基于FLUENT的环面节流静压气体圆盘止推轴承二维流场仿真分析

静压气体轴承供气孔出13后的压力陡降一直限制着静压气体轴承的使用;且随着气膜间隙的增大,气膜内甚至会出现负压,而传统的雷诺方程无法计算出流场内的压力陡降.运用FLUENT软件对单孔环面节流静压气体圆盘止推轴承的流场进行了仿真计算;基于计算结果,分析了不同气膜间隙下气膜入13区和压力回升区的流场特性;运用边界层知识解释了不同气膜间隙下的压力回升;以流场中马赫数的连续变化为依据说明气膜内正激波是不存在的;研究了流场中气体粘度的变化情况;通过仿真压力分布与实验压力分布的对比,验证了仿真模型和仿真方法的正确性.     

R134a静压气体轴承静特性及其对制冷系统的影响研究

对制冷离心压缩机用R134a静压气体轴承进行数值分析,得到其气膜内部流场,计算轴承承载力和耗气量。结果表明：轴向静压气体轴承工作且单侧气膜间隙小于0.05 mm时,可以获得大于300 N的支撑力;径向静压气体轴承的平均气膜间隙为20~25 μm、偏心率为0.2时,可以获得大于300 N的承载力。轴承供气系统使用的高压R134a制冷剂会使制冷系统性能下降,计算工况下轴承供气系统使制冷系统性能系数降低1.4%。     

小孔节流气体静压导轨静态特性优化设计

为解决气体静压导轨工作刚度不足问题,提出一种双边气膜刚度最优设计方法。根据气体润滑理论及简化假设推导了气膜压力分布的雷诺方程,基于有限差分法离散了气膜流场求解域和边界条件,在MATLAB中编制了压力分布的求解程序,积分得到气膜的承载力,再求导可得气膜刚度。分析导轨间隙、节流孔结构参数和供气压力等对导轨静态特性的影响规律,为静压导轨的设计制造提供参考。     

两种不同锥腔结构的静压气体轴承性能研究

为研究高承载、高刚性锥腔气体轴承流场特性,建立供气孔和轴承间隙组成的完整气体轴承流场,采用层流和分段湍流模式计算不同间隙下中心进气锥腔气体轴承的压力分布曲线,计算与试验测试结果基本吻合。承载力测试的结果表明这种锥腔轴承具有较高承载力,但气腔容积较大。在此基础上提出了环形进气锥腔气体轴承,计算结果表明:改进后的气体轴承承载力较高,气腔容积大大减小,稳定性提高。     

FLUENT软件在空气轴承研究领域的应用

介绍FLUENT软件在空气轴承流场模拟领域的应用,用FLUENT对气体轴承气膜的压力场、刚度和质量流量进行仿真.最后与传统的基于雷诺方程的有限元法的计算结果进行比较,证实了使用该软件所得结果真实可靠.     

狭缝节流静压气体止推轴承性能研究

为研究狭缝节流气体止推轴承流场特性,利用运动方程、连续性方程及气体状态方程推导了流场的压力分布公式、质量流量公式和最佳刚度条件,并在一定的参数条件下计算了轴承的承载和刚度。理论分析和计算结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力和质量流量随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小;在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝深度的增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加;随着狭缝宽度的减小,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加。     

液晶玻璃光学检测仪器气浮板研究设计

为了比较通孔阵列不同排布方式对气膜压力、速度分布的影响,运用气体润滑理论以及空气静压轴承设计的相关理论,对毛细管节流模型进行理论分析,得到液晶玻璃气浮流场压力的计算公式。基于毛细管节流的平面静压气体支承的对称性,利用Gambit建立均匀和非均匀毛细管阵列气浮轴承的三维模型和划分网格,利用Fluent进行数值仿真,得到气膜的压力分布。在气浮系统其他几何参数不变的情况下,分析比较均匀和非均匀毛细管阵列以及供气压力对气浮支承静态特性的影响,结果得出均匀毛细管阵列静态特性更优,从而根据研究结果设计出均匀毛细管阵列的液晶玻璃光学检测仪器的气浮支承平台。     

稀薄条件下空气静压导轨气膜气体流态分析

基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,将气膜支撑区的气体划分为近壁层、稀薄层、连续流层,给出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程,通过LAMMPS(Largescale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)仿真气膜支撑区气体流态并计算其压力。结果表明:随着气流速度的增大,气膜有效压力减小,连续流层的厚度增大,稀薄层的厚度减小,当到达一定速度值时,气膜内压力不在分层,速度滑移现象可以忽略。从而验证分层理论的合理性。     

空气静压主轴有限元建模及动态特性研究

为提高空气静压轴承支撑的空气静压主轴的动态工作性能,文章利用Fluent计算出了空气静压轴承在不同供气压力下气膜刚度,利用Ansys Workbench中的轴承单元和弹簧—阻尼单元模拟轴承支承,对主轴系统进行了模态分析和动态响应分析,得到不同供气压力下主轴系统的固有频率、振型以及激振力作用下的位移幅频动态响应曲线。结果表明,随着供气压力的增加,轴承气膜刚度增加,且对主轴系统的低阶模态和高阶模态影响不同。另外随着气膜刚度增加,谐振频率逐渐增大、振幅减小,系统抵抗受迫振动能力逐渐增强。研究结果为提高空气静压主轴的动态性能提供了一定的理论依据。     

节流器类型对空气静压导轨静特性的影响分析

在理论研究的基础上,通过联立基本方程式推导出导轨气膜的三维不可压缩定常雷诺方程;使用前处理软件Gambit建立环面节流、狭缝节流、小孔节流3种节流方式的气膜模型;应用基于有限体积法的FLUENT软件对空气静压导轨静态特性参数进行迭代求解;通过对计算结果进行后处理,最终得出这3种典型节流形式对空气静压导轨气膜压力分布、静承载能力和耗气量的影响规律。     

液力缓速器双向流固耦合研究

基于双向流固耦合技术(FSI),采用非稳态模型,获得叶片结构变形对流场分布的影响,流场压力和惯性离心力作用下的叶片变形和等效应力。叶片变形主要是由于介质对叶片的作用力而非惯性离心力的作用。变形作用改变叶片的压力梯度,从而改变边界层流动,促进边界层分离,增加流动过程中的涡黏度。叶片的粗糙度可以促使边界层从层流转为湍流,抑制边界层分离。文中揭示液力缓速器能量耗时的主要过程。为提高扭矩和轻量化设计中带来的叶片强度问题,提供设计和校核的理论支持。     

小间隙下狭缝节流静压气体止推轴承静态性能的研究

减小气膜间隙可以提高气体轴承的刚度和承载,为研究小间隙下狭缝节流气体止推轴承静特性,运用FLUENT软件对小间隙下狭缝节流止推轴承进行流场仿真。采用滑移边界条件对小间隙下轴承流场进行计算,结果表明,随着气膜厚度的增加,滑移的影响逐渐减小,当膜厚大于等于4μm时滑移影响可以忽略。计算了狭缝结构对轴承静特性的影响,结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小。在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝宽度的减小,最大刚度值增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小;随着狭缝深度的增加,最大刚度值增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小。     

负压式气浮平台供气压力的研究

液晶平板在线检测过程中,使用负压式气浮系统的稳定性更高,为了比较负压的大小对气膜稳定性、供气参数、质量流量的影响,运用气体润滑理论,对气浮平台的单个节流孔进行理论分析,得到气膜平面的压力分布规律。建立正负压节流孔间隔排布的通孔阵列模型,通过Gambit建立模型并划分网格,对模型提供不同的负压,导入Fluent进行数值计算,得到各种情况下通孔阵列和阵列中心的压力、速度分布曲线。比较得到负压为-2 k Pa时,气膜稳定性更好。分析不同负压所需与之匹配的正压,得到对同一支承物,气膜厚度不变的情况下,正压随负压的变化规律。最后从稳定性和经济性因素出发,得到玻璃光学检测仪器的气浮支承平台的供气参数。     

Analysis of gas flow evolution and shock wave decay in detonation thermal spraying systems

The reactive Euler equations with variable gas properties are solved in both axisymmetric and plane two-dimensional flows to analyze the gas flow evolution, shock wave decay, and shock reflections in pulsed detonation thermal spraying (PDTS) systems. The gas phase governing equations are numerically solved using a high-resolution shock capturing numerical method. Expansion-compression waves are formed upon external gas expansion and persist for a long time (on the time scale of a PDTS cycle) with wide fluctuations in the gas velocity and temperature. The results show that the reflected shock wave from the substrate dies out extremely fast that micron-sized particles used in PDTS do not encounter these transients. The external shock wave decay is also analyzed for different reactive mixtures and flow geometries and is related to the truncation of the computational domain and the implementation of numerical boundary conditions at the open end boundaries.     

空化水喷丸诱导45钢残余应力场的数值模拟与验证

空化水喷丸工艺是利用淹没式空化射流中微小空泡在材料表面溃灭时产生的冲击波压力,用该压力来诱导金属零部件的表面形成压缩残余应力层,进而提高其疲劳寿命。本文依据空化水喷丸强化45钢的试验,运用ANSYS/LS-DYNA软件建立非线性无弹性模型中的双线性各向同性模型,模拟了空化水喷丸工艺过程中冲击波压力和材料相互作用的动力学过程,以及形成在表层的压缩残余应力场分布规律,讨论了本构关系、网格划分、载荷大小、加载历史等关键问题。采用不同峰值载荷的冲击波压力和多冲击波连续加载的方法,实现了对残余应力场分布的预测。利用微小部残余应力测定装置(PSPC/MICRO)对上述工艺条件诱导残余应力的大小进行测定,数值模拟的结果和X射线衍射法测得的残余应力大小和分布吻合较好。     

表面织构及供油量对润滑性能影响的建模分析

目的研究不同供油条件下织构表面的润滑性能。方法首先,建立考虑表面织构的乏油润滑模型,求解修正雷诺方程获得乏油工况下考虑织构表面的润滑油膜厚度以及压力分布。然后,依据求得的润滑油膜厚度判断计算域内各点润滑状态,通过接触压力及油膜厚度分别计算边界润滑、混合润滑以及流体润滑状态下的切应力,并积分求得摩擦力进而得到摩擦系数。结果模拟了供油层厚度为50~500 nm以及充分供油条件下三种织构的润滑行为,获得了不同润滑状态下表面织构的摩擦系数。速度为0.1 m/s时,供油量对接触区油膜厚度的影响较小,不同润滑状态下织构表现出不同的润滑性能。速度为0.2 m/s时,供油层厚度对油膜厚度的影响较大,随着供油层厚度的增大,膜厚明显增加,摩擦系数在供油层厚度为200 nm时最小。结论接触副处于流体润滑状态时,织构表面不具有减摩效果。接触副处于边界润滑状态时,织构表面具有减摩效果,并且织构较密时,摩擦系数较小。接触副处于混合润滑状态时,织构过于稀疏或密集时均不具有减摩效果,但是合理分布的织构具有减摩效果。     

Eigenstrain modelling of residual stresses generated by laser shock peening

This paper presents an eigenstrain (misfit strain) model of the residual stresses generated by laser shock peening (LSP). The shock wave is first modelled as a dynamic pressure load in an explicit finite element (FE) model and the stabilised plastic strain distribution is extracted. This strain distribution is then incorporated as an eigenstrain distribution in a static FE model and the residual stresses generated by the original shock wave are obtained as the elastic response to the eigenstrain. In order to focus on the basic mechanics, an elastic-perfectly plastic material model is assumed. Similarly, a simplified pressure/time variation (a triangular ramp with the peak pressure occurring at the half the total pulse duration) is assumed in order to characterise the pressure pulse. The peak pressure and the duration of the pressure pulse are determined in a way that they are consistent with experimental results. The analysis is extended to study the case of multiple pulses and the results show that the process generates compression in a surface layer of about 1.5-2 mm deep. Furthermore, the results demonstrate that the magnitudes of subsurface tensile stresses are of the order of one fifth of the material's yield strength for typical peening conditions.     

A STUDY ON PATTERN AND DISTRIBUTION OF GAS FLOW IN RACEWAY AND LOWER PART OF BLAST FURNACE

作者研究了冷态模型中模拟风口回旋区气流的流动结构,由此确定了一个重要的影响高炉气流分布的边界条件。发现在风口回旋区有一个由环流包围的限制流动型的中心射流流股。在电子计算机上对流函数的Laplace方程和矢量化的Ergun方程导出的流函数方程进行有限差分解法,得到了一些流线图,从而研究了高炉下部的气流分布及影响因素。计算表明高炉下部气流分布与回旋区的流动结构有密切的关系,这些结论对研究和控制高炉过程有一定参考价值。