流-固-热多物理场耦合作用下安全阀密封性分析

针对弹簧式安全阀快速回座使得阀盘与喷嘴之间发生冲击进而导致密封结构破坏的问题,提出了考虑流-固-热多场耦合的阀门冲击过程分析方法。建立了用于安全阀瞬态过程仿真的CFD模型,同时针对弹簧式安全阀的固体结构建立了有限元模型,并开展了热力学、静力学与动力学仿真和试验对比。结果表明,仿真和试验所测得的阀瓣位移的变化趋势一致,两者偏差为9.86%,最后时刻的阀瓣速度偏差为3.70%,冲击力两者的偏差为6.94%;随着介质压力增大到18.50 MPa,阀盘最大应力和最大接触压力都呈现了先减少、再增大的趋势,同时,密封面实际接触位置由外圈过渡到内圈。研究结果可为安全阀前期设计提供依据。

基于多场耦合的涡轮叶片静强度计算分析

涡轮叶片是航空发动机最昂贵和最关键的部件之一,它们在高交变负荷、极端温度、侵蚀和腐蚀的恶劣工作条件下运行。为了保障涡轮的正常运行以及防止事故的发生,在涡轮叶片静强度设计过程中需要考虑热-流-固多场耦合作用;建立了涡轮叶片的多场耦合计算流程,综合考虑热负荷、离心负荷和气动负荷对涡轮叶片静强度设计的影响;通过对涡轮叶片进行静强度分析,得到了叶片在热负荷、离心负荷和气动负荷综合作用下的应力分布,确定了涡轮叶片强度危险点的位置和最大等效应力,可以为涡轮叶片的寿命预测提供依据。

超临界CO_(2)渗流的流-固-热多场耦合机理研究

页岩地层遇水易发生黏土矿物膨胀、分散等水化现象,导致常规水基钻井液、压裂液作用下易发生井壁失稳或压裂增产效果差等难题.超临界CO_(2)可以有效避免黏土矿物水化和地层物性损伤,基于此,学者们开展了利用超临界CO_(2)开发页岩油气资源的基础研究.超临界CO_(2)的物性随温度、压力变化较大,描述水基流体渗流过程中的多物理场耦合模型不适用于描述超临界CO_(2)渗流.为建立适用于描述超临界CO_(2)开发油气资源过程中的多物理场耦合特征模型,本文在考虑CO_(2)的运移特性和热力学特性的基础上,结合超临界CO_(2)对页岩力学特性影响规律,构建了超临界CO_(2)渗流条件下的流-固-热多场耦合模型,基于有限元数值计算方法研究了超临界CO_(2)渗流条件下的地层温度、孔隙压力和地层应力的时空分布规律,同时与水基钻井液渗流条件下的多物理场进行了对比分析.计算结果表明:在相同时间和井周方位的情况下,相比于水渗流,超临界CO_(2)渗流条件下的地层温度变化更大,孔隙压力更低,最小水平地应力方向的井周应力差更大,最大水平地应力方向的周向应力更小.该研究可为开展超临界CO_(2)钻井的井壁稳定性分析、超临界CO_(2)压裂设计和评价提供理论基础.

基于CFD的滑靴副多场耦合特性研究

滑靴副作为斜盘式轴向柱塞泵的主要摩擦副之一,长期工作于高速、高压、高温等一些复杂极端环境中.本文建立了滑靴副中流场的基本控制方程,构建了滑靴副多物理场耦合的有限元模型,通过CFD技术对滑靴副流场进行模拟分析,并在此基础上对滑靴副流-固-热多物理场耦合进行仿真,得到不同工况下油液的压力场和速度场的变化规律以及流体的压力和温度对滑靴副的总变形量、应力的影响.结果表明,随着工作压力增大,油液在阻尼管路中压力损失增加,油腔内涡旋个数及尺寸增大.除此之外还发现滑靴副变形量和最大应力对油液温度较为敏感.本文工作为滑靴副的结构设计提供了一定的技术支持,并且对于提高滑靴副的整体性能有着重要的意义.

高压高剪切率下密封环缝隙流体动态润滑特性

为减少高压高剪切率下热效应对密封环缝隙流体润滑性能的影响,以密封环缝隙流体剪切速度梯度、壁面剪切应力和油膜温升表征摩擦副润滑性能,采用RNG k-ε湍流模型,通过Workbench建立流-固-热多场模型,计算得到不同主轴转角下缝隙流动形态变化规律和温升前后油膜厚度变化量、不同L型槽内外径比及长径比下流速流型分布规律、壁面剪切应力、温度分布和热变形量。研究结果表明:密封环L型槽黏性底层随剪切速度增大而增厚,油膜厚度随运动周期增加而变薄;当L型槽内外径比小于1.07时,随比值减小密封环壁面剪切应力不断增大,最大变化率为7%;密封环L型槽长径比在0.19时平均壁面剪切应力达到最大,当长径比继续增大时,油膜区剪切速度梯度逐渐减小,油膜温升和热变形亦随之减小。研究结果可为马达优化以减少能量损失和改善密封环润滑条件提供理论指导和依据。