间的摩擦力矩,从而得出马达液膜厚度与机械效率之间的关系.基于某三轴无磁仿真转台的凸轮转子叶片马达实例分析,综合考虑马达的容积效率和机械效率得出了使马达总效率最高的最优液膜厚度.研究结果为该类叶片马达的关键摩擦副之间液膜厚度优化设计提供了理论依据,从而可对马达设计及加工过程中凸轮转子、定子及隔板等关键零件提出相应的尺寸精度、几何精度及表面粗糙度等要求.     

两级刷式密封泄漏特性的实验与数值研究

基于刷式密封的泄漏量实验测试平台和Non-Dareian多孔介质方法的泄漏流动数值模型,详细研究了密封间隙、压比和转速对两级刷式密封泄漏流动特性的影响规律,分析了两级刷式密封的泄漏流动形态以及刷丝束表面的压力分布规律.结果表明:在相同的间隙和转速下,两级刷式密封的泄漏量随着压比的增加而增大;在相同的转速和压比下,两级刷式密封的泄漏量随着间隙的增加而增大;在相同的压比和间隙下,两级刷式密封的泄漏量随着转速的增加而减小.转子高速旋转时产生的离心伸长效应使密封间隙减小,因此数值计算时考虑转子的离心伸长效应对密封间隙的影响可以更加准确地预测两级刷式密封的泄漏量.     

卧式水轮发电机组主轴旋转密封泄漏量的计算

为了解决卧式水轮发电机组主轴旋转密封处泄漏量较大的工程实际问题,本文从缝隙流动基本理论出发,由简单的平行平面间隙流动逐步演化到锥面环形旋转密封间隙中实际流动,在水力上对该种间隙密封进行了较详尽的推导,建立了泄漏量与密封结构几何参数及机组运行工作参数之间的函数关系,指明了减小该种型式密封泄漏量的有效途径。     

船舶艉轴密封装置动态环境下的热态性能模拟分析

船舶艉轴密封装置工作时,其密封环连续接触产生摩擦热,引起密封端面的温升以及热变形.通过SolidWorks软件建立密封环的温度场模型,采用ANSYS 13.0有限元分析软件,模拟不同弹簧压缩量下密封环的温度场,获得端面的温度分布、应力分布规律以及时间响应下的动态特性.研究结果表明,密封环温度随着弹簧压缩量的增加而升高;密封环的瞬时温度约0.5h可达到稳定状态,且不同弹簧压缩量下的密封环温度满足实际使用温度范围.     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

基于损耗实验的电主轴温度场分析

目的分析高速电主轴温度场分布情况,为研究高速电主轴温升、热变形预测提供理论依据.方法建立高速电主轴1/4三维有限元模型,基于损耗实验计算主轴电机及轴承生热率前提下分析高速电主轴温升分布情况.通过电主轴测试系统建立温升实验,测量高速电主轴外壳不同部位温升验证有限元仿真结论.结果仿真结果表明:高速电主轴稳态温度场中转子处温度最高,温度为84.4℃;高速主轴壳体最高温升出现在电主轴轴头处,温升为23℃,与实验结果相比误差为8.6%.结论通过分析温升仿真和实验得到高速主轴外壳不同部位温升不同,外壳温度变化是一个非线性变化过程,前2000s温度快速升高,2000s后温度逐步稳定.此结论为有效控制高速主轴温升,减小主轴变形及提高主轴精度提供理论基础.     

考虑热力学效应的涡轮氧泵口环间隙泄漏特性研究

为精确分析口环间隙泄漏特性及泄漏流动对液氧泵内流场的影响,本文基于SST k-ω湍流模型与High Resolution算法,对某涡轮氧泵进行了全尺寸整场数值模拟,研究了不同流量工况下热力学效应对液氧泵外特性、口环间隙泄漏量及空化特性的影响。研究结果表明,在额定工况点附近,Б.B.奥夫相尼科夫公式预测口环间隙泄漏特性相对准确,偏流量工况下各经验公式预测精度下降;等体积流量下,工质为液氧时泵效率较常温水介质高4%,口环间隙泄漏量大于水介质下,且泄漏量差值与流量相关;等温条件下,介质温度对口环间隙泄漏量影响较小,额定工况下高温液氧泄漏损失较大;考虑热力学效应后,泵腔口环间隙内的温升随流量减小而增大,120%～40%工况下温升约为1～3 K。液氧泵扬程与效率较等温条件结果略有升高,口环间隙进出口涡量增大、泄漏量明显减小,泄漏量减小数值与流量成反比,最大减小量为3%,同时口环间隙内空化加剧。     

地铁用电机传热特性数值模拟与实验研究

为研究电机的超温问题,以负载状态的地铁用电动机为例,考虑电机结构的不对称性,建立三维全域物理模型。采用ANSYS软件,旋转部件应用多重旋转坐标系,进行流动与传热耦合仿真计算,探究了额定状态下电机内流场和温度场分布特点,以及转速和环境温度对其流动、传热特性的影响。此外,采用预埋热敏电阻的方法对在额定工况运行的电机定子线圈进行测温,验证了数值模型的可靠性。数值分析结果表明:从纵截面来看,轴向中心平面偏非传动端侧约25mm处温度最高;从横截面来看,机箱底部与接线组支撑组件的夹角范围内温度最高,故全域模型比对称模型更合理。此外,随着电机转速增大,定子线圈最高温度近似线性升高,转速平均每升高1 000r/min,定子线圈最高温度升高6.2%,最高温升升高7.5%;随着工作环境温度升高,定子线圈最高温度近似线性升高,定子线圈最大温升也有小幅升高,环境温度平均每升高10℃,最高温度提高10.1%,最高温升提高2.3%。     

凸轮泵转子设计及内部瞬态特性数值模拟

以两叶、三叶凸轮泵为主要研究对象,首先建立渐开线型两叶、三叶凸轮泵转子型线,然后以CFD软件Fluent为工具,采用RNGk-ε湍流模型和PISO算法,并且借助Fluent动网格技术和UDF函数对凸轮泵内部流场进行非定常的动态数值模拟,研究凸轮泵内瞬时流场分布以及压强、速度变化规律.结果表明:基于动网格技术的凸轮泵内部流场的动态数值模拟,能够较真实地反映凸轮泵内部湍流流动的流场分布以及两叶、三叶凸轮泵内部流场的压强和速度的动态变化.由于凸轮泵转子之间、转子与泵内壁间间隙的存在,高压区域会通过间隙向低压区域高速返流,且压差越大涡旋越强,回流冲击越大,最终结果使得工作腔的压力升高.不管两叶还是三叶转子在转动时内部都会产生涡旋现象,且涡旋的位置、形状和大小随着转子的转动而周期性地产生、发展和消失.     

工艺参数对IN690合金管材热挤压出口温度的影响

结合等温压缩实验获得的IN690合金本构关系,建立了该合金管热挤压过程的有限元模型,该模型考虑了坯料与模具的热传导、对流换热及摩擦功与塑性功的热转换.模拟结果表明:坯料在变形区附近温度开始升高,进入变形区内急剧升高,且在模孔出口靠近芯棒处温度达到最高,芯棒附近的温度大于挤压筒附近的温度;填充挤压阶段结束时出现最大温升.分析得到了工艺参数对出口温度的影响规律:挤压速度越大,出口温度越高,速度过慢将会使出口温度下降严重;坯料预热温度越高,出口温升越小;当摩擦因数小于0.04时,摩擦因数对出口温度影响很小,但摩擦因数大于0.1时出口温度明显升高.     

基于多孔介质模型的刷式密封泄漏流动特性研究

采用数值求解基于多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程技术，对刷式密封内泄漏流动特性进行了详细的数值研究．根据刷式密封的泄漏量试验数据，确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数．利用所确定的渗透率系数，数值计算和分析了7种压比和5种径向间隙条件下的某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态，并且与迷宫式密封进行了比较．结果表明：在相同的压比下，刷式密封的泄漏量小于迷宫式密封；压比影响刷式密封的泄漏量，但对泄漏流动形态的影响可以忽略；径向间隙不仅影响刷式密封的泄漏量，而且影响泄漏流动形态；在相同的径向间隙下，压比越大则泄漏量越大；在相同的压比条件下，径向间隙越小则泄漏量越小．研究工作可对刷式密封在汽轮机中的应用提供理论依据和技术参考．     

叶轮口环结构对离心泵性能及流场的影响

为了揭示叶轮口环间隙及结构型式对离心泵性能的影响,以IS80-65-160离心泵为模型载体,采用RNG k-ε湍流模型,对不同叶轮口环间隙及口环结构型式下的离心泵内部流场进行数值模拟,分析叶轮口环间隙对离心泵的效率、压力场和速度场的影响规律;研究3种环状结构型式的叶轮口环对离心泵性能的影响机制。研究结果表明:叶轮口环间隙的变化改变了离心泵内部流场的流动状态,影响其前、后泵腔处的压力分布,间隙内部的速度发生明显变化;锯齿形口环泄漏量最多可减少16.2%,容积效率提高,轴向力降低,锯齿形叶轮口环结构可提升离心泵2%的水力效率;流经两环状结构空腔的流体,过流面积增加,产生剧烈旋涡,并进行能量耗散,阻止了流体压力能的恢复,分散了经密封齿隙高速射出的流体的动能,间隙内部流体的速度梯度和压力梯度增大,湍动状态加剧,流动阻力增加。     

OPLC光单元温度应力特性及传输特性的研究

针对光纤复合低压电缆(OPLC)在正常状态和短路故障状态时的工作特性,应用COMSOL多物理场仿真软件建立温度、应力和波动光学的耦合模型,分析光纤在这两种工作状态下温度场对应力场的影响,光纤在热应力作用下的形变,光纤在热形变基础上的传输特性,并研究OPLC短路对光纤传输特性的影响。结果表明:OPLC温度升高会使光纤几何结构发生变化,正常工作时的温升引起光纤的热变形远大于短路瞬态温升引起的热变形;正常工作时光纤存在一定的传输损耗,短路故障不会造成光纤传输损耗进一步增大,光纤在两种工作状态下的传输特性基本一致。     

超临界二氧化碳钻井岩屑速度分布数值模拟研究

超临界二氧化碳钻井技术能有效发现和保护油气藏,提高机械钻速,降低成本,对开发非常规油气资源有着巨大的优势.基于计算流体力学理论,考虑超临界二氧化碳物理特性,分析了超临界二氧化碳钻井液温度、压力、流速和钻杆偏心度、屈曲条件对岩屑速度分布的影响规律.结果表明:温度、压力影响超临界二氧化碳物性进而影响超临界二氧化碳携岩速度,岩屑速度随着温度的升高而降低,随着压力的升高而升高.受偏心环空和重力的综合影响,岩屑在环空流动过程中产生了指进现象,宽间隙岩屑速度明显高于窄间隙岩屑速度;偏心度越大,宽窄间隙内岩屑速度分布差异越明显.在钻杆发生屈曲的窄间隙处岩屑体积分数急剧升高.通过地面设备,精确控制井底温度和压力、调节泵排量,采用钻杆扶正器,建议将偏心度控制在0.6以内,提高超临界二氧化碳钻井岩屑运移效率,为超临界二氧化碳钻井设计提供理论指导.     

高速电主轴温度分布及其影响因素

目的分析170SD30电主轴温度场分布情况,为提高主轴加工精度提供理论依据.方法建立电主轴数学模型及1/4三维几何模型,实验验证电主轴模型的可靠性.利用COMSOL软件模拟电主轴的温度分布,研究主轴转速、径向磨削力对电主轴温升的影响.结果电主轴的最高温度出现在后轴承处,温度为47.7℃;电主轴最低温度出现在冷却水水道处,温度为16.2℃;转子到定子间的空气温度迅速递减;在冷却液流量达到0.35 m3/h时,对比电主轴后轴承外表面处温度的实验数据与模拟数据,平均温差为0.25℃,误差为1.3%.结论轴承和转子处于高温区,由于轴承发热率大,而后轴承所处位置的结构不利于散热,导致后轴承温度最高;由于定、转子间隙的传热系数低,致使转子到定子的温度急剧降低;转速对后轴承温升影响最大,而磨削力对前轴承温升影响最大.     

组织液定向流动的动力学机理与人体经络现象

研究了在人体小腿穴位深处骨间膜等毛细血管相对缺少的结缔组织中的组织液流动.解剖发现人小腿穴位处骨间膜上毛细血管和胶原纤维的分布呈与经络方向一致的平行排列.据此建立了组织液流动两维渗流模型,采用多孔介质来模拟平行胶原纤维等细胞外基质所构成的组织间隙,通过计算流体力学数值计算,得到了血压、组织压、毛细血管间距、毛细血管壁渗透系数以及多孔率等参数对流场的影响,其结果都与生理现象相吻合.计算结果显示了平行胶原纤维的存在使得组织液流动更加均匀,为组织间隙中的物质交换和细胞生存提供更加有利的条件.组织液的流动会对其中的肥大细胞会产生较大的壁面剪切应力,血压和组织间隙压等参数会对切应力产生较大影响.     

干接触体滑动过程温度场的计算

该文建立无润滑条件下滑动接触模型,考察相对滑动过程中摩擦热的产生以及传导,并研究了工程实际中对胶合、磨损、局部塑性变形有重要影响的局部温升。利用快速Fourier变换,求解L ap lace热传导方程,获得了光滑及粗糙表面的瞬时温升,以及接触体的体内各离散点的温度,从而得到半无限体干接触的温度场。结果表明:局部接触压力和摩擦因数以及相对滑动速度是和摩擦热直接相关的3个参数,在相同载荷下的粗糙峰表面接触处的瞬时温升远高于光滑表面接触处的温升。     

叶顶间隙对离心压气机的多工况性能影响

为研究多工况下不同叶顶间隙尺寸压气机的性能差异及规律,运用Fluent软件对4种不同间隙尺寸的半开式离心压气机模型进行了数值模拟计算和比较分析.研究结果表明,随着叶顶间隙的增大,压比与效率出现了不同程度的下降,且随着转速提升,下降趋势愈加明显,但在小间隙范围内,稳定工况范围和失速流量点却得到了提升;在相同叶顶间隙下,随着质量流量的递减,叶轮叶片背面均出现了明显的分离流动现象且流道中出现了明显的回流.同时,仿真计算结果与试验数据误差较小,验证了计算方法的准确性.     

柱面螺旋槽干气密封微尺度流场数值模拟

针对极端工况下的流体机械动密封问题,提出了新型的柱面螺旋槽干气密封.基于柱面微间隙气膜的结构特性,首先用Solidworks建模软件和Workbench的DM模块联合建立了柱面螺旋槽微尺度气膜模型,其次用专业网格划分软件ICEM CFD独有的block映射技术划分高质量的计算域网格,最后通过CFD流场仿真软件Fluent对微间隙的三维流场进行数值模拟计算,并通过改变工况操作参数,得到相应的泄漏量和浮升力.计算结果表明:在偏心率为0.5时,随着转子的转动,气膜压力升高0.218 MPa,气膜最薄区域的槽根部为压力最大值;流速在气膜最厚区域出现最大值,整体流速与压力呈现反比例分布;对比分析无偏心结构气膜模型,发现没有压力升高现象;浮升力和泄漏量都随转速和压差的增大而增大,对比发现压差对浮升力和泄漏量的影响更大.