保温热力管有限元热固耦合分析

节能是保温热力管道设计的主要任务之一。利用ANSYS有限元软件进行热力管道和保温层的热-固耦合分析。通过建立模型,确定条件和参数,先后进行热分析和结构分析,得到热力管道和保温层沿定义路径各处的温度场和应力场。分析结果不仅为热力管的保温设计提供参考数据,还为热力管道的节能设计提供帮助。     

基于热固耦合预应力的发动机叶片模态分析方法

发动机叶片在工作环境中承受着热载荷、离心载荷和气动载荷的共同作用,导致材料的机械性能发生变化,使得发动机叶片振动频率及形态与室温静止状态有所不同。为了综合考虑各种因素的共同影响,准确分析发动机叶片在实际工作状态下的固有振动频率及振型,运用有限元分析软件ANSYS,由热分析得到叶片的温度场,并将其耦合到结构分析单元,进行结构分析得到叶身的热应力分布后,施加离心载荷与气动载荷,对叶片进行重启动分析,得到叶片的综合应力分布,并以此为预应力对叶片进行模态分析,计算叶片工作状态下的固有振动频率及振型。分析中综合考虑了温度场及应力场对叶片模态的影响,找到了基于热固耦合预应力的发动机叶片模态分析方法。     

基于热固耦合的压裂泵泵头体工作特性研究

压裂泵泵头体是压裂工艺装备中的重要组成部分,其承载能力对压裂工艺技术的发展具有较大影响。针对泵流体吸入排出运动特性分析,建立了柱塞以及输出流量的运动规律曲线,完成了泵头体的热传递以及热变形分析。基于workbench软件热固耦合方法,获得了泵头体内腔的温度场以及应力应变分布场。结果表明:内腔温度场沿水平方向热传导速率最快;泵头体内部结构之间的相互约束及结构的应力集中性是导致温度场热应力产生原因,主要分布在内腔表面以及沿表层内侧厚度60 mm范围内;热应力的存在提高了整个内腔壁面的应力,但对相贯线处应力有一定改善作用。从热固耦合角度研究泵头体正常工况下承载性能,为泵头体的设计提供新思路。     

基于可靠性约束的热固耦合结构拓扑优化

考虑结构的物理参数、几何尺寸和载荷环境的不确定性,尤其是温度场的不稳定性,对热固耦合结构进行基于可靠性约束的拓扑优化设计.首先采用一次二阶矩法得到可靠性指标,并用可靠性指标反映参数不确定性的影响.然后分别以结构柔度最小化和机构输出位移最大化为目标函数,以可靠性指标为约束条件,建立了热固耦合拓扑优化数学模型.最后将伴随矩...     

船体结构流固耦合模态分析

本文提出了一种计及流体与结构相互作用时船体结构模态计算的方法。船体结构用有限元法计算,流体运动则用布置在船体表面的线性分布的三角形元源汇模拟.利用干模态法求得船体结构在流体中前几个谐调的固有频率与国有模态,计算结果与实验值相当吻合。     

热流固耦合动态边界理论研究

基于Biot理论,推导了考虑热渗流作用的热流固耦合问题的基本方程,建立了本问题的热渗流模型,给出了所考虑问题的热流体动力弥散分布概率及各项系数的表达式,进一步建立了微压热液体位移场,讨论了热流体动力弥散因素对多孔介质边界的影响,建立了描述多孔介质的动态边界方程,针对不同的外部因素,分别建立了4种边界模型,并进行了动态模拟.     

基于颗粒流热固耦合模型的片麻花岗岩损伤特性分析

利用颗粒流离散元程序并基于片麻花岗岩室内物理试验,建立数值热固耦合模型,针对不同温度条件下片麻花岗岩的热损伤演化规律展开分析。结果表明:温度导致片麻花岗岩内部产生初始损伤,且初始损伤随温度升高而累积增加;单轴压缩过程中,温度越高片麻花岗岩损伤越早且越剧烈;温度高于80℃,片麻花岗岩有由脆性向韧性转变的趋势。研究成果可为实际工程中片麻花岗岩的温度损伤评估提供一定的指导意义。     

基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法

提出一种基于热固振耦合的某附件壳体蠕变 热疲劳寿命预测方法,主要是基于ANSYS Fluent模块进行流固热耦合,仿真结果得到的附件壳体温度场分布并通过实测数据进行结果验证,再通过温度场数据传递途径结合ANSYS Workbench模块进行附件壳体热固振耦合仿真得到壳体应力应变场,然后基于线性累计损伤理论耦合附件壳体蠕变持久寿命和热疲劳寿命,最终得到其蠕变 热疲劳寿命预测结果。针对附件壳体,一方面对比分析了单纯热疲劳寿命（41 063个循环寿命）与蠕变 热疲劳（39 054个循环寿命）,通过结果得知航空发动机附件系统高热环境下蠕变作用对附件壳体热疲劳寿命是存在显著影响的;另一方面对比分析了基于稳态温度场的蠕变 热疲劳（23 334个循环寿命）与基于瞬态温度场（考虑温变速率）的蠕变 热疲劳（24 545个循环寿命）,结果表明温变速率在一定程度上影响航空发动机附件系统结构的蠕变 热疲劳寿命。     

随机介质固热耦合模型平面轴对称问题的解析解

考虑岩石颗粒的物理力学性质的随机非均匀性,从理论上建立了随机介质固热耦合数学模型,这些方程,奠定了岩石热破裂研究的基础.针对随机介质固热耦合数学模型,考虑平面轴对称问题,利用摄动理论和数学积分方法,在韦泊和指数两随机分布下,提出了岩石物理力学参数作为随机变量在解析分析中的处理方法,采用一种随机概率分布用连续函数表示的方法,得到了平面热应力轴对称问题的解析解.通过算例,讨论了热应力随分布参数m和时间t的变化规律.结果表明:非均匀性对岩石的热应力有一定的影响,热应力随着分布参数m的减小而增加.     

饱和软粘土强夯的流、固耦合分析

建立了强夯模型,对强夯法加固饱和软粘土地基进行了流、固耦合分析,编制了近场瞬变波动有限元程序DCDFEM,并以某一工程实例为算例进行计算分析,得出强夯过程中土体动态响应的一般规律。     

基于ANSYS的热-流耦合分析

根据纳维-斯托克斯运动方程与能量微分方程对同一物体的流场与温度场进行耦合分析,用有限元法模拟研究流场对温度场的影响。     

汽轮机通流部分热-流-固耦合数值模拟计算

利用Fluent软件建立某汽轮机调节级及高压前四级的三维模型,采用标准k-e模型对其内部进行热-流-固耦合数值模拟,详细分析了内部流场的气动性能,并与热力设计值进行详细比较,掌握了汽轮机调节级及压力级进行气动性能分析的方法,结果表明所建立的数学物理模型正确,得到的结果可信。     

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。     

高温岩体地热开发的固流热耦合三维数值模拟

针对高温岩体地热开发的工程和物理特征与国际界的相关研究现状，提出了三维裂隙网络的块裂介质固流热耦合数学模型，进而采用三维有限单元方法，进行了高温岩体地热开发过程的数值模拟计算，获得了高温岩体应力、温度及裂缝宽度的变化规律。     

某型火箭发动机涡轮转子流热固耦合强度及疲劳寿命分析

针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题,采用ANSYS流热固耦合方法,对叶片进行三维有限元仿真计算,提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热、瞬态温度场、转速的影响,计算出叶片运行过程中的应力分布,确定产生裂纹的原因是启动过程中部分进气的气流冲击应力过高,且叶片型底前缘应力集中区域的高周疲劳安全系数过低。对改型设计方案进行仿真计算,结果表明：稳态综合加载时改型方案叶片最大等效应力比原模型下降了2 MPa,位置是叶片的型底背弧处;启动0.35 s时改进模型叶片最大等效应力下降2.73%,停机过程中最大等效应力降幅为0.53%;改型方案叶片高周疲劳安全系数均大于1.4的要求,叶片低周疲劳循环次数为22次,与原始模型相比降低了1次,仍满足要求。改型后发动机已安全飞行数次,证明改型方案符合设计要求。     

热-流-固耦合非饱和渗流的物理描述和数学模型

研究了热-流-固耦合非饱和渗流的物理和数学模型.其中非饱和渗流部分考虑到水的蒸发-凝结这种相变过程,这是气液两相渗流.液相中含有溶解的空气,气相中含有空气和水蒸气,蒸汽在空气中作扩散运动.基于线化的湿-热弹性理论,建立了热-流-固耦合的本构方程、水和气体的渗流微分方程,以及能量方程.该完整的方程组可很容易推广到热-流-固耦合油-气-水多相渗流情形.     

柴油机机体热-机耦合分析

文章以4105型柴油机为研究对象,建立包括缸体、缸盖、缸套、缸垫、连接螺栓的内燃机机体装配多体接触模型,利用ANSYS Workbench平台,采用多场耦合方法,计算考虑螺栓预紧力、燃气压力、热负荷综合作用下的机体应力与变形。结果表明,热负荷对于缸体、缸盖的应力应变影响最大,缸体内各部位刚度的差异导致缸体、缸盖变形的大小和形态显著不同。     

基于热-流-固耦合的航空发动机尾气采样装置设计

为满足当前国际社会对于航空发动机排气污染物的严格要求,需要在航空发动机高温、高速尾流场中采集排气污染物并进行组分浓度测量。在使用地面试车台开展某新型低冰点燃料尾气排放特性测量试验时,针对所用发动机排气温度较高的问题,设计了三种带水冷的尾气采样装置方案,并通过热-流-固耦合方法对三种方案的冷却效果和结构强度进行分析。计算结果表明,冷却水进口压力为0.3 MPa时,方案1采样装置表面最高温度超过1600 K,冷却效果无法满足设计要求;方案2采样装置最高温度约840 K,方案3最高温度约1240 K,冷却效果均能满足要求。对方案3进行静强度分析,其静强度安全系数为3.34,具有足够的安全裕度。使用所设计的采样装置成功完成该型燃料尾气成分测量试验,验证了所采用的设计方法的可靠性,可以为提高现有尾气采样装置设计能力提供参考。     

油藏热流固耦合模型及应用

针对变温变形油藏的耦合渗流规律这一亟待研究的课题,综合分析油藏中流体力场、固体力场、温度场之间的耦合关系和三场耦合的力学机理与结合点,认为油藏中热效应与流体孔隙压力导致岩石变形;岩石变形与流体渗流导致温度场变化;岩石变形与热效应导致储渗特性和孔隙流体压力的改变从而影响流体渗流,以上三种效应是同时发生的.建立了一个反映变温变形油藏实际的热-流-固耦合模型,利用此模型进行了几项对热采油藏地层损害和石油生产有着重要影响的参数、指标的计算与分析.