导流槽阴极热应力分布计算和结构优化

使用ANSYS有限元计算软件建立了75 kA导流型铝电解槽热应力分布的计算模型,对聚铝沟位于槽中部导流型铝电解槽阴极内部的热应力分布进行了计算研究,为了减小阴极内部应力的集中,对电解槽结构进行优化.研究结果表明:采用典型的截面为矩形的聚铝沟和普通方钢作为阴极钢棒时,在聚铝沟处的阴极炭块和涂层以及阴极炭块内部炭糊与阴极钢棒端部接触之处存在较大的应力集中,从而可能造成阴极炭块开裂以及涂层与阴极炭块分离;采用半圆形截面聚铝沟能缓解角部的应力集中,但在聚铝沟圆弧底部的炭块和涂层中各存在1个x方向的正应力集中,最大值分别为-6.65×107Pa和-4.97×107Pa;采用小直径圆弧角的聚铝沟要比采用半圆形或矩形截面的聚铝沟更能改善此处涂层和炭块中的应力分布,而采用端部为半球形的阴极钢棒能有效地减小阴极炭块内部由于阴极钢棒热膨胀产生的应力集中.     

钢包预热过程热应力影响因子及预报模型

运用有限元软件ABAQUS建立钢包包衬的线性弹性模型,模拟钢包预热过程包衬的热应力,分析包衬厚度及其材料物理性能对包衬内最大热应力和钢壳表面温度的影响;采用偏最小二乘法建立包衬厚度及材料物理性能与包衬内最大热应力、钢壳表面温度间的预报模型。结果表明,工作衬材料物理性能对包衬最大应力和钢壳表面温度起主要影响作用;较之于无绝热衬,有绝热衬钢包永久衬材料物理性能对钢包热应力和钢壳表面温度的影响作用显著降低。     

镁合金双辊铸轧机侧封板的温度场及热应力场的模拟分析

介绍了国内外的固体侧封技术,分析了侧封板的破损原因和提高侧封使用寿命的方法,设计了整体式和组合式的侧封板并对侧封板的顶紧装置和材料进行了研究.发现硅酸钙质耐火材料制作的整体式侧封板具有较好的性能,适合镁合金铸轧.用ANSYS软件数值模拟对比了整体式和组合式侧封板的温度场和应力场.结果证明,硅酸钙质和BN质组合式侧封板更有效地改善了使用效果和铸轧的稳定性.     

预热温度对激光熔覆Co基合金数值模拟的影响

观察并研究了Co基合金熔覆过程的温度场和应力场的规律,建立了激光熔覆预置Co基合金粉末过程的三维模型,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件分析了激光熔覆过程中的温度场和应力场,并进行了实验验证.结果表明:温度场等温线呈椭圆形,熔池最高温度区域滞后于光斑中心,扫描速度为4 mm/s的激光熔覆过程获得了良好的冶金结合;基体预热温度从20℃增加到300℃,t8/5从0.5s增加到1.5s,熔池的瞬时冷却速度分别减小至0.88倍和0.64倍,工件的残余应力和变形均明显减小,这说明对基体适当预热能有效降低熔覆层的开裂倾向.模拟结果为激光熔覆过程的优化提供了理论依据.     

导流片对椭圆肋片通道传热与流动特性的影响

通过引入椭圆型的肋片作为扰流器,利用可实现的k-ε湍流模型对椭圆肋片通道以及设置导流片后通道内的传热和流动特性进行了数值模拟,并与传统凹槽通道内的传热特性作比较.结果表明:椭圆肋片通道内的传热系数比传统凹槽提高了2～3倍;随着椭圆肋片高度的增加,通道内的传热系数越来越大,同时压降也越来越大;引入导流片能提高椭圆肋片通道...     

沙疗温度及血液灌注对膝关节温度场和应力场的影响

为探究沙疗过程中沙体温度及血液灌注率对于人体膝关节部位温度场分布以及骨骼热应力的影响,在生物传热学以及经典力学的理论基础上,通过运用将膝关节部位的计算机断层扫描(computed tomography,CT)影像数据导入3D逆向建模软件Mimics建立三维模型,并将模型导入COMSOL软件并进行传热数值模拟的方法来研究...     

燃气泄漏过程及爆炸对建筑构件损毁的数值模拟研究

近年来,由燃气泄漏引起的爆炸事故逐渐成为人们关注的重点。为探究燃气泄漏规律以及其爆炸对建筑物损毁效应,采用计算流体动力学分别模拟了燃气在密闭空间和开放空间的泄漏扩散,同时运用Autodyn软件的Remap技术模拟了密闭空间的三种墙壁在燃气爆炸作用下的损毁过程,研究了墙壁水平和竖直方向的压力、速度以及位移变化规律。结果表明:燃气在密闭空间的扩散速度小于在开放空间的扩散速度;两种空间的燃气泄漏口处观察点在0～15 s时的质量分数变化趋势一致,15 s后密闭空间的质量分数继续增加,而开放空间的质量分数基本保持不变;砖墙、钢筋混凝土墙和混凝土墙的位移时程曲线皆表现为线性变化;三种墙壁的压力峰值、速度峰值以及位移峰值随距离增大多表现为指数衰减趋势;相同距离下,砖墙的压力峰值、速度峰值和位移峰值在水平、竖直方向的差值大于其余两种墙壁的差值。     

槽缝射流对静叶端壁冷却性能的影响

采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型,研究了槽缝射流对涡轮静叶端壁冷却性能的影响;通过对4种湍流模型数值结果与实验数据的比较,验证了标准k-ω湍流模型可以有效模拟静叶前缘端壁的冷却性能,揭示了槽缝宽度、入射段结构和端壁边界型线对静叶端壁冷却性能的影响规律。研究结果表明:在一定的槽缝射流流量下,减小槽缝宽度能够增大冷却射流的覆盖面积,提高静叶前缘气膜孔排附近区域的冷却效率;过渡相切圆弧的槽缝入射段结构具有最佳的静叶端壁冷却效果。端壁边界型线可改变节距方向上的槽缝冷却射流的流量分配,影响下游端壁的冷却效果,当端壁相对型线幅值为0.75、相位角为30°时,槽缝射流具有最佳的静叶端壁冷却效果。     

档板结构对重稀土圆筒式萃取槽三维流场的影响

在稀土萃取的过程中,萃取槽混合室主要用于混合水相和有机相萃取剂P507,以便于传质.其内部结构对槽内流体流动与料液的混合也有着重要影响.本研究主要针对萃取槽内档板结构对槽内流场的影响进行分析,利用计算流体动力学(C FD)软件对不同档板宽度与倾角下的槽内流场进行模拟,分析各流场的流体速度与湍动能,发现:档板的宽度从10...     

搅拌对箱式混合澄清槽流动性能的影响

针对当前混合澄清萃取槽存在的问题,提出了改进的新型混合澄清萃取槽.采用专业的流体力学数值模拟软件ANSYS/FLUENT,对新型萃取槽内流场情况进行了模拟研究.结果表明,在油水两相流速分别为0.22和0.11 m/s,混合室搅拌转速为800 r/min,澄清室搅拌转速为20 r/min时,与传统萃取槽相比,在搅拌作用下,新型萃取槽澄清室内桨叶附近的混合带更窄,两相分离效果更佳;混合室内桨叶上下方流场呈涡旋流,与六直叶涡轮桨搅拌特点相符.     

焙烧过程中阴极类型对阴极热场分布的影响

以有限元分析软件ANSYS为平台，建立了160kA铝电解槽焦粒焙烧时的三维1／4整槽模型；对3种典型阴极炭块（半石墨质、半石墨化和石墨化）在给定焙烧条件下的热场分布进行了仿真研究。结果表明：由于这3种炭块的电导率和导热系数依次增大，因此，在相同的焙烧条件下达到焙烧终点（阴极最高温度为1030℃）时，阴极的温度分布依次变均匀；半石墨化和石墨化阴极与半石墨质阴极相比，其最大温差分别降低了133℃和232℃；阴极表面平均温度分别提高了34℃和57℃；周边糊的平均温度分别提高了77℃和126℃；900℃以上温度所占面积则从52．4％分别提高到63．0％和70．5％；达到相同终点的焙烧时间从96h分别增加到132h和205h。当焦粒层厚度从20mm增加到30mm时，石墨化炭块的焙烧时间从205h缩短到90h，虽然焙烧效果有所下降，但仍然显著优于其他2种炭块在焦粒层厚度为20mm时的焙烧效果。     

电弧炉炼钢废钢预热规律数值模拟研究

为了充分利用电弧炉烟气余热预热废钢,以计算流体力学软件Fluent为平台,建立废钢预热过程三维非稳态随机分布局部模型,采用数值模拟方法探究了不同种类废钢预热温度分布规律。模拟结果表明：废钢预热温度随预热时间的增加明显升高,且废钢厚度显著影响预热温度,相同预热条件下,轻薄型废钢的平均温度在1 600 K左右,中型废钢在1 000 K左右,重型废钢在700 K左右;增大比表面积能够在一定程度上提高各类型废钢的预热温度,考虑到废钢在预热过程熔化对出钢质量的影响,底层废钢比表面积控制在1.5 m²/m³以下,重型废钢比表面积控制在0.25 m²/m³以上;高温烟气会优先通过空隙率大、通畅性好的区域,密集堆积的板状废钢会阻碍烟气流动,导致该区域预热温度降低。因此,在生产中可相对减少重型废钢的配料比例,多采用中型废钢。研究结果可为使用废钢预热技术的厂家提供预热分析数据,为改进电弧炉炼钢预热工艺、实现工业废钢的高效冶炼提供一定的理论依据。     

不预热紫铜钨极氩弧焊温度场的数值模拟

根据能量守恒的基本原理和钨极氩弧焊（TIG）工艺的特点，建立了运动电弧作用下紫铜的三维非稳态TIG焊接熔池形态的数值分析模型，分析中引入了热焓的概念和表面双椭圆分布的热源模型，较好地满足了TIG焊接数值模拟的要求．针对紫铜焊接性较差的特点，在不预热的情况下采用Ar＋N2混合保护气体对厚壁紫铜进行了TIG焊接的研究．试验结果表明电弧的热效应显著提高，实现紫铜的不预热TIG焊接是可行的．同时在不同工艺参数条件下对TIG焊接温度场进行了研究，建立了不同的工艺参数与熔深和熔宽之间的关系．并且将计算值与试验值进行了比较，结果表明计算结果与实际测量的结果较为吻合，证明了模型的可靠性和正确性．     

带有预热通道的微平行板燃烧器的数值模拟

为进一步提高平行板微热光电系统的整体转化效率和工作性能,设计了一种带有预热通道的新型微平行板燃烧器,采用数值模拟的研究方法,对比了入口氢气、氧气当量比为1.00,总流量为900 mL/min时有无预热通道的2种燃烧室内部、辐射壁面以及出口截面的温度分布.计算结果表明:氢气、氧气在2种燃烧器中混合充分,均能实现稳定的燃烧...     

钠钙玻璃在CO2激光作用下的热应力分析

为了研究钠钙玻璃在预热和无预热两种情况下进行激光加工所产生的热应力的差别,在考虑辐射和对流的情况下,建立了激光扫描玻璃板的传热数学模型.分析了热应力与温度场分布之间的关系,并用有限元软件Ansys进行了数值模拟,得到了钠钙玻璃在预热和无预热两种情况下进行激光加工的温度场和应力场分布.计算结果显示预热后进行激光加工产生的热应力小于无预热的情况,试验结果与理论分析和数值计算基本符合.     

矿区岩体应力状态对瓦斯突出区域分布的影响

基于地质动力区划方法,建立区域地质构造模型,以岩性分布和地应力测量为边界力学条件,确定了矿区区域岩体应力分布规律:矿区区域岩体应力状态主要受断裂构造的控制,断裂构造的叠加扰动使原岩应力场重新分布.鹤壁六矿岩体应力状态对煤与瓦斯突出区域分布的影响分析,结果表明:构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布.这为矿井煤与瓦斯突出区域预测、局部检测和解危提供了理论参考.     

构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用

为了研究华北聚煤区南缘逆冲推覆构造带东北缘的区域构造应力场对平顶山矿区八矿己15煤层煤与瓦斯突出的控制作用,基于地质动力区划方法,对己15煤层顶板的岩体应力状态进行数值模拟,以应力等值线图的形式展示岩体应力的变化情况,将己15煤层顶板构造应力进行构造应力区的三级划分.分析得出构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布,为研究构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用提供了例证,为矿井开采过程中煤与瓦斯突出的预测和防治提供了依据.     

均匀化分析扫描路径对熔射皮膜热应力的影响

基于均匀化方法，建立了宏细观连成热应力场计算数学模型，用有限元法计算模拟了等离子熔射快速成膜过程皮膜热应力场，对四种不同喷枪扫描路径下熔射成形皮膜冷却过程热应力场进行了分析。结果表明：采用回形向外扫描模式，皮膜中的等效热应力峰值最小；线性扫描情况下长折线处的应力比短折线处的应力高。在实际喷枪扫描路径的设计和选择中，应尽可能地选择回形向外的扫描模式，同时使组成扫描折线的线段应尽量取短些，以利于降低涂层中的峰值应力。     

用热场模拟应力函数场进行扭杆拓扑优化

基于稳态热传导问题和等直截面杆扭转问题控制方程形式上的相似性,利用现有的有限元分析软件,通过求解热场解决了扭转问题,并以此为基础,建立扭转问题的优化模型,采用罚函数法,对扭杆的横截面进行拓扑优化。最后,给出实例说明了该方法的可行性、可靠性和高效性。     

天然气再燃过程与排放特性数值研究

应用CFD计算软件FLUENT6.1,对煤粉炉天然气再燃烧过程进行了数值模拟.分析了不同再燃烧工况下,NOx、CO2、CO等污染物的排放量及飞灰含碳量与煤粉炉热效率之间的关系.结果表明,天然气再燃技术能够有效地降低NOx的排放量,且燃料燃烧充分,煤粉炉热效率较高.给出了在保证煤粉炉较高热效率前提下,有效降低NOx排放的天然气再燃量、天然气投射位置以及再燃烧区过量空气系数.NOx排放浓度的计算值与试验值的变化趋势基本保持一致,表明计算方法可用于工程实际.对现有锅炉进行一定的结构改造,通过天然气再燃可达到高效降低NOx排放的目的.