基于流场仿真的某型涡轮叶片的表面微结构分析

利用流场仿真和扫描电子显微镜观测的方法,对某型涡轮叶片工作前后的表面微形貌进行了分析,研究了高温高压环境对叶片表面形貌变化的影响。首先为了提高计算效率,根据叶片形式,建立了涡轮叶片流场的周期性对称CFD模型,并利用有限体积法对流场的温度和压力进行计算分析;然后利用扫描电镜对工作叶片的表面形貌进行观测,分析叶片表面微缺陷形式;最后根据仿真与试验观测结果,分析了叶片缺陷产生的原因和影响叶片表面微结构变化的因素。结果表明:叶片前缘温度达到最高的860K,在几何结构和波系的共同作用下,叶片前后缘、叶尖、叶根附近流场流动特性复杂,流道内温度和压力分布不均匀;叶片后缘根部出现长约180μm的穿晶/沿晶混合模式的微裂纹,后缘叶尖处有长约30μm的夹杂物裂纹出现,这是叶片热应力、叶片表面金相转变、氧化、氢脆等共同作用的结果;应根据涡轮泵的实际任务情况对涡轮泵地面热试车程序进行合理的安排,尤其在关机阶段要考虑是否对涡轮叶片的冷却采取大气环境隔离措施。研究可为液体火箭发动机涡轮叶片寿命评估提供参考。

闭式叶环开槽电解加工流场仿真与阴极结构优化

闭式叶环是一类减重性能优越的整体构件,但因其结构闭式,开敞性差,通道狭窄扭曲,刀具进给空间有限,加工十分困难。电解加工为非接触式特种加工方法,具有加工不受材料力学性能影响、工具阴极无损耗、加工效率高等优势,是加工闭式叶环的重要方法之一。闭式叶环开槽电解加工的流场研究较少,流场稳定性有待提升。针对闭式叶环开槽电解加工,采用了正流式供液的流动方式,开展了1 mm、2 mm、3 mm出液缝宽下的流场仿真和优化研究,结果表明:(1)采用出液缝宽度为2 mm的阴极,间隙内流场均匀性和可达性更好;(2)根据等流程原则调整出液缝位置并设计引流槽结构后,叶片边缘的局部缺液现象得到有效改善。开展了3种不同出液缝宽度下的闭式叶环开槽电解加工试验,结果表明,采用优化流场结构的阴极可以实现叶环开槽的稳定加工,工具阴极与工件间的相对进给速度由0.79 mm/min提升至0.98 mm/min;且通道表面质量相对最优,叶背粗糙度由2.681μm降低至1.641μm,叶盆粗糙度由2.482μm降低至1.243μm。验证了流动方式的有效性和流场仿真结果的正确性。

异形孔电解加工流场仿真分析

针对航空发动机零部件中的花瓣状异形孔电解加工难题,文中建立了异形孔工件三维模型并抽取流道模型,对其进行流场仿真和优化。结合电场仿真计算,通过电流密度分布预测工件阳极型面的溶解差异,完成了阴极成型边界的修正。通过流场和电场分析,优化了通液孔的数量、大小和布局,以及阴极外形曲线,完成阴极结构设计。仿真结果表明:设置加工参数电解液入口压力为0.6 MPa,出口压力为0.1 MPa时,工件表面的电解液流速、压力以及加工区域工件边界的电流密度均具有良好的均匀性。

非圆行星齿轮马达流场仿真分析

为了研究非圆行星齿轮内部流场特性,建立非圆行星齿轮马达的几何模型和有限元模型,并对模型进行仿真参数设置及网格无关性验证。对非圆行星齿轮马达进行流场仿真分析,探究油膜位置流场速度变化规律,研究入口压力为5~20 MPa时Q100型、Q160型、Q250型非圆行星齿轮马达的流量及容积效率随压力的变化规律;此外针对Q250型非圆行星齿轮马达,探究油膜间隙分别为0.02、0.03、0.04 mm时的流量及容积效率随压力的变化规律。最后通过开展样机测试试验,验证仿真模型的准确性。结果表明:在相同的入口压力下,容积越大,容积效率越高;容积效率随着油膜间隙的增大而降低,当油膜间隙为0.02 mm、压力为5 MPa时,马达容积效率可达90.9%;试验和理论得到的容积效率与转矩关系曲线的变化趋势基本一致,最大误差仅为5.76%,验证了仿真模型的准确性。

航空发动机深孔槽结构电解加工流场仿真

为了提高航空发动机零部件深孔槽结构的加工精度和稳定性,文中根据深孔槽结构特点及电解液正流式流动方式,设计了一种带有偏置结构的加工阴极,采用理论分析和仿真模拟的方法,分析了加工阴极缓冲板和出液孔排布方式对流场分布的影响规律。仿真结果表明:在加工阴极上增设带有出液孔的缓冲板,可以提高流场稳定性和流速分布的均匀性,满足加工稳定性和加工精度的要求。结论可为深孔槽结构高精度电解加工提供参考。

航空发动机机匣凸台阴极电解加工流场仿真

针对航空发动机机匣凸台在电解加工中电解液流量不能充分进入加工间隙造成流速分布不均匀的问题,提出了在阴极结构上增加一个矩形挡板的新阴极结构以提高流场的均匀性。通过COMSOL软件对阴极内壁与挡板不同间隙和挡板下壁与凸台上表面不同间隙的阴极结构等两种方案进行流场仿真,结合流速云图和速度变化曲线图得出增加挡板能够使电解液流速提高,流场的均匀性增强,并且阴极内壁与挡板间隙为6mm,挡板下壁与凸台上表面间隙为4mm时,流场变化最为平缓。

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封流场仿真分析及优化

文章旨在通过仿真分析手段,对悬臂式柔性支撑柱面气膜密封的流场特性进行深入探究。研究中,在柔性支撑柱面气膜密封基本理论基础上建立了基于流体力学的数学模型,并利用ANSYS Fluent模拟了气膜密封的流场动态过程。通过对比不同条件下的仿真结果,揭示支撑板厚度、支撑板数量、支撑板材料对密封性能的影响规律。研究结果表明,增加悬臂支撑板厚度、适当选择支撑板数量可有效增加气膜密封性。

高压气刀吹扫流场仿真与出口狭缝结构优化

为提高高压气刀吹扫能力,增强气流的集束性和均匀性,降低气刀能耗,针对现有高压气刀结构和表面吹扫工况,综合分析供气压力、出口狭缝结构对目标表面射流冲击力的影响规律,建立吹扫能力评价模型,实现高压气刀的结构优化。分别对高压气刀内、外流域进行参数化建模,采用分块网格法对内、外流域网格进行加密处理,基于Fluent软件仿真分析了0.4~0.6 MPa供气压力下,不同出口狭缝尺寸的流场变化及相互影响规律;建立包含滞线平均压力、滞线压力标准差、压力半值宽和耗气量的吹扫能力评价模型。以正交试验和极差分析进行优化设计,仿真分析和试验结果表明,在供气压力为0.5 MPa,吹扫距离为80 mm工况下,出口狭缝高度为1.4 mm,出口收缩角度为12°时吹扫性能最佳。

带有不同膛口装置的流场仿真分析

针对火炮射击时炮口压力大而导致的振动问题,设计4种不同结构的膛口装置。通过将火药燃气引入装置内进行膨胀再排出的方式降低装置周围的压力,结合动网格技术对安装不同装置的膛口流场进行数值模拟,通过对比无装置时炮口周围压力的下降程度来判定各装置的效果,并根据数值仿真结果对不同装置的降压效果进行分析。计算结果表明:与无装置时相比,安装膛口装置后炮口周围压力明显降低,对该装置结构的进一步设计具有一定的参考价值。

射流泵对高低压储层的共采流场仿真分析

由于胜利油田的层系较多,因此华东地区的页岩油井内一般会含有多段不同压力储层(高低压油层),从而在采油过程中因层间矛盾(高压油液阻碍低压油液采出),使得采油难度逐渐增大,进而开采到一定时间之后,系统效率降低明显。为了有效开采低产层、实现采油工程的降本增效,提出一种射流泵。该射流泵根据文丘里喷射携带原理,将高压储层中的油液变成自身动力液,以实现对低压储层的同时开采。通过分析射流泵的整体结构,发现其结构简单、采油效率高以及生产成本低。为了提高射流泵的采油效率以及找到影响泵效的因素,在Fluent中建立了开采高低压储层时射流泵的仿真模型,通过数值模拟分析射流泵中喉管距、面积比、喉管长径比等对泵效的影响规律,得出泵效最大时的喉嘴距、面积比、喉管长径比等具体数值区间。

四配流窗口轴向柱塞泵流场仿真与分析

泵控系统具有能量效率高的特点,四配流窗口轴向柱塞泵可直接闭式控制差动缸运动,也可单泵闭式控制两个对称执行器。为分析柱塞泵内部流场特性,运用流体仿真软件PumpLinx建立柱塞泵内部流场网格模型,考虑摩擦副油膜,通过用户自定义函数定义网格运动,在不同工况下对柱塞泵进行流场仿真,得到了排油口流量曲线、柱塞腔压力曲线、速度云图和压力云图。通过对比仿真结果与理论计算结果验证了流场模型的准确性,为四配流窗口轴向柱塞泵结构设计及优化提供参考依据。

一级气体炮制退器的流场仿真与性能研究

为了最大程度消减一级气体炮发射中的后坐效应,研究了一级气体炮制退器的流场特性和制退效率。基于三维非定常Navier-Stokes方程构建了发射炮管制退器的数值仿真模型,采用动网格技术,对比分析了有/无炮口制退器的流场,揭示了高速弹体飞离制退器时气流冲击波的形成、发展和衰减的整个动态演变过程,探究了孔径对制退器流场形态的影响。分析表明:炮口制退器对最大后坐力降低了14.7%;制退器孔径直接改变了进入中央弹孔通道和侧孔通道的气流量分配比,影响了制退效率;当制退器的气流孔径增大为22 mm时,在发射压力25 MPa下制退效率达到23.38%。对炮口制退器的流场形态和制退效率的影响规律进行了分析,可为高压动态气体发射制退提供基础依据。

基于k-ω SST模型的海上热发射单喷管运载火箭流场仿真

为解决海上发射装置热发射时结构安全设计问题,明确海上发射装置在热发射过程中受到射流冲击的影响,围绕单喷管火箭发动机尾焰流场特性展开研究,运用计算流体力学方法基于k-ω Shear Stress Transfer(SST)模型对三维单喷管发动机的尾焰流场进行数值模拟,得到发射过程中尾焰流场温度、速度、压力随发射高度的变化规律。模拟结果表明,喷管出口距甲板距离对流场激波结构有重要影响,当距离超过5 d_(e)(d_(e)为喷管出口直径)时火箭尾流温度和速度迅速下降,当距离超过30 d_(e)时射流恢复甲板环境压力。模拟结果可为后续海上发射平台安全设计与导流装置创新提供试验参考和理论依据。

粉煤灰所产新型氧化铝电解过程中流场仿真研究

本文以粉煤灰提取的新型氧化铝为电解原料,根据新型氧化铝性能特点,基于200 kA铝电解槽开展仿真计算,研究电解槽内电解质流场和新型氧化铝浓度的分布,分析影响新型氧化铝溶解、扩散及对流的传质因素,掌握新型氧化铝电解过程中溶解输运性能。结果显示,新型氧化铝在电解质中溶解速度快、分散均匀,电解质流场稳定,电解质出铝端和烟道端角部位置的氧化铝溶解最快。在实际生产中,通过合理配置下料器及下料点控制氧化铝浓度的分散、输运,可保持氧化铝浓度分布均匀、电解质流场稳定,有利于减少阳极效应和提高电流效率。

基于流场仿真的齿轮箱迷宫密封结构防水特性分析及优化

针对恶劣运行环境下机车齿轮箱迷宫密封结构的防水问题,文章从输出轴车轮侧和电机侧迷宫密封结构最外侧的挡水排结构入手,对其进行特殊工况下的流场仿真计算,定性分析迷宫密封结构的防水特性,同时提出挡水排结构优化方案并进行仿真验证。

液压高速开关锥阀流场仿真特性研究

为了探究高速开关锥阀的静动态特性,在ANSYS Workbench中的Fluent模块进行模型导入、网格划分、边界条件定义、参数设置、求解和后处理,得出静动态仿真中的压力特性和速度特性。动态特性仿真使用动网格中重叠网格的计算方法,在Spaceclaim中建模并通过Fluent求解。静态仿真阀口位置和下游流道位置处的速度迹线反映了不同流体微元的运动轨迹;动态仿真结果显示:(1)能量利用率为37.5%时对应的阀芯升程绝对速度为0.6 m/s,该时刻开关阀的动态响应特性最佳;(2)开关数字阀开启运动时,出口最大速度大于进口最大速度;(3)开关阀在开启运动工况下,进口最大流量大于出口最大流量,这和下游流道涡流能耗有关。

航空发动机涡轮流场仿真与涡轮功计算

针对航空发动机涡轮功热力分析法的不足,将计算机流场仿真与力学分析相结合,推导出了单位时间内燃气对涡轮做功的计算公式,并进行了仿真计算。结果表明,该公式不仅与燃气流场参数有关,还与涡轮转速、几何结构等有关,更适合于涡轮特性分析与结构设计。

固体火箭发动机高空模拟试验的流场仿真分析

文章以固体火箭发动机高空模拟试验为研究对象,通过构建准确的流场仿真模型,运用数值模拟方法进行流场分析,并与实验数据进行对比分析,评估仿真的准确性和可靠性。同时,针对仿真结果中的参数敏感性进行分析,提出流场优化和设计改进的方案。本文可为固体火箭发动机的高空模拟试验提供理论指导和技术支持,为优化设计和性能评估提供有力的依据。

前混合式磨料水射流喷嘴外流场仿真与实验

通过建立磨料水射流喷嘴有限元模型，对2种不同直径的前混合式磨料水射流的喷嘴外流场进行仿真分析．结果表明，在喷嘴其它几何条件相同的情况下，出口直径对喷嘴的出口速度影响比较大，出口直径越大，出口速度越小；在一定程度上将混合管适当地加长，可以提高磨料射流在喷嘴出口处的速度；磨料水射流最佳的切割距离为喷嘴出1：7直径的2．0—5．0倍．磨料水射流切割靶体实验结果与靶体冲击仿真结果基本吻合．

冲蚀与空蚀交互磨损三相流场仿真与试验研究

基于计算流体力学方法,数值研究在模拟水轮机工况下,冲蚀与空蚀交互作用时,试件表面上汽液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、汽相体积比分布),然后在转盘式磨损装置上,进行汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验,并对试件微观形貌进行分析。结果表明:数值分析得到试件表面最小和最大压力值、气泡速度最大值和汽相比例最大值均出现在空化孔附近,其他位置基本不变,说明空化孔附近交互磨损比单一空蚀磨损严重。就某一空化孔而言,顺着转盘旋转方向的孔边某一夹角展开区域汽相比例较大,并且出现最小和最大压力;从试件微观磨痕分析,其上存在短程犁沟和空蚀孔,磨痕呈现规律性。仿真的气泡轨迹和试件磨痕基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好,从而证明了数值分析的正确性和合理性。上述数值仿真为揭示流体机械过流部件冲蚀与空蚀交互作用磨损机理奠定了基础。