基于计算流体力学-离散单元法的U形管冲蚀磨损数值模拟研究

采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准确性。结果表明,U形弯头的冲蚀磨损位置主要有3处;磨损率随粒径的增大呈现整体减小的趋势;U形管拱背磨损率随气速的增加而增大,且前2处磨损率峰值位置随气速的增加向入口方向偏移;长椭球对U形管造成的磨损最严重,扁椭球次之,球形最轻;粗粒化CFD-DEM能够基本准确预测U形管冲蚀磨损,且显著降低计算时间。

高压工况上游泵送机械密封热力变形与密封性能分析

为研究高压工况下上游泵送机械密封的性能,考虑密封环与润滑液膜间的流固热力耦合作用,建立了其热弹流润滑模型,基于有限单元方法求解液膜润滑方程、密封环热传导方程和热力变形方程,采用三重迭代算法实现膜压、膜厚、温度和变形之间的耦合求解,研究了转速、密封压力和介质温度对上游泵送机械密封端面变形的影响规律,分析了热力变形作用下密封的上游泵送能力。研究结果表明,高压工况下密封端面产生了沿上游泵送方向收敛的液膜间隙,高密封压力下的力变形是主要原因,热变形部分抵消了压力变形带来的影响;随转速的增大,液膜沿上游泵送方向的收敛程度减小,上游泵送率增大,摩擦因数增大;随着密封介质压力的增大,液膜收敛程度增大,摩擦因数减小,上游泵送率大幅减小;随密封介质温度的升高,液膜收敛程度减小,摩擦因数减小,上游泵送率有所增加。研究结果可为高压上游泵送机械密封环的结构优化和设计提供理论参考。

多孔质机械密封耦合润滑模型与密封性能分析

考虑多孔质材料内密封介质渗流与密封端面润滑液膜间的传质耦合关系,建立了一种多孔质机械密封的流体润滑模型,采用有限单元法求解液膜润滑方程和多孔质内部渗流控制方程,研究了膜厚、渗透率、多孔质环几何参数对密封性能的影响规律,揭示了多孔质机械密封的工作机理。结果表明:多孔质机械密封依靠流体静压效应在密封端面成膜,相较于普通平行端面密封,其液膜承载力和轴向刚度更大;随多孔质渗透率的增大,多孔质机械密封泄漏率和开启力逐渐增大,而液膜刚度逐渐减小;液膜厚度的增大会导致泄漏率的增大和开启力的减小,而液膜刚度先增大后减小,且不同渗透率下的最大刚度分别对应不同的膜厚值。研究结果可为多孔质机械密封的工程设计提供新的思路和理论指导。

外压斜锥壳设计方法的研究

GB150中规定,当外压锥壳为偏心锥壳时,参照正锥壳的设计计算方法。在对此方法研究分析后发现,等效后的正锥壳承压能力要比实际的斜锥壳降低很多,从而造成斜锥的设计壁厚偏大。文中运用ANSYS软件,首先对圆筒和正锥壳进行屈曲分析,与理论计算方法得出的临界压力值对比,证明有限元方法得出的临界压力值与理论计算相符;然后对外压斜锥壳进行分析,找到一种与外压斜锥承压能力相接近的正锥,即斜锥等同不同锥角的正锥。等效后的正锥与原来斜锥的承压能力相近,从而对原有的斜锥壳设计方法加以改进。

基于MATLAB的管壳式换热器优化设计

基于MATLAB 7.6开发了管壳式换热器,充分利用压降优化设计软件。通过改变换热器结构,充分利用管壳程压降,提高传热系数,减少换热面积。通过案例分析表明,充分利用压降后,换热器的传热系数提高了21%,换热面积减小了20%,大大减少了换热器的投资费用。

弯矩和双轴拉压载荷下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷分析

极限载荷作为含缺陷结构完整性评定的主要参量之一直接影响着评定结果,一直是许多学者关注的重点。多轴载荷条件下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷是当前研究的重要方向。针对含半椭圆表面裂纹平板,基于von Mises屈服准则,推导出了在平板端面施加拉弯组合载荷和在平板两侧施加轴向力的作用下的极限载荷表达式,并通过n1坐标得到了屈服线,研究了平板两侧轴向力的影响。本文解与现有的单轴拉弯组合载荷下的解一致,同时与在相同载荷条件下含矩形表面裂纹平板的极限载荷解做了对比。结果表明:当沿厚度方向裂纹深度较大或沿宽度方向裂纹宽度较大时,矩形裂纹代替半椭圆裂纹会存在过度保守的结果。

高温高压容器封头安装中螺柱应力试验

针对高温高压容器封头法兰连接中,加载后螺柱预紧力分布不均匀问题,提出在螺柱表面粘贴电阻应变片测量螺柱应变变化的测试过程与基本操作方法。采用正弦模型和指数衰减模型预测螺柱应力的变化,以探索适合的预紧方式和制定合理预紧程序。对试验数据的分析结果表明,螺柱的应力沿法兰周向成正弦规律变化;单根螺柱应力在预紧过程中满足指数衰减规律。

结构灵敏度分析进展

介绍了结构灵敏度分析的研究背景,分析了基于有限元法的几种常用结构灵敏度分析方法的原理和进展,包括解析法、完全有限差分法、半解析法、复变函数法和伴随变量法。根据最近几年的灵敏度研究,提出多种方法相结合的复合灵敏度分析是未来结构灵敏度分析的发展趋势。

基于非线性温焓关系的换热网络夹点法

针对换热网络流股存在非线性温焓关系的情况,提出了基于非线性温焓关系的换热网络夹点法,运用MATLAB数据拟合工具箱拟合流股的温焓关系式,提出了基于非线性温焓关系的换热网络夹点法的能量目标以及夹点温度的计算方法。最后,通过运用文中提出的方法对一个案例进行了换热网络综合,通过比较流股线性温焓关系和非线性温焓关系对换热网络的影响,说明了换热网络优化中考虑流股非线性温焓关系的必要性。