高压涡轮非对称叶冠表面热负荷特性研究

高压涡轮带冠叶片工作于高温、高压和高转速的恶劣环境中,导致叶冠容易发生掉块现象,这严重威胁到燃气涡轮发动机的安全运行。因此,有必要研究不同参数对涡轮叶冠表面热负荷变化的影响以及作用机制,该文着重分析不同叶冠结构、宽变工况对叶冠表面热负荷变化的影响,同时,根据叶冠表面壁面热流密度的分布和变化规律,对叶冠结构形状进行改进,最终达到降低叶冠表面热负荷的目的。研究结果表明:由于篦齿的密封作用,叶冠后缘容腔内的泄漏流流动比叶冠前缘稳定,导致叶冠后缘的壁面热流密度分布比前缘更加规律。宽变工况条件下,主要通过影响叶冠前缘的壁面热流密度分布进而改变叶冠表面的热负荷。最后发现对叶冠后缘切削10%的面积,可以降低叶冠表面热负荷高达19.2%,这为今后新型涡轮带冠叶片设计提供参考。

高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析

以一对高速传动条件下的渐开线圆柱直齿轮为研究对象,基于传热学理论推导出齿轮副稳态温度场的边界条件,计算分析了齿轮啮合线上任意点的摩擦热流密度,结合SolidWorks的三维建模功能和ANSYS的有限元仿真分析功能得到了不同传动参数下的齿轮稳态温度场变化特性图。结果表明,降低转速、转矩会不同程度地降低齿轮本体温度,为降低齿面温升、改善齿面润滑性能和提高齿轮胶合承载能力提供了一定的理论依据。

不同热流加载方式下车轮踏面制动温度和应力场模拟分析

利用有限元软件ANSYS建立车轮三维有限元模型,计算分析移动热源和均布热源2种不同热流密度加载方式下,车轮在连续两次紧急制动下的三维瞬态温度场和应力场。结果表明,采用移动热源法计算的车轮温度场分布更接近于真实的情况,而采用均布热源法更为简便,且计算所得的温度及热应力分布与移动热源法相差很小,因此采用均布热源法计算车轮踏面制动过程的三维瞬态温度场和应力场更加可取。

空间光学遥感器热试验外热流模拟及程控实现

以某太阳同步轨道空间光学遥感器为例,阐述了空间外热流分析计算、热平衡试验外热流模拟以及外热流程控加载的全过程。首先,总结了空间光学遥感器外热流模拟的完整流程。其次,简要介绍了太阳辐射、地球反照、地球红外辐射三种空间外热流的计算方法。然后,对该空间遥感器进行了空间综合吸收外热流计算,获得了阳照区及阴影区外热流平均值。最后,确定了热平衡试验外热流的模拟方法和策略,利用Lab VIEW语言编写了程控电源开环控制程序,实现了热试验外热流的准确加载。试验结果表明,外热流值加载偏差在±2.5%以内,满足热平衡试验要求。

高超声速热化学非平衡对气动热环境影响

高超声速气动加热严重,考虑热化学非平衡对气动热环境影响,可以为热防护系统设计提供有效保障。采用Park和Gupta热化学非平衡模型,数值计算研究5组元(N_2,O_2,N,O,NO),17组化学反应的热化学非平衡效应对高超声速飞行器气动热环境影响,并与完全气体和热化学平衡模型进行对比分析。热化学非平衡模型流场温度及激波距离均比完全气体模型小。激波后气体密度因离解、化学反应而增大,且气体密度越大,激波距离越小,热化学平衡模型激波距离最小。完全气体和热化学平衡模型热流载荷计算值均比实验值偏大。Park和Gupta热化学非平衡模型数值计算激波距离及气动力载荷差别小。Park模型热流载荷计算值偏大,Gupta模型与实验结果相符,它可对气动热环境可靠预测。

锅炉变负荷运行的炉膛热流量分布

测量了一台300,MW煤粉炉炉壁不同高度的热流量,研究了热流量的分布规律,结果表明,不同负荷下,炉内热流量分布规律有显著差异,与高负荷相比,低负荷运行炉内热流量不均匀性更高;当燃烧器分两组布置,且组间距较大时,炉内热流量在高负荷时呈现"马鞍型"分布;热流量分布还受风、粉投入状态的影响;空气分级燃烧技术改变了燃料的燃烧分布,因而也改变炉内热流量分布,与传统燃烧技术相比,采用分级燃烧技术时,炉内辐射热流峰值(即火焰中心)的位置约提高了30%的炉膛高度.

基于间隙热源法的车轮踏面制动摩擦温升研究

针对传统模拟车轮踏面制动摩擦热流边界的加载方式存在的不足,如均布热源法计算精度较低和移动热源法计算效率较低,提出基于间隙热流加载法的车轮踏面制动摩擦温升有限元计算方法。以重载列车紧急制动为研究对象,通过与以往的移动热源法和均布热源法进行对比,研究新方法的计算精度和计算效率。计算结果显示:在计算精度方面,新方法不仅可以达到移动热源法的计算精度,还能体现均布热源法无法模拟的因闸瓦和踏面的接触-脱离现象导致的车轮踏面温度时间历程曲线波动现象。在计算时间方面,新方法的计算效率与均布热源法的相当,但新方法的计算速度比移动热源法的快4.3倍。

基于线热源理论的垂直U型埋管换热器传热模型的研究

基于经典常热流线热源理论,通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻思想将其发展为能够适用于变热流埋管换热与地源热泵系统模拟的变热流线热源模型,并与改进的经实验与理论验证的圆柱源理论模型进行了比较与分析。结果表明:所发展的变热流线热源模型能够有效地模拟地下埋管的换热过程,可作为地下垂直U埋管换热过程的计算模型,为地源热泵地下埋管换热器的设计计算及地源热泵系统的模拟提供了一种新的简单而又实用的计算方法。

隔热排气道气缸盖热负荷研究

风冷柴油机气缸盖的热负荷较高 ,严重限制了柴油机功率的进一步提高 .隔热是降低气缸盖热负荷的有效途径 .为了选取最优的隔热方案 ,对 BF8L5 1 3 F风冷柴油机隔热排气道气缸盖的热负荷进行了研究 .采用 ANSYS程序 ,对原机和两种不同隔热方式 (陶瓷涂层和空气层 )气缸盖的温度场、热流场、隔热度以及热应力和热应变场进行了数值模拟 .并对气缸盖整体温度场进行了实机测试 .研究结果表明 :排气道隔热可有效降低气缸盖整体的热负荷 ,且空气层比陶瓷涂层的隔热效果更为显著 .

舱室火灾下船体结构剩余强度分析

为了准确评估火灾事故下船体结构的安全性,基于双区大涡火灾场景数值方法和结构热力耦合响应分析方法,建立了舱室火灾下船体剩余强度分析方法。以一型水面舰船为例,开展了机舱火灾场景模拟和火灾温度分析,以热通量为环境边界结合热传导分析获得了结构温度载荷,在此基础上预报了火灾事故下船体剩余承载能力。计算结果显示:通风条件对于火灾发展和温度分布有着显著影响,以热通量为环境边界结合热传导分析可以有效获得结构温度载荷,火灾高温导致过火区域钢材力学性能的折减和剖面应力的重新分布,从而造成船体承载能力的降低。研究成果对于船舶结构抗火设计和火灾下船体结构安全性评估具有重要意义。

一种高斯热源加载算法

采用焊接仿真用到的经典高斯热源模型,设计了基于表参数热流密度加载算法。结合有限元模型的网格划分要求,详述了算法中热流密度的存储技术及计算方法,并图示了整个算法的流程。用此算法对双丝埋弧焊接实例进行了仿真,并给出了瞬态热分析结果。

架空钢板对火箭发动机试车中地面热载的影响

采用三维模型对发动机尾流流场进行数值模拟,获得氢氧火箭发动机水平试车和摇摆试车的尾流流场,以及在摇摆试车工况下,架空钢板的铺设高度、铺设宽度和起始铺设位置对地面热载的影响。计算中,采用氢氧单步燃烧反应模型考虑尾流燃气与空气的燃烧,湍流模型选用了标准k-ε模型。仿真结果表明,合理铺设架空钢板,可以大幅减少试车过程中地面的热载,有效保护地面设施。

ITER第一壁、偏滤器靶板和壁的热负荷计算

ITER-FEAT是国际热核聚变实验堆设计,除了继续演示聚变物理和D-T燃烧的科学可行性外,更重要的是为了演示包层整体组合、氚增殖、氚回收、氚泄漏等工程问题。在设计包层时,需要进行中子学计算得到氚增殖率、辐射损伤率、活化放射性强度、磁体及其屏蔽厚度的计算、核加热产生率和冷却系统设计和安排的必要数据,而这一切都必须先知道第一壁和偏滤器靶板的中子壁负荷(即中子功率通量)和热负荷;为此作了必要的先行准备计算工作。

电站锅炉炉膛性能设计方法优化研究

采用数理统计分析、参量分析优选及数据回归处理方法,对国内36个电站运行状况良好的大容量燃煤锅炉的运行数据进行了研究,分别给出了炉膛截面热负荷与锅炉最大连续蒸发量、煤质特性综合判别指数之间,炉膛燃烧器区壁面热负荷与燃料干燥无灰基挥发分、燃煤结渣特性综合判别指数之间的关系,系统地建立了炉膛截面热负荷及炉膛燃烧器区壁面热负荷计算方法.该方法弥补了我国现用性能设计方法中,没有炉膛截面热负荷及炉膛燃烧器区壁面热负荷计算公式的不足.实际应用表明,所建立的方法明显提高了电站锅炉的性能设计精度,优化了我国现用的电站锅炉炉膛性能设计方法.

基于棱边元法的永磁风力发电机沟槽电磁及热分析

以400 W试验样机在额定风速下不同尖速比对应的实际输出电流作为激励,对电机沟槽采用棱边有限元法(EFEM)由矢量插值函数直接求解三维瞬态及谐态磁场矢量,保证磁场矢量在单元交界处应有的切向连续,分别计算32槽8极电机梨形槽、斜肩圆底槽及扇形槽的不同定子结构磁场强度和涡流损耗;通过物理场文件转移载荷法将电磁场计算结果作为温度场载荷进行转移的间接耦合方式,迭代计算后读取结果文件获得磁通密度、磁场强度矢量及热流密度分布。分析表明EFEM计算电机沟槽电磁特性及传热特性有较高的准确性和有效性,且涡流损耗产生的焦耳热引起的温度梯度较大,使得磁场的强度和方向均发生改变。

低温热源调峰供暖的最佳工况与参数

调峰参数的确定关系到供暖系统的设备容量选择,以及运行过程中的经济性问题。基于末端散热设备为散热器,在热稳定条件下,通过分析散热器供回水温度及系统流量与室外温度的函数关系,得出供暖调峰时的调峰室外启动温度、调峰运行时低温热源与调峰热源各自承担的负荷比例,并进一步分析了低温热源出力比例最大时的运行流量和流量分界温度的确定,以及低温热源与调峰热源的出力负荷分布。

交变热载荷条件下的摩擦副热分析

文章以往复滑动摩擦副为研究对象,分析了交变热载荷条件下的摩擦温度场演变规律。建立三维瞬态热分析模型并导入实验摩擦系数,以加载移动热流密度边界条件的方式等效摩擦生热效果,完成温度场的数值计算;同时结合红外热像仪和热电偶的测温对温度场进行分析。研究结果表明:将摩擦系数导入数值模型重构三维摩擦温度场的方法可行,工况参数和实时摩擦系数是影响摩擦温度场演变规律的主要因素。

临界热通量下反应堆压力容器的极限承载能力研究

熔融物堆内滞留(In-vessel retention,IVR)已成为核电厂处理堆芯熔融严重事故的一种有效管理策略。为使IVR成功,既要满足热失效准则,保证反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)的局部热通量低于堆腔内冷却剂的临界热通量(Critical heat flux,CHF),也要确保RPV的压力边界完整性,避免发生结构失效。为此,需要对CHF下RPV的结构完整性进行分析。对CHF下某堆型的RPV进行热分析,得到了RPV器壁局部熔化后的有效几何模型和沿壁厚的温度分布。进而,考虑热载荷和压力载荷作用,对该RPV模型进行极限载荷分析和IVR 72 h蠕变分析,确定RPV的极限承载能力。结果表明,IVR初始时刻4.9 MPa内压作用下该RPV最薄器壁径向截面全面屈服,达到对应的极限条件;72 h后3.6 MPa内压下的最大局部蠕变应变为4.1%,而3.7 MPa下则高达42.5%。因此,可将3.6 MPa视为该堆型RPV在CHF工况下72 h内的极限载荷。

逆向载荷下矩形通道内水流动沸腾临界热流密度

临界热流密度(CHF)是流动沸腾过程中一个重要的参数,在旋转平台上以蒸馏水为工质,采用单侧加热的矩形通道,对逆向载荷下两种不同加热方位下的流动沸腾CHF特性进行了实验研究,获得了逆载下发生临界换热时的质量流速、入口压力、实验段压降和壁温的变化特性。研究讨论了逆载、入口温度、质量流速和加热方位对CHF的影响。结果表明:临界换热现象发生时,壁温迅速上升,有效热流密度迅速减少,实验段压降增大,质量流速减小;逆载和质量流速越大,CHF越大;入口温度越高,CHF越小,同时加热方位对CHF也有明显影响。

逆载对管道内汽水两相流临界热流密度的影响

利用旋转平台对逆载作用下矩形通道内汽水两相流临界换热进行了实验研究。通过改变逆载大小、入口流体过冷度、流体质量流速等参数,获得了静止和逆载作用2种状态下矩形管道内汽水两相流临界换热实验数据。实验结果表明,质量流速随着加热时间的增长而减小,进出口压差则反之;临界状态下,质量流速随着逆载、过冷度的增大而减小;进出口压差随着逆载、质量流速的增大而增大,随着过冷度的增大而减小;临界热流密度值随着逆载、质量流速、入口过冷度的增大而增大;其中逆载对临界热流密度的影响最为显著,在逆载从0g^2.5g变换范围内,临界热流密度可提高50%。