基于Fluent的GMAW焊接熔滴过渡过程的动态模拟

利用计算流体力学商业软件Fluent模拟熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的熔滴脉冲过渡中一脉一滴和两脉一滴的过渡形式。建立了基于流体动力学和电磁理论的熔滴过渡的数学模型,模拟了熔滴形成、长大和脱落的过程。同时进行同等参数下的焊接试验,利用高速摄像系统拍摄了熔滴过渡的动态过程。结果表明,模拟结果与试验结果吻合。熔滴一脉一滴的过渡形式主要受焊接电流的影响,利用模拟的方法可以大致给出范围,指导焊接试验,从而减少试验量。

基于Fluent的金属硬密封球阀流场数值模拟

采用Fluent软件对金属硬密封球阀内部三维流场进行数值模拟,研究球阀从全开到全关过程的流量特性。分析7个转动角度下阀门内部流场的变化,得到阀门前后压差,根据相关公式求出球阀的流量系数理论值和模拟值,绘制出球阀不同角度下的流量系数曲线。结果表明:随着阀门转动角度的增大,阀门前后压差增大,流经阀门的介质最大流速和能量损失逐渐增大,对球阀的冲蚀作用逐渐增大,流量系数随阀门转动角度增大而减小,理论值和模拟值曲线较为吻合。

基于Fluent的金属橡胶流体特性仿真分析

将金属橡胶实体模型进行合理简化为二维模型,采用ANSYS ICEM CFD进行网格划分,并应用Fluent软件进行仿真分析。实验采用水做流体介质,通过仿真计算观察到流体通过金属橡胶的流动规律。并与理论计算进行对比,证实了通过金属橡胶的缓慢流动符合达西定律,实验仿真验证了金属橡胶属于多孔介质这一特性。这为金属橡胶流体特性进一步研究以及在其节流、过滤等方面应用提供了参考。

基于Fluent的中间摆臂注射成型工艺参数优化

基于CFD计算流体力学计算软件Fluent,把金属粉末注射成形过程看作空气、粉末以及粘结剂的多相流动成形过程。根据模腔注射成形的经验公式所得工艺参数设置相关边界条件并设计正交试验,对汽车发动机中间摆臂注射成形的充模过程进行三维数值模拟,基于试验结果来分析各个实验参数及其交互作用对产品质量的影响,从而为注射成形产品缺陷产生的原因提供直观分析方法,以实现CAE技术对实际生产的指导作用。

楼体建筑中金属波纹管被冲击下的热温度场模拟

为了提升楼体建筑中金属波纹管抗冲击、抗热损伤的性能,对其受冲击时的热温度场展开模拟分析。以可能发生热冲击的炼油厂楼梯中的金属波纹管为例,用Fluent有限元软件构建金属波纹管的有限元模型,划分网格并确定边界条件,通过有限元流固耦合计算,得到金属波纹管在不同热冲击时刻的温度场变化情况,分析冲击路径的温度变化。划分试验点,从横纵两个方向模拟热循环变化趋势。结果表明:热冲击作用下,金属波纹管由外壁向内壁温度逐渐升高,冲击发生4 s后,高温传递至整个金属波纹管,从热循环趋势看,金属波纹管的外壁温度先升高,热冲击停止后,温度逐渐降低,热循环趋势与温度场变化情况相对应。

Ar、He保护的MIG焊电弧模拟对比研究

在MIG焊接过程中,电弧等离子体中必然存在金属蒸汽,金属蒸汽的存在很大程度上影响着电弧的特性。考虑金属蒸汽和电弧辐射能量,本文建立了二维轴对称电弧模型,利用Fluent软件对氦和氢保护的MIG焊电弧进行数值模拟。结果表明,在考虑辐射的情况下,氦弧的温度场明显收缩,电弧温度下降。与氩气保护的MIG焊进行对比,发现氦弧温度场的最高温度低于氩弧的,高温区域大于氩弧的,这是由于氦气和氩气的热物性参数差异所导致的。

高孔隙率泡沫金属对相变蓄热的强化研究

在相变材料中填充高孔隙率泡沫金属能有效改善相变材料的传热性能。主要研究了填充高孔隙率泡沫铝后对石蜡导热系数的影响,利用Fluent及其前处理软件Gambit建立模型,并模拟结果。结果显示加入泡沫铝能使温度分布均匀,缩短相变时间,提高储热效率。

钢制药筒装药的烤燃实验与数值模拟研究

以122mm钢制药筒装药为研究对象,开展了不同热通量下钢制药筒装药烤燃实验及数值模拟研究。以石膏粉替代发射药,通过烤燃实验研究了122mm钢制药筒内置石膏粉在不同热通量下的温升曲线、温升过程中的最高温度点及其达到发射药热点火温度的时间,并与数值模拟结果对比,得到一定程度上符合较好的结果。通过对数值模拟模型及结果的合理性分析,对122mm钢制药筒内置9/7发射药在不同热通量下的烤燃情况进行了数值模拟,得到不同热通量下钢制药筒装药的燃爆点、燃爆温度及燃爆时间,并得到燃爆温度及燃爆时间与环境热通量的关系,以其为参考,对弹药的日常储运安全及消防安全具有一定的指导意义。

程潮铁矿区域反风数值模拟研究

矿井火灾是矿井重大灾害之一。由于受实验条件的限制,人们不可能对众多形式的通风系统进行足够的现场实验研究,采用FLUENT软件,以程潮铁矿东区东翼为例,对金属矿山井下的区域反风进行数值模拟,明确了反风的必要性,有针对性地解决了金属矿山井下反风问题,将对同类矿山火灾时期的应急提供了参考。

低熔点液态金属工质的管内传热数值模拟

运用FLUENT软件,对液态金属镓与水分别在圆型管和椭圆型管中的流动传热进行了数值模拟。对比分析结果表明:椭圆型管比圆型管传热性能好,但阻力特性大;液态金属镓的传热性能极佳,且其分子导热不可忽略;随着传热工质在管内流动传热的入口速度的增大,对流传热性能增强,出口平均温度增大,管道压降降低。

全金属单螺杆泵结构优化设计

利用Matlab软件对全金属单螺杆泵的结构参数进行了数值分析，从理论上分析了短幅内摆线等距型和短幅外摆线等距型的线型特点。结合设计实例，对比相应理论性能参数优化设计了全金属单螺杆泵线型和头数；应用ANSYS软件对定、转子做了热力耦合分析，同时建立了全金属螺杆泵的三维流场模型，利用Fluent软件研究了全金属螺杆泵在不同黏度下的泵效随配合间隙的变化规律。分析结果表明，全金属螺杆泵定转子的断面线型选择短幅内摆线等距型更加合理，头数比优选1：2或2：3；全金属螺杆泵在热采环境中优势明显，配合间隙考虑在0．10～0．30mm之间选取，冷采环境在0．30—0．50mm之间选取，给出了各种黏度下的间隙优选图。该项研究成果对全金属螺杆泵的优化选型有着重要的指导意义。

金属纤维燃烧器内沼气全预混燃烧数值模拟

为了研究沼气中CO_2含量、进气速度大小以及过量空气系数等对于沼气的全预混燃烧情况的影响,本文介绍了沼气全预混金属纤维燃烧器,建立了二维金属纤维燃烧器物理模型及数学模型。在Fluent中将金属纤维看作是多孔介质区,并模拟各工况的燃烧情况,然后对各种影响因素进行分析。结果表明,过量空气系数为1~1.25范围内沼气的预混燃烧CO、NO_x排放都较低;进口流速增大使得高温区扩大,燃烧温度上升,CO和NO_x减小趋势放缓;随着沼气中CO_2含量的增大,燃烧速率变小,火焰稳定性变低,沼气中CO_2含量接近50%时仍是可燃的。

低温液体过滤器结构特性数值仿真

直通式金属丝网过滤器的不同锥体结构对过滤器的流阻有重要影响,利用流体有限元软件Fluent对液氢流经过滤器时的流动特性进行仿真,给出不同结构锥体的速率、压力云图,在对比分析仿真数据基础上提出合理锥体结构的设计方法。

汽车尾气催化转化器金属载体表面翅结构对载体小孔内流场的影响

通过建立金属载体催化转化器小孔内流场的数学、物理模型并对其进行数值模拟,得到不同翅结构参数组合下载体小孔内气流的湍流强度和压力损失。通过对小孔内流场的速度、压力分布及湍流强度值分布等数据的处理和对比,得出不同翅结构参数对小孔内流场流态影响的一般规律。

玻璃/铝基废弃物复合材料搅拌流场的模拟

运用流体软件Fluent对采用机械搅拌法制备的玻璃/铝基废弃物复合材料流场进行模拟,采用MRF动参考系模型、多相流Mixture混合模型及标准k-ε模型,模拟使用三层正交组合轴流搅拌桨产生的流场。结合搅拌工艺特点对模拟的结果进行了分析,通过分析搅拌槽的宏观流场、轴向速度和径向速度分布,定性指出了各区域搅拌混合的效果,并同其它搅拌桨产生的流场进行了比较。

泥沙吸附重金属污染物的数值模拟研究

为研究分相模型中泥沙颗粒吸附重金属的过程,以Langmuir等温式为基础,将泥沙相和重金属相看作两相,通过步进法和UDS方法两种计算方法对泥沙颗粒的吸附过程进行了数值模拟。首先利用Fluent软件将组分输运模型与UDS法相结合,模拟了7种湍流模型下的泥沙吸附过程,所得结果与Langmuir模型对比,验证了该方法的可行性,并选出了吻合度最高的模型。其次,应用选出的模型对不同含沙量、不同粒径泥沙颗粒吸附量和镉离子水相浓度变化趋势进行了模拟。结果表明:含沙量直接影响水体的吸附作用,含沙量越小,吸附作用越弱,吸附速率越慢,浓度小于一定限度时水体吸附作用可忽略不计;不同粒径泥沙在水体中的吸附作用差异明显,但并不能决定泥沙吸附量;UDS方法和步进方法在考虑粒径的影响时计算的吸附量不同,从吸附量的角度来看UDS法更加贴切,从到达动态平衡的角度来看步进法更加吻合。

液态金属浇注过程中流动与传热耦合数值模拟

浇注系统的设计是铸造工艺设计的主要内容。利用数值模拟技术,可对浇注系统进行优化设计。建立了液态金属流动和传热的数学模型,讨论了边界条件、初始条件的选择,对液态金属浇注过程中的流动与传热耦合问题进行了数值模拟,并对模拟结果进行了讨论。所得结论对于浇注系统和过程的优化设计具有重要的实用价值。

液态金属磁流体发电机空载电压

为了探究影响液态金属磁流体发电机空载电压的因素,建立发电通道三维流动模型.采用计算流体力学(CFD)技术,研究发电通道入口速度、磁感应强度、通道宽度、通道高度、液态金属类别对空载电压的影响.考虑哈特曼层电流回流现象,通过添加绝缘块,对发电通道装置进行结构改进.从改进后的磁流体速度分布和电流密度变化两方面,分析空载电压优化机理.结果表明:空载电压与入口速度、磁感应强度、通道宽度成正比,与通道高度无明显关系,但是通道宽度越大,空载电压相对误差越高;高密度、低电导率的液态金属会降低空载电压.发电通道改进前,空载电压的相对误差为12.3%;改进后的发电通道,空载电压比改进前提高13.3%,相对误差降至0.6%.

芯片用液态金属散热器的数值模拟

计算机芯片功率的大幅度增加对芯片散热的要求越来越高,液态金属高导热性及流动性等使其成为极具潜力的冷却工质.为了研究圆管内液态金属散热器的散热特性,针对液态金属Ga_(68)In_(20)Sn_(12)和水,分别在不同圆管模型、流道内的换热进行数值模拟,比较分析了模型流道长度、雷诺数、管径对换热系数的影响.实验结果表明,Ga^(68)In_(20)Sn_(12)散热冷却系统设置过长的流道长度不能达到最理想的换热效果,增大管径起到的换热效率显著提升,明显优于管长影响;在U,S和M型圆管中,S型管道是解决热点问题的最优方案.

Simulation of Metal Transfer in GMAW Based on FLUENT

A new numerical approach is presented, which is used to simulate the dynamic process of metal transfer. The process of metal transfer in gas metal arc welding is simulated based on FLUENT. A two-dimensional axisymmetric numerical model is developed using volume of fluid method and the distributions of physical quantities including pressure, current density, electric potential in the droplet are investigated. For improving the veracity of the simulated results and decreasing the effect of the uncertain surface tension coefficient on the simulated results, the relationship between the welding current and surface tension coefficient is modified by analysis of regression. Meanwhile for testing the accuracy of simulated results, the welding experiments are performed and the high-speed photography system is used to record the real process of metal transfer. The results show that the simulated results are in reasonably good agreement with the experimental ones.