航空发动机热端部件二次流动和传热耦合方法研究

在航空燃气涡轮发动机热端部件设计中,二次流动和传热通常是解耦计算,手工进行迭代的。本文开发了一种二次流动和传热耦合计算的方法,其中流体域(空气系统)计算采用流路网络计算方法,固体域(热端部件)热分析采用有限元方法,结合ANSYS二次开发实现这一耦合计算过程。采用此方法对某型发动机高压涡轮机匣进行了空气系统和传热耦合计算,结果表明:耦合前后,空气系统沿程温升和部件温度场区别较大,而空气系统沿流程的压力、流量区别较小,在进行热端部件热分析时应采用耦合方法进行计算。

气冷涡轮叶片三维换热问题计算

建立了三维气冷涡轮叶片换热计算的热-流耦合计算模型,将辐射热量作为源项加入到方程中,采用热-流耦合方法完成了某气冷涡轮叶片带辐射的三维换热计算.辐射热量的计算采用了P-1辐射模型,比较了计算辐射和不计辐射时叶片表面的温度值及温度分布的差异.计算表明对于1600 K这样的高温燃气,辐射热量不可忽略,考虑辐射热量后,叶片温度明显升高,温度分布也产生了显著差异.

闸瓦踏面制动热过程的仿真研究

建立了闸瓦与机车车轮的踏面制动摩擦接触数学模型,确定了模型的初始条件,位移、力学等边界条件,并计算了制动过程中车轮对外换热系数,最后利用Marc有限元软件,采用热-机耦合方法对闸瓦踏面制动热过程进行了仿真计算。仿真计算后得出的车体动能变化、制动距离、车轮踏面温升变化曲线等结果与理论分析相符,并基本接近于1:1制动试验结果,验证了所构建模型和所选用计算方法的正确性。

粉末冶金闸瓦踏面制动仿真计算方法的对比分析

借助Marc有限元软件,采用热—机耦合方法和非热—机耦合方法2种仿真计算方法分析粉末冶金闸瓦踏面制动过程,从仿真计算原理、模型建立、边界条件的设置以及仿真计算结果4个方面对比分析2种仿真计算方法的特点。分析表明,采用热-机耦合方法可以得出制动距离、制动时间、车轮踏面温度变化轨迹等制动关键参数的仿真计算结果,能够比较全面地反映实际制动工况,其计算结果也与制动试验结果比较接近,但不能对车轮热应力场进行计算;采用非热—机耦合方法,仅能对车轮踏面温度场及其热应力场进行仿真,不能完整地再现整个制动过程。仿真计算方法的选择需要根据实际研究要求确定。

板形环受热变形有限元分析及理论计算研究

应用热/结构直接耦合有限元方法对压磁式板形测量仪中的板形环受热后的温度场分布及热变形进行了仿真分析,并进行了理论计算对仿真结果进行了校验,所得结果可以预知板形环的安装孔在受热后的变形量,在板形环结构设计时就可以给出相应的配合尺寸补偿值,保证在工作温度变化后仍具有优良的配合,对压电磁板形测量仪的设计及安装调试都具有重要的实际指导意义。

基于流热固耦合的U型管式熔盐换热器温度场与应力场分析

熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用。由于熔盐运行温度高,冷热流体温差大,导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略。本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场,首先运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析获取了换热器主要热性能参数,并与实验结果进行对比,最大偏差约3.07%,验证了CFD流体仿真结果的准确性。在此基础上,对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析,获得换热器流场和温度场。最后,通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场,并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布,给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律。结果表明:应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域,位于近壳侧的换热管内壁处,距离管板下端面约2 mm的位置。可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考。

永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法

为了深入研究永磁同步电机电主轴热特性,综合考虑轴承热诱导预紧力及润滑油黏温效应等因素,并基于系统内部多参量耦合作用关系,建立永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法.以某型号永磁同步电机电主轴为研究对象,进行了温升及热变形测量,试验结果与仿真计算对比表明所建立的计算方法具有足够的精度.采用该计算方法分析了永磁同步电机电主轴热特性,结果表明:电主轴转子温升较低,前后轴承受配合方式、装配位置及热诱导预紧力等因素影响,使轴芯沿轴向存在13℃左右的温差,导致电主轴轴向热伸长成为影响加工精度的主要原因.

粉末冶金闸瓦主要制动参数的仿真计算研究

采用热-机耦合方法,利用Marc软件,在经过准确性验证的粉末冶金闸瓦踏面制动计算模型上,专门针对粉末冶金闸瓦的主要制动参数摩擦体脱落面积和不同初始制动速度下闸瓦摩擦系数变化偏差范围(±0.04或±0.03)对制动试验结果的影响进行了验证性的仿真计算研究。仿真计算结果表明,闸瓦摩擦体脱落10%,车轮踏面最高温度增加52℃,制动距离未发生明显变化;不同初始制动速度下闸瓦摩擦系数变化偏差范围对车轮踏面的最高温度和制动距离影响较小,偏差范围设置合理。

7075薄壁件二维单刃切削的有限元仿真

利用MSC.Marc软件,采用弹塑-热耦合有限元方法模拟出刀具在切削7075薄壁件过程中各变形区内温度、应力、应变以及切削力的分布。刀具前方为压应力,刀具后方为拉应力,刀具经过的表面薄层内存在较大的切削残余应力。仿真结果可为夹具设计以及切削参数优化提供帮助。

油垫可倾式静动压混合支承摩擦副变形

液体静压支承在高速重载工况下运行时,由于强挤压和高速剪切联合作用,微间隙油膜温度和油腔压力分布不均匀,导致静压支承摩擦副发生热固耦合变形,影响液体静压支承的承载能力和高精度稳定运行。为了解决该难题,提出一种新型油垫可倾式静压支承结构,其运行过程中可实现任意方向微摆,产生附加动压,形成静动压混合支承,达到高速重载工况条件下静压支承高精度稳定运行的目的。依据流热固耦合理论,采用ANSYS Workbench对支承摩擦副变形进行流热固耦合分析,探讨承载0 t~32 t极端工况条件下旋转工作台、可倾油垫和底座的流热固耦合变形规律。提取变形数据,并经MATLAB编程处理后得到摩擦副变形关系,发现油腔外侧封油边边角处变形最大,此处间隙油膜最薄,最易发生摩擦学失效,成果为进一步控制摩擦副变形和摩擦学失效机理研究提供新方法。

冷气量对涡轮叶片性能影响的三维数值研究

为了研究不同冷气量对叶片表面温度、涡轮功以及效率的影响,建立了某气冷涡轮叶片的计算模型,采用气热耦合的方法,对模型进行了三维换热数值计算。研究结果表明,随着冷气量的增加,叶片表面温度开始降低较快,后来逐渐趋于平缓,涡轮功逐渐增大,效率逐渐降低。建立的研究方法适用于内冷通道复杂的叶片,可以满足工程应用的要求。