金属型底浇式真空吸铸钛铝基合金凝固的有限元模拟

利用ProCAST软件计算了Ti-47Al-2W-0.5Si合金的热物性参数,并建立了金属型底浇式真空吸铸方法制备钛铝基合金叶片铸件的有限元模型,模拟了铸型温度、浇注温度、浇注速度对合金凝固过程的影响,得到了优化的浇注工艺参数,并进行了试验验证。结果表明:浇注温度的升高有利于缩孔缺陷的减少,浇注速度增大可使形成缩孔缺陷的趋势先减小后增大;铸型温度的提高有利于叶片隼部的补缩;优化的浇注工艺参数为浇注温度1 620℃、浇注速度1m·s-1、铸型温度20℃,在此条件下可获得几乎无缩孔缺陷的叶片铸件;模拟结果和试验结果相吻合,验证了所建模型的正确性。

挤压法矫正薄壁焊接圆筒圆度的有限元模拟

提出通过挤压焊缝区金属来矫正薄壁焊接圆筒圆度的方法.借助有限元软件对该方法的矫圆效果进行了模拟,并对其矫正薄壁焊接圆筒圆度的机理进行了分析.模拟结果显示,具有纵缝的薄壁焊接圆筒径向呈"桃形",尤其两个端部最为显著,经矫圆后,焊接圆筒的不圆度显著改善.利用自制的装置对挤压法矫圆的效果进行了验证.结果表明,对于外径为280 mm、长度为300 mm的2 mm壁厚不锈钢焊接圆筒,通过挤压焊缝区金属能够将其端部圆度控制在0.5 mm左右.

机械挤压矫正焊接变形的模拟与试验研究

利用自制的夹具对机械挤压矫正薄板焊接变形的效果进行了试验研究.采用有限元分析方法对常规焊件和机械挤压焊件的应力应变场及残余变形进行了模拟.试验和模拟结果均表明,对焊件施加平行于焊缝方向的纵向挤压力能够有效矫正薄板焊件的失稳变形.在适当的挤压力下,在远离焊缝的区域产生了纵向压缩塑性应变,而焊缝区由焊接过程导致的塑性应变值没有发生变化.机械挤压法能够降低薄板焊件焊缝区的纵向拉应力水平是其能够矫正焊接失稳变形的原因.

工程机械散热器性能研究

随着现代科学地迅速发展,对工程机械散热器的要求越来越迫切。散热器是车辆冷却系统的重要组成部分,车辆冷却系统作为车辆热管理中的核心子系统,其状态对各相关系统的工作性能和工作状态有着至关重要的影响。

冷喷涂Cu包覆AlN增强铜基复合涂层的制备与性能研究

目的 通过冷喷涂技术在铜基体上制备了具有高致密高硬度的Cu/AlN涂层,并研究化学镀预处理工艺对冷喷涂Cu/AlN复合涂层微观形貌、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法 采用冷喷涂技术在铜基体表面分别沉积Cu、Cu-AlN(球磨混合)和Cu-Cu@AlN(化学镀包覆)涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面的微观形貌,通过能谱仪(EDS)对涂层元素组成进行了检测,并计算了涂层中AlN的沉积量。借助维氏硬度计和电化学工作站分别对涂层进行了显微硬度和电化学腐蚀行为测试。结果扫描电镜结果显示,Cu-Cu@AlN和Cu-AlN涂层有着比纯Cu涂层更加致密的微观组织,并且与基体的结合更好,孔隙更少。能谱仪结果显示AlN在涂层中分布均匀,并且Cu-Cu@AlN涂层中AlN的含量明显大于Cu-AlN涂层。Cu-Cu@AlN涂层具有最高的显微硬度(151.8HV),相比基体提升71%。在模拟海洋环境中的电化学测试结果表明,Cu-Cu@AlN涂层的自腐蚀电位最高(-0.1667V),表明其腐蚀倾向最低,自腐蚀电流密度最低(1.18μA/cm^(2)),相比Cu-AlN涂层降低了1个数量级,表明其具有最佳的耐腐蚀性能。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,Cu-Cu@AlN涂层具有最高的电荷转移电阻(1625?·cm^(2)),证实其具有最佳的耐蚀性,这与动电位极化测试的结果一致。结论 通过化学镀预处理的粉体制备出的Cu-Cu@AlN涂层致密,AlN含量高,该涂层的显微硬度和耐腐蚀性能最好,有望应用在铜及铜合金制备的船舶构件,从而延长其在海洋环境中的服役寿命。

柴油机废气再循环冷却器翅片断裂分析及优化

针对某柴油机废气再循环冷却器进气口直齿翅片出现断裂问题,进行分析与优化。基于热流固耦合仿真方法,对废气再循环冷却器进行温度场与应变分析,结合翅片断裂处扫描电镜图像,确定断裂原因为热疲劳。为了解决热疲劳问题,设计三种方案,进行温度和应变仿真分析。三种方案分别为采用SUS444不锈钢材料,翅片厚度增大,将翅片向内缩进。将三种方案结合,采用综合方案完成优化,有效降低了翅片温度,减小了应变,并且通过冷热循环试验验证。

基于NSGA-Ⅱ与形貌优化的电池冷却器支架结构优化设计

为了提高某汽车电池冷却器支架的结构强度,满足振动疲劳性能要求,从参数化建模出发,结合第二代非支配排序遗传算法和形貌优化特点,提出基于第二代非支配排序遗传算法和形貌优化的电池冷却器支架结构优化设计方法。通过Isight平台集成SolidWorks软件和Workbench软件,对电池冷却器支架进行参数化建模,通过试验设计灵敏度分析,将设计变量从12个减少到10个,缩短优化时间。以电池冷却器支架质量与最大等效应力为响应变量,采用第二代非支配排序遗传算法进行多目标优化。以电池冷却器支架最小柔度为目标,进行形貌优化。结果表明,在对电池冷却器支架结构优化设计后,最大等效应力小于许用应力,减小42.19%,满足强度性能要求,延长疲劳寿命,同时一阶模态频率提高42.71%。

重型卡车散热器失效分析及优化研究

针对重型卡车铝塑管带式散热器泄漏失效问题,根据疲劳失效机理分析,优化设计塑料水室、主板、散热管、侧板等散热器核心零件。利用有限元仿真进行耐压分析和热-结构耦合分析。仿真结果表明:在压力交变载荷和温度交变载荷作用下,散热器各组成零件的最大变形量和最大应力值分布点与实际失效区域吻合,验证了有限元模型和仿真分析的准确性,对比材料疲劳寿命曲线,优化后散热器的应变、应力值小于设计安全值。对散热器样件进行压力脉冲试验和冷热循环试验,结果满足主机厂设计要求。

基于CFD数值模拟的汽车中冷器流动均匀性研究

针对汽车中冷器内流道气体流动均匀性差的问题,提出了一种在中冷器气室安装导流板的中冷器结构优化方案。基于CFD数值模拟,对中冷器内部气体质量流量分布、速度场和压力场进行了分析,通过风洞试验验证了仿真模型的有效性。在此基础上,研究了气室导流板对中冷器内流道气体流动均匀性的影响。研究结果表明:合理设置导流板,中冷器各散热管气体平均质量流量偏差由7.66%减小到3.20%,中冷器许用环境温度提高了0.84℃,气室压力损失减少了37.4%,改善了中冷器内流道气体流动均匀性,提高了散热性能,避免了芯体热应力集中,减少了可靠性失效风险。此中冷器结构优化方案可为中冷器流动均匀性研究提供参考。

纳米流体悬浮稳定性影响因素

为了获取具有良好悬浮稳定性的纳米流体配方,采用“两步法”制备了若干种纳米流体,从纳米粒子种类、粒径、密度、质量分数、基础液体性质、分散剂、pH值和超声振动等方面,考察了纳米流体系统中粒子的沉降状态,并结合颗粒的受力情况,分析了纳米流体悬浮稳定机理.结果表明,上述诸因素对纳米流体的悬浮稳定性都有不同程度的影响,其中又以分散剂、粒子质量分数、基液黏度和pH值的影响较大.并为试验范围内的CuO-DW、Al2O3-DW、Cu-DW、Al-DW等4种纳米流体提供了具有最佳悬浮稳定性的配方.

翅片参数对车用中冷器流动传热性能的影响

为了研究翅片结构及其几何参数对车用进气中冷器热力性能的影响,采用三维k-ε湍流模型,应用块结构网格生成技巧,融合流固耦合研究方法和薄壳导热模型数值模拟18个具有不同结构和参数的中冷器换热单元的流动传热性能.采用正交试验设计方法(DOE)安排仿真研究过程,进行极差分析和方差分析,并通过风洞实验进行验证.研究结果表明,翅片结构形式和峰距对传热性能影响巨大,翅高和扭幅次之;翅高对流动阻力的影响最为显著,扭幅和峰距次之;不必考虑扭动波长对热力性能的影响.研究结果与工程实践经验吻合,风洞实验验证了该方法的有效性.

低浓度纳米流体粘度变化规律试验

测定了不同纳米颗粒、分散剂、pH值和温度下的纳米流体的粘度,分析了粘度随这些因素的变化规律。结果表明,纳米流体粘度较基液有一定程度的增大,增加比例在1.002～1.182之间。在此基础上提出纳米流体粘度修正公式,经检验,在低浓度下该公式能较好地预测纳米流体的粘度。

板翅换热器平直翅片的传热与阻力性能试验

对11种不同结构参数的紧凑式板翅换热器平直翅片的传热和流动阻力进行了试验研究,分析比较平直翅片间距、翅片高度、翅片长度对其传热和流动阻力的影响。结果表明,翅片间距对传热和流动阻力影响较小,而翅片长度和高度对其传热和流动阻力有重要影响。同时对11种翅片的220个试验数据点进行了j因子和f因子的试验关联式拟合,拟合关联式的误差范围为±10%。

商用车多风扇冷却模块匹配研究

为解决后置发动机商用车的多风扇-冷却模块匹配问题,以路试满足散热要求的中冷器、散热器和单个风扇串联布置的冷却模块为基础,利用散热器和风扇的风洞测试数据,对中冷器、散热器和多个风扇组成的不同冷却模块方案进行匹配分析。结果表明:在传统中冷器-散热器串联布置方案中,依靠增加电动风扇数量对散热性能提升的空间有限,难以满足散热需求;中冷器-多风扇,散热器-多风扇的分布式布置方案满足发动机标定转矩点的散热需求;在标定功率工况时,中冷器-风扇模块能满足散热需求;而通过进一步改进散热器和增加电动风扇的数量,散热器-风扇模块也可以满足散热需求。

间距对散热器模块匹配性能影响的试验研究

为解决车辆冷却系统中多散热器匹配中常出现的散热能力不足的问题,对某型车辆的散热器模块在风洞测试平台上进行试验研究。试验散热器模块的第一排为中冷器和液压油冷却器,第二排为冷却水箱,第三排是变矩器油冷器。把各排散热器之间的距离调整为0mm、100 mm、200 mm,分别进行风洞试验。试验结果表明,增大间距可以提高散热器模块总的散热量,但对模块中单个散热器的影响差异很大。在设计中可以通过灵活调整散热器之间的距离使模块更加适合车辆冷却系统的需求。

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。

散热带翅片参数对车用水箱散热器流动传热性能的影响

采用数值仿真结合正交设计方法对工程车用散热器的主要几何参数进行了计算和分析。通过极差和方差分析,获得了各参数对散热器的散热和流动性能影响的敏感次序以及显著性水平,并拟合出参数-性能关联式。同时,进行了风洞试验验证上述数值仿真方法。结果表明:仿真结果与试验测试数据趋势吻合良好,该仿真方法可以有效地进行翅片参数对散热器流动传热性能的影响研究,有利于缩短设计周期和减少设计成本。

纳米流体热导率试验

采用自行设计的瞬态热线装置,测试了不同种类纳米流体的热导率,分析研究了粒子体积分数、粒径、温度、分散剂等因素对纳米流体热导率的影响.结果表明,低体积分数纳米流体的热导率比基液有较大幅度的提高,最大可达40%左右;纳米流体的热导率随着粒径的增大而减小,随着粒子体积分数的增大、温度的升高而增加,且分散效果越好的纳米流体热导率越大.试验热导率值大于常规固液混合物的H-C模型预测值,表明纳米流体具有不同于一般固液混合物的独特的优良导热特性.

间距对轮式装载机冷却组性能影响的风洞试验

为了研究换热器间距对冷却组性能的影响,将某轮式装载机后置冷却组放在风洞试验台上进行测试.该冷却组由中冷器、液压油冷却器、水散热器和变矩器油冷器组成,分成三排布置.通过改变换热器排与排之间的距离进行测试.研究结果表明,冷却单元的间距对冷却组的性能有着积极的影响.与间距10 mm相比,冷却空气风速在1.8-10.0 m.s-1下,间距100 mm时冷却组换热能力提高3.1%-7.4%,压降降低1.8%-7.4%;间距200 mm时冷却组换热能力提高5.1%-10.9%,压降降低8.1%-20.5%.在空间允许的前提下,适当增大冷却组换热单元的间距,不但可以提高冷却组的散热能力,而且有利于节能.

安装参数影响散热器模块性能的风洞研究

为解决车辆冷却系统中多散热器模块的匹配问题,在风洞试验台上研究了间距和热介质进出口位置对某散热器模块性能的影响。试验散热器模块的第1排为中冷器和液压油冷却器,第2排为冷却水箱,第3排是变矩器油冷器。试验结果表明,增大间距可以提高散热器模块总的散热量,但对模块中单个散热器的影响差异很大;调换散热进出口位置有利于提高散热器的换热性能;调整以上两结构参数对模块的总压差影响不大。