基于ANSYS CFX的反应炉燃烧传热数值模拟研究

运用Pro/e 5.0建立反应炉的参数化模型,利用CFD/CAE前处理器ICEM CFD对几何模型进行网格划分,最后在ANSYS CFX12.0中进行燃烧化学反应模拟.采用k-Epsilon模型来模拟湍流流动、涡耗散模型(EDM)模拟燃烧反应过程、离散传输模型模拟辐射传热等,计算得到:完全燃烧火焰形状为沿中心轴线方向传播且轮廓明显、炉内流动在两侧呈现较强的回流、中心形成射流;缺氧燃烧时,无明显火焰,但炉内温度场趋于均匀、流场与前者近似.这对炉内流动与反应过程的研究具有一定参考价值.     

三级旋流器的设计及其流场模拟

利用UG软件建立三级旋流器模型燃烧室的几何模型,采用四面体非结构网格划分方法,生成网格计算模型,应用Realizable k-ε湍流模型对该模型燃烧室的冷态流场进行数值模拟。研究结果表明:与旋流器其它参数相比,各级旋流器之间的流量分配对三级旋流器的流场特性(如回流区范围和中心速度分布)有较大的影响。深化了对三级旋流器各种设计参数的认识,有助于实现三级旋流器的进一步优化设计。     

板栅连铸机连铸区热—流耦合场数值仿真研究

通过对板栅连铸机工作原理的分析和连铸区热—流耦合数学模型的建立,利用ICEM CFD软件建立了板栅连铸区仿真模型.通过对其预处理,包括划分网格、确定仿真条件、设置仿真参数,将模型导入FLUENT软件;经过仿真求解计算,得到各参数对热场与流场的关系云图.通过仿真结果的对比分析,得到各工艺参数的最佳范围.研究成果有助于板栅连铸机的合理运行,为进一步优化设计提供理论依据.     

四轴垂直起降喷气式无人机气动数值仿真

基于无人垂直起降飞行器对高机动性、高负载、高动态响应的严苛要求，设计一款四轴垂直起降喷气式无人机.根据流体力学三大基本方程以及湍流k-ε方程对气动数值仿真模拟，确定无人机飞行时外部流场计算域.利用ICEM CFD软件对外部流场进行混合式非结构化网格划分，在Fluent求解器中设置流场边界条件，以湍流模型为基本模型，对无人机整机进行气动性能进行模拟并求解，得到无人机各部分表面的阻力系数、流速分布图、压力分布图和湍流动能图.对其进行气动特性分析，得出无人机上表面顶部、尾部、下表面头部以及喷气支架处存在动能损耗较大、阻力系数较高的问题.根据仿真结果，对无人机上述部位进行气动造型优化，结果表明，无人机总阻力系数由原来的0.165减小至0.121，有效改善了无人机表面压力、气流流速和湍流度.优化后气动特性更加优良，气动造型符合设计理念.     

基于高斯过程回归的机翼/短舱一体化气动优化

为了解决机翼/短舱一体化气动设计的高维非线性优化问题，基于高斯过程回归（GPR）模型提出新型优化设计方法.采用类别形状函数变换（CST）方法对机翼/短舱一体化构型中的翼型进行几何参数化建模；通过控制机翼形状参数、短舱形状参数和短舱安装参数实现机翼/短舱构型变形，该参数化建模过程共计包含50个设计参数.通过GPR模型构建机翼/短舱设计参数与气动性能之间的代理模型，并采用贝叶斯优化（BO）算法实现代理模型的自更新和最优气动外形的获取.结果表明：优化后一体化构型的阻力系数下降了10.95%，通过流场分析发现机翼外形和短舱外形的优化改善了表面流场结构，短舱安装位置的优化减弱了机翼和短舱间的气动干扰.     

某型发动机水套CFD分析

随着日益严格的油耗法规和排放法规,对发动机精益化设计提出了越来越高的要求,冷却水套结构的优劣直接决定了发动机的动力性、经济性及可靠性。主要研究了某型发动机冷却水套的流场情况。首先采用三维建模软件Pro/E建立冷却水套的几何模型,然后采用ICEM前处理软件对整个水套模型进行网格划分,最终网格数量达890万左右。并采用FLUENT研究了水套的速度场和温度场,重点分析缸盖水鼻梁区、排气侧和缸体水套等区域的流场和速度场分布。经过一系列的分析和优化,最终确定优化方案满足要求。     

遗传算法在离心泵叶轮设计中的应用

基于对旋转机械叶片参数化描述、叶栅流道网格参数化生成、流场数值模拟方法以及寻优算法的全局搜索性能四方面的研究,利用Blade Gen旋转机械叶片专业设计软件,对离心泵叶轮的叶型骨线、子午流面进行了参数化描述,并在Blade Gen中生成离心泵叶轮模型.利用Turbo Grid的高质量旋转机械六面体网格生成算法,对离心泵叶轮叶栅流道的网格进行拓扑计算及参数化控制,增大了后续流场分析的稳定性以及收敛速度.利用CFX的session文件,实现对CFX的后台参数化调用,建立了CFX环境下的完全自动化仿真分析过程.以Matlab为主控程序的方式,高效地整合了Blade Gen、Turbo Grid、CFX软件,建立了可扩展性好、鲁棒性强的离心泵叶片优化系统.     

肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法研究

船体伴流场的预报与分析,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是至关重要的.为寻求适合肥大型船伴流场的数值预报方式,使用通用CFD前处理软件ICEM CFD探讨了某肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法,并对影响该肥大型船尾部伴流场的一些关键网格的划分做了比较和分析.通过不同网格划分方法所得到的数值结果与实验结果的比较,得出了适合肥大型船伴流场的网格划分方法.同时,为验证该网格划分方法的适用性,对某化学品运输船和集装箱船的桨盘面伴流场进行了预报,其结果与试验值符合良好.三条船伴流场的数值结果表明,该网格划分方法在肥大型船粘性伴流场的预报上具有适用性.     

叶片式连续回转电液伺服马达流场数值分析

针对叶片式连续回转电液伺服马达的内泄漏影响其低速性能的问题,基于流体力学理论,采用有限元数值分析方法研究连续回转马达内部流场分布情况。应用UG软件建立了马达内流场的三维模型,通过ICEM CFD进行网格划分,生成了高质量的O型网格。导入流体分析软件ANSYS CFX中,并设置合理的边界条件,经仿真计算得到了不同的压差及间隙下马达的内泄漏量分布规律。结果表明:高低压腔之间的压差越大,通过叶顶间隙的流体的流速也越大,并且内泄漏随着压差的增加而增加,为研究马达内泄漏对其低速性能的影响奠定了基础。     

适应FDTD方法的AutoCAD高效建模技术与应用

针对时域有限差分(FDTD)方法在计算电磁散射等所遇到的精确有效建模问题,采用AutoCAD建立目标的三维模型,调用VBA程序进行适应FDTD计算的目标网格离散处理,生成相应的几何-电磁参数描述文件,并建立该文件与FDTD求解程序结合的计算程序接口,实现了有效、快速和精确建模手段,可以实现从目标建模到电磁特性分析一体化。作为应用,对金属球、金属抛物面旋转体和金属球部分体3个结构进行了建模、运算的实例仿真计算,计算结果表明了该建模方法的正确性和有效性,对通常用FDTD方法进行建模有重要意义。     

对大型锅炉网格划分的原则分析

划分网格是建立模型的一个重要环节,它要求考虑的问题较多,需要的工作量较大,所划分的网格形式将直接影响计算精度和计算规模。本文基于ICEM-CFD软件对电站锅炉数值模拟时网格划分的基本原则包括网格的数量、疏密、质量、分界点、形状等逐一进行分析,以某电厂6号炉炉膛燃烧状况的数值模拟为例,指出了采用ICEM软件在网格划分时应注意的技术问题。     

基于深度学习的钝体断面外形气动性能高效预测方法

对于气动性能,钝体断面的气动外形非常重要,采用传统风洞试验及CFD模拟计算得到钝体断面气动性能需消耗大量时间,大大影响钝体断面气动外形的气动性能评估效率。通过卷积神经网络深度学习技术实现对气动性能的快速预测,深度学习模型训练完成后,输入形状信息和与形状相关的流场信息,即可输出不同几何形状下的阻力系数,进而得到钝体断面的气动性能。为寻找性能最优的深度学习模型,通过综合判定误差和参数量大小对卷积神经网络结构的深度和宽度进行优化。对深度学习模型输出阻力系数与CFD计算结果进行对比发现,误差符合预期要求,并且相较于传统方法,基于深度学习网络的预测所需时间达到数量级的提升,未来可作为钝体断面气动外形优化的关键方法。     

正交面齿轮计算机仿真加工

基于齿轮啮合理论推导了正交面齿轮的齿面方程,建立了齿面的数学模型.通过UG软件的二次开发软件仿真了正交面齿轮插齿加工过程,生成了正交面齿轮的参数化模型.通过该仿真可以直接反映面齿轮的加工参数和面齿轮的关系.使用近似公式对面齿轮变尖半径进行了计算,并运用UG测量工具对仿真模型中的面齿轮变尖半径进行了测量,通过对比二者,验证了仿真的可行性.     

Characteristic of involute slope modification of asymmetric spur gear

The meshing characteristic of asymmetric involute spur gear was studied, the equations of the geometric shape of the asymmetric gear for both sides were deduced, and the equations of contact ratio and the key points of contact were also obtained.Meanwhile, an involute slope modification method considering the effects of static transmission errors was proposed based on the meshing properties. The characteristic of the involute slope modification was analyzed by changing different modification parameters.The mesh stiffness and synthetic mesh stiffness of unmodified and modified asymmetric spur gears were investigated. Furthermore,the spectrums of synthetic mesh stiffness under different modification parameters were compared. Research results showed that the modification parameters influence the meshing performance of gear pairs, and the proposed modification method was feasible to improve the transmission performance of gear pairs with appropriate modification parameters.     

轴流泵叶轮参数化自动建模的研究

轴流泵叶轮的三维参数化自动建模系统基于Pro—Engineer设计软件,采用二次开发工具Pro／Toolkit开发完成．提出了叶轮轮毂体采用特征描述法、叶片采用用户自定义特征法的基本造型策略．实例证明了本方法具有适用性强、造型速度快的特点,并为进行高效率的轴流泵CAD、结构分析及高精度的流场计算（CFD）提供了一种新的途径．     

一种NURBS曲面几何特征修改方法

NURBS曲线曲面形状修改一直是CAGD中的关键技术之一。本文针对NURBS曲面的几何特征修改,提出了基于约束优化的修改方法。通过对NURBS曲面的控制顶点进行扰动,以曲面控制网格变化量为目标函数并使之最小化,实现了NURBS曲面上给定一点处的位置、一阶偏导矢、二阶偏导矢和法矢等几何特征的修改。数值实例表明该方法用于微调时,可实现对曲面局部形状的多种修改效果,便于交互设计。     

斜齿轮传动的啮合刚度计算及其主共振分析

斜齿轮是机械装备的重要传动元件,其啮合刚度的准确计算和传动系统的稳定性分析具有重要的实际意义。根据斜齿轮轮齿接触线的变化规律,结合斜齿轮单对齿单位长度啮合刚度变化规律和ISO刚度计算准则,提出一种斜齿轮啮合刚度计算方法,分析了不同参数下斜齿轮传动的啮合刚度波动特性;基于分析所得的啮合刚度变化规律建立了斜齿轮传动的动力学模型,并利用多尺度法对动力学模型进行了求解,研究了外加载荷和啮合刚度波动对斜齿轮传动主共振的影响。结果表明：给出的斜齿轮啮合刚度计算方法能够较快速、准确地获取啮合刚度波动变化规律,将其引入斜齿轮动态特性分析中,能够更加准确地反映斜齿轮啮合刚度波动和载荷波动对系统主共振稳定性的影响规律;在其他条件不变时,斜齿轮主共振稳定性随静载荷和啮合刚度波动增加而增加,但较大静载荷会导致主共振频率增大,而且在高频激励下,即使较小的啮合刚度波动也会触发主共振的不稳定;载荷波动增加会使斜齿轮主共振幅值增大,使系统稳定性变差。