圆盘旋转冲击粉碎机转子参数优化EDEM仿真

针对一种利用旋转产生的离心力冲击碰撞片粉碎装置,运用EDEM离散元素法,对物料在圆盘旋转冲击粉碎机转子加速下通过出料管撞击碰撞片冲击粉碎过程进行仿真,分析了转子转速和碰撞距离两个主要参数对破碎效果的影响,并设计正交通过对比物料的粉碎程度,对圆盘旋转冲击粉碎机转子进行初步选型设计,经过分析表明:转子转速对黏结键的破坏随着转速的增加逐渐增大;碰撞距离越短物料脱离出口处的速度越快能量越大,对物料的破碎效果越明显;旋转速度在600r/m,出料管端口距碰撞片15mm时粉碎机效果最好,为破碎机提高破碎效果提出参考依据。     

不同叶片出口角下离心泵压力脉动及径向力分析

在试验结果和数值模拟吻合良好的基础上,开展叶片出口角对离心泵压力脉动以及径向力影响的研究。本文以两级矿用潜水离心泵为研究对象,建立4组不同叶片出口角叶轮模型,通过数值模拟获得离心泵外特性,叶轮、导叶、蜗壳的压力脉动分布及叶轮径向力特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵内压力脉动呈周期性,当β2=16°和20°时叶轮出口压力脉动强度较大。随着叶片出口角增大,导叶和蜗壳内压力脉动均逐渐增强,且导叶内压力脉动强度大于蜗壳,不同叶片出口角下,导叶及蜗壳内脉动主频均为叶频。叶片出口角的改变也会对叶轮径向力矢量分布产生一定影响,随着β2增大,叶轮径向力逐渐增大,且首级叶轮轴向力大于次级叶轮,蜗壳比导叶有更好地改善叶轮轴向力的作用。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。     

基于流固耦合的液环泵转子动力学特性分析

为了分析液环泵内非稳态气液两相流引起的转子结构响应特性，基于数值模拟与试验测试相结合的方法，对液环泵转子部件进行流固耦合应力应变分析，分析了叶轮不同叶片的应力及变形量分布特征、旋转角引起的非稳态特性、转子部件的模态特性。结果表明：当叶片尖部与壳体内壁距离最小时，其最大等效应力为最大值，随着旋转角的增大，叶片的最大等效应力先减小后增大，叶片的最大变形量随着转角与最大等效应力的变化趋势完全一致，当α=0°，Q_m=0.05 kg/s时，叶片最大变形量与最大等效应力分别为1.381 mm、180.96 MPa；叶轮沿圆周方向18枚叶片上的最大应力分布各不相同，且随着叶轮旋转角的逐渐增大，叶片的最大变形量整体上先减小后增大；叶片上的变形量分布沿径向由轮毂到叶尖近似呈线性逐渐增大，应力沿径向方向先急剧增加后缓慢减少，且在0.1r2位置处达到最大值。研究结果可为液环泵的优化设计提供参考。     

小孔节流深浅腔动静压气体轴承承载特性分析

以小孔节流深浅腔动静压气体轴承为研究对象,采用Fluent软件对轴承的承载特性进行分析,研究偏心率、供气压力、主轴转速、气膜厚度、浅腔深度比等因素对轴承承载力和刚度的影响。结果表明:小孔节流深浅腔动静压气体轴承浅腔区的平均压力大于深腔区的平均压力,压力最大区域出现在浅腔末端靠近轴承端面处;随着供气压力的增加,承载力逐渐增大,但供气压力不应超过0.95 MPa;当主轴转速在3×10⁵ r/min以内时,承载力和刚度随着转速的增加呈线性增长规律,当主轴转速超过3×10⁵ r/min继续增加时,承载力和刚度的增长趋势明显放缓;承载力与刚度随着浅腔深度比的增加先增大后减小,当浅腔深度是气膜厚度的1～1.5倍时,承载力与刚度接近最大值。     

多级泵导叶径向力的数值模拟

为了降低多级泵导叶所受径向力,提高多级泵运行时的稳定性,采用SST k-ω湍流模型对某多级离心泵末级导叶出口有压盖和无压盖两种情况分别进行全流道非稳态数值模拟,分析出口压盖对末级导叶非定常压力回收与总压损失、末级导叶叶片受力及作用在末级导叶上的径向力特性的影响。研究结果表明,数值模拟扬程预测结果与试验结果较吻合;由于动静干涉作用影响,末级导叶内总压损失、静压回收及作用在末级导叶上的径向力呈现周期性波动;当出口有压盖时,总压损失和静压回收波动明显减弱,末级导叶叶片合力矩较小,作用在末级导叶上的径向力和脉动幅值也减小,说明出口压盖可以减弱叶轮对导叶动静干涉的影响,改善作用在末级导叶上的径向力。     

潮流冲击物理过程的有限元建模与仿真分析

潮流冲击物理过程是一非线性动态冲击的复杂物理过程,了解该冲击作用过程并明确冲击压力、流速等物理量的变化规律对设计高效潮流能利用装置具有十分重要的作用。以开发的新型潮流能利用装置为对象,研究了潮流冲击物理过程的有限元建模与仿真技术,并在此基础上,对潮流冲击物理过程进行了仿真分析,获得了旋转叶片机构和导流箱零部件的受力等高线图、压力云分布图、水流速度矢量图和水流轨迹图。研究表明:叶片正面受力不均匀,支柱近端所受压力较大,而叶片的反面受力较为均匀;水流冲击叶片后成发散状,并贴着叶片向边缘处流动;导流箱外侧所受压力高于内侧,箱体上的水流分布从外到里不断增多,水流速度不断增大,具有明显的聚流增速作用。     

变量型阀配流柱塞式液压电机泵的研制

研制了一种双斜盘阀配流轴向柱塞式液压电机泵的样机,并阐述了一种依靠改变左右斜盘相对位置角度关系来实现液压泵排量改变的变量方式。研究表明：样机技术指标达到了额定压力20 MPa,输出流量298 mL/min,容积效率达到96%,并验证了新变量方式的可行性和具有余弦规律的变量特性。实验也证明了适当增大吸入阀弹簧预压紧力以抵消配流阀旋转时所受的离心力,与在吸入阀的前腔设计简易的离心增压装置以利用液体离心力等方式是可行的,不仅使得泵在中速（750~1200 r/min）时可保持较好的排量,而且在高速(1200~1500 r/min)时排量降低不显著。     

粉末烧结型均温板抗旋转性能试验研究

为分析粉末烧结型铝制均温板在旋转离心力作用下传热性能的变化,文中设计了旋转试验测试平台,用以模拟不同转速过载条件,测试均温板在静止、低转速、高转速等状态下的传热温差,并进一步研究记录转速变化时均温板传热温差随时间的变化情况。试验结果表明,均温板传热温差在低转速下（7.5 r/min）与静止状态下变化不明显,传热温差随着转速增加而逐渐增大。停止旋转后,传热温差快速下降。在高转速（30 r/min和45 r/min）下,传热温差增加值最大约10℃,最小约4℃。     

盘直径对特斯拉涡轮性能影响的数值研究

特斯拉涡轮由于结构简单、成本较低、效率较高而广泛应用于低功率的动力输出,本文数值研究了特斯拉涡轮内部的流动特点及性能,比较了不同盘直径时流动结构和总体性能的差异,主要结论如下:增加圆盘直径可引起气流和圆盘的作用区域增大,有利于输出扭矩和功率,同时气体的切向速度和圆盘的旋转速度之差减小,引起涡轮效率的增加。转速为30000r/min,盘直径为120mm时,特斯拉涡轮输出功率可达1088.7W,效率达24.5%。     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

液流悬浮超光滑加工中流体动压力对加工效果的影响

建立了基于数控装备的液流悬浮超光滑加工系统,研制了可控制加工压力的柔顺加工装置。应用流体动压理论分析了液流悬浮超光滑加工过程中的流体动压力分布规律,研究了工具转速和加工间隙对流体动压力的影响规律,并通过实验得到了加工间隙和流体动压力对加工效果的影响规律。结果表明,随着工具转速的提高,流体动压力逐步增大,在工具转速为6000 r/min 左右时流体动压力达到最大值,然后又逐渐减小。随着加工间隙的增大,流体动压力逐步降低,并最终趋于稳定。加工间隙在5-40 µm时,加工效果比较明显。在工具转速为6000 r/min 左右、加工间隙在10 µm附近时,流体动压力增强为5N左右,加工效果最佳。     

高速离心泵叶轮动态特性分析

为了研究离心泵叶轮在启动过程以及流体作用力下的动态特性,采用单向流固耦合的方法获取离心泵启动过程中叶轮的动态特性,分析了不同工况下稳态径向力的分布规律以及非定常流动下叶轮所受瞬态径向力的变化规律,并通过谐响应分析获取叶轮在瞬态径向力下所产生的结构振动特性。研究发现：叶轮在启动阶段所受径向力先急剧增大而后减小,最后稳定到30 N处波动,其振动幅值先急剧增大后减小到0.01 mm处后稳定波动;非定常流动作用下叶轮所受瞬态径向力出现周期性变化,在频率为101.67,610 Hz处,叶轮振动幅值明显增大,表明在这2个频率处叶轮易出现振动失稳。     

基于Fluent的径向柱塞泵内流道流场分析

针对40ml/r径向柱塞泵内流道的非定常流动,应用流场仿真专用软件Fluent进行了可视化分析。利用滑移网格和动网格技术对柱塞绕配流轴旋转以及柱塞沿自身轴线的往复运动进行动态模拟,得到柱塞在不同位置的速度和压力分布云图,以及出口处压力和流量随转角的变化规律,数值模拟结果为径向柱塞泵流道的设计提供了理论基础。     

基于蜂窝芯圆盘刀切削齿的系统稳定性研究

从圆盘刀超声振动切削Nomex蜂窝芯加工原理出发,将圆盘刀超声加工系统简化成双自由度弹簧-质量-阻尼系统并建立了圆盘刀超声振动动力学模型,推导了圆盘刀加工系统临界稳定成立的条件式。在理论分析的基础上,基于MATLAB/SIMULINK搭建了圆盘刀系统动力学仿真模型,并开展了颤振仿真试验,研究得出了切削齿数对系统稳定性的影响规律:在低转速范围内,随着刀具切削齿数量逐渐增大时,加工系统稳定性逐渐降低;在高转速范围内,加工系统的稳定性随着刀具切削齿数量的增大反而逐渐增强。采用控制变量法在转速为1 500 r/min等加工条件下通过使用所设计的3种不同齿数的圆盘刀现场加工Nomex蜂窝芯得到的零件表面质量对比分析表明,大齿数Z=36的圆盘刀加工得出的零件表面质量更高,系统稳定性更好,与仿真结果一致,从而很好地验证了已建立的超声振动动力学模型与稳定性条件式。     

基于FLUENT的涡流管内部场的数值模拟及旋流流动分析

以R41为工质对涡流管进行数值模拟,在最佳冷流率下分析了涡流管内部压力场、温度场以及流场的分布规律。模拟结果表明涡流管内部呈现明显的压力梯度和温度梯度及三维旋流流动状态,随着轴向距离的增加轴心区域压力逐渐增加而外缘区域压力逐渐减小,二者在轴向距离为60 mm后逐渐稳定为2.57 MPa;温度随着轴向距离的增加而增加,当轴向距离增加到50～60 mm时温度逐渐稳定在301 K左右;轴向速度方向存在明显的改变,并且随着轴向距离的增加转变程度逐渐降低,径向位置上随着压力差ΔP的增加轴向方向逐渐呈现逆流状态;切向速度随着轴向距离的增加逐渐减小,不同径向位置上切向速度随着压力的增加而增加。     

风力机动态偏航时对风轮气动性能影响的数值模拟研究

本文是对动态偏航风力机输出功率和风轮表面的压力分布进行了研究。以某S翼型风力机叶片为研究对象,采用有限元方法,模拟叶片在额定工况下以10°/s的旋转速度从正对来流风开始顺时针匀速偏转30°。在动态偏航过程中取10°,20°两个偏航角位置时的风轮表面气动力及5°,10°,15°,20°,25°,30°六个偏航角下风轮的输出功率分别进行气动力及输出功率对比,结果发现:同一偏航角下,风力机动态偏航时,三支叶片间存在不平衡气动力;同一偏航角同一叶片相同径向位置,风轮动态偏航时压力面与吸力面的压强差小于风轮静态偏航时压力面与吸力面的压强差。风力机发生动态偏航时,风力机受气动力变化幅度较大,输出功率会较大波动。     

交错叶片对双吸离心泵性能特性影响分析

为了积极响应及实现国产化要求,对原进口泵进行整机国产化研制,通过数值模拟分析了叶轮叶片交错角度为0°、15°、30°时离心泵内的流态和压力脉动。结果表明:随着叶片交错角度的增大,小流量工况下,扬程值逐渐降低,效率值无明显变化;大流量工况下,扬程值和效率值逐渐增大;额定工况下,随着叶片交错角度的增大,压出室对称分布的两个单独流道同一位置处静压值逐渐增大,相对速度值逐渐减小,而叶片处的相对速度值无明显变化。压出室内压力脉动幅值随着叶片交错角度的增大出现明显的减弱现象。同一叶片交错角度下,随着压出室过流断面的增加,压力脉动幅值逐渐减小,隔舌位置处压力脉动幅值受动静干涉作用最大。站场运行结果表明,叶片交错角度为30°的国产泵较原进口泵振动值减小、耗能降低、泵运行平稳且效率高。     

涡轮式膨胀机正交设计及特性分析

以某涡轮式膨胀机为研究对象,开展影响其性能设计参数的研究。以输出功率、旋转扭矩为性能目标,采用正交设计方法,设计了16组方案,基于Fluent研究了转速等设计参数对涡轮式膨胀机输出性能、内部流场的影响,并借助SPSS(Statistical Product and Service Solutions)对仿真结果进行极差分析。结果表明:压力0.8 MPa、温度270 K、转速3000 r/min时,输出功率最大,约为8.76 kW;压力0.8 MPa、温度300 K、转速1500 r/min时,旋转扭矩最大,约为40.63 N·m。为使性能目标同时达到最优,基于多目标优化设计,在合理的范围内择优选取,选定压力0.8 MPa、转速2250 r/min、温度285 K为最佳方案组合,并通过涡轮式膨胀机测试平台完成实验验证。