双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟

以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

一体式压力补偿灌水器快速设计新方法

为降低压力补偿灌水器制造和装配的复杂性,设计了新型的一体式压力补偿灌水器,并基于快速成形技术,提出了一体式压力补偿灌水器的快速实验和定型方法。采用正交实验设计方法,取压力补偿区结构参数为因素,设计并制作一体化滴管进行其水力性能实验分析,结果表明,补偿区流道单元个数和剪切深度对灌水器补偿性能影响显著,而且滴头体上迷宫流道尺寸对灌水器流量影响最大。建立了关键结构参数相对于流量和流态指数的关系式,通过实验验证了其正确性。最后进行了压力补偿区液固两相流抗堵塞机理计算流体动力学分析,为新型压力补偿灌水器的结构设计提供了理论依据。     

基于流固耦合的薄膜节流器仿真分析

应用有限元分析软件ANSYS和流固耦合分析方法,对新型岛式薄膜节流器和常规薄膜节流器在同等边界条件下,进行模拟仿真分析,得到两种节流器上、下腔液体压力分布及两种薄膜变形.仿真对比分析证实了新型岛式薄膜中心圆台变形平缓,使薄膜不易塑性变形,减小了薄膜节流静压轴承由于局部液压冲击产生的系统失稳,利于薄膜节流器的设计计算.     

弯管冲蚀失效流固耦合机理及数值模拟

针对流体输送管道失效研究中存在的问题,主要研究腐蚀与流体流动的交互作用对管道冲蚀破坏的作用机理。建立流固耦合数理模型,推导出在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)描述下的粘性流体N-S方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程,分析管壁边界层多相流介质流动与腐蚀产物保护膜破损之间的耦合作用。以弯管的冲蚀失效为例,结合弯管的结构特性、多相流的物性参数,运用ANSYS有限元分析软件,采用物理环境顺序耦合法进行流固耦合数值模拟,分析管壁腐蚀产物保护膜的变形程度和受力状态,判定弯管冲蚀破坏的危险区域和失效趋势;现场测厚数据与仿真计算结果基本吻合,验证仿真计算的可靠性和可行性,该方法可用于管道输送系统的风险预测、安全评估和工艺改造。     

离心泵叶轮流固耦合分析

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。     

盘式制动器流固耦合传热仿真分析及试验研究

流固耦合传热仿真分析重点在于计算流体力学(CFD)和固体传热有限元(FEA)。将制动器各个零件构成一个流固耦合传热系统进行研究,采用分区求解、边界耦合形式进行求解。此法将难以确认的单个零件传热外部边界转化为内部边界,计算时可只定义外部边界,更加切于实际便于计算。通过数据对比结果表明:仿真分析数据与试验测量结果相吻合。因而,采用此法模拟制动器的热传导和对流换热是切实可行的。     

阀门流固耦合的研究进展

流固耦合现象是指流体与固体相互作用的现象,其具体表现为流体作用于固体,使之变形或位移,同时固体反作用于流体,引起流场的变化.在阀门中,当流固耦合现象达到一定程度时,会对阀门及与阀门相连的多种部件产生损伤,并最终导致阀门工作效率下降乃至失效.为更全面地认识阀门中的流固耦合现象,本文从流固耦合理论、试验方法和数值模拟3方面...     

气体静压节流器变形量的流固耦合数值分析

由于气体在气膜内部压力和温度的不均匀分布,将导致气体静压节流器的工作平面变形,在高精密和超高精密场合,这种变形不容忽略。采用ANSYS的单向流固耦合分析方法,研究了止推型气体静压节流器在不同供气压力、供气温度、气膜厚度、节流孔直径和节流孔长度下工作平面变形量的大小。研究结果表明:随着气膜厚度、供气压力和节流孔直径的增加,变形量增大;随着供气温度的降低,变形量增大;节流孔长度对变形量影响不大;在5个因素中供气温度是影响最大的因素。     

基于workbench流固耦合节流阀数值分析与优化设计

针对川东北地区高压陆相裂缝性气藏开发过程中,由于含固相流体高压冲击作用,节流阀在现场使用过程中频繁出现楔形面遇刺、堵塞及阀芯台阶面和销钉孔连接处断裂等问题,以钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对不同条件下节流阀内部流场分布及阀芯静力学进行对比分析。结果表明,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯台阶面与销钉连接孔位置处出现应力集中,同时楔形导流面处有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效,该结果与现场阀芯失效情况十分吻合。综合现场与分析结果,优选阀盖伸出量长度为26 mm,并提出楔形节流阀阀芯新型连接结构,改善阀芯工作条件,延长使用寿命。     

复杂薄壁壳体流固耦合仿真分析及试验研究

针对某涡轮增压器复杂薄壁燃进壳漏水现象,采用CFD流固耦合计算方法,分别仿真模拟了柴油机运行工况及增压器试验台运行工况温度、应力分布,并开展了试验测试。研究表明：燃进壳温度场分布均匀无突变,柴油机工况下燃进壳表面最高温度为212℃,最低温度为72℃,台位试验工况下,燃进壳表面最高温度为193.6℃,比柴油机工况减小18.4℃,台位试验测试与仿真模拟高度吻合,最大误差约为4.3%。应力计算表明：燃进壳应力分布均匀,柴油机工况下,最大等效应力为176MPa,最大等效应力小于材料屈服强度224MPa,安全系数1.27,台位试验工况下,最大等效应力分布在燃进壳冷却水流道,最大值约为230MPa。燃进壳理论计算应变与实际测试应变最大误差为4.11%,理论计算结果与实际测试结果吻合较好,燃进壳应力计算完全满足工程仿真精度要求,研究结成果为后续燃进壳寿命提升奠定理论计算基础。     

基于流固耦合的液压缸碰撞研究

针对经典碰撞模型的局限性,通过采用缸筒弹簧模型,建立了新型液压缸碰撞模型;通过构建描述液压缸碰撞的流固耦合方程组,利用有限元软件ADINA分析了有无流体及不同负载力对液压缸碰撞位移、速度和应力的影响,分析结果表明流体对于液压缸碰撞具有明显的阻尼作用。     

轴向迷宫密封性能的流固耦合分析

以往轴向迷宫密封设计时多借鉴旋转迷宫密封的研究成果,而对于轴向迷宫密封,其内部流体变化形式存在较大区别.为探讨轴向迷宫密封流场分布和泄漏特性,对某型号迷宫压缩机活塞气缸部位采用的齿形轴向迷宫密封结构进行研究.建立该轴向迷宫密封结构的三维模型,对迷宫密封泄漏特性进行流固耦合分析,分析迷宫密封流体域内压力分布、流场分布及结...     

流固耦合下轴流压气机叶片振动特性数值研究

气流扰动触发的叶片振动是导致叶片疲劳失效的主要原因,针对此问题,首先,建立叶片流固耦合时域计算模型,研究叶片振动特性,并进行叶片失效分析;其次,建立压气机叶片振动分析模型,结合叶片振动试验来验证模型的有效性;然后,考虑气体与叶片的耦合作用,通过数值仿真模拟得到典型工况下的叶片表面气动载荷,并将其引入旋转叶片有限元振动分析模型进行叶片振动响应计算;最后,引入坎贝尔图确定叶片危险工况,得到危险工况下的叶片动应力分布,并进行叶片疲劳失效分析。结果表明:临界工况下叶片振动应力分布与发生共振的模态振型密切相关;临界转速下叶片发生的1阶共振是造成叶片失效的主因。     

基于单向流固耦合的潮流能水轮机叶片强度及模态分析

叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后在Workbench内完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,采用单向流固耦合的方法将流场载荷施加到叶片结构上并对其进行了强度分析,得到了叶片变形及应力的变化情况;最后对叶片进行了模态分析,得到叶片各阶模态振型、频率及最大变形量,并且对结果进行了分析。     

基于流固耦合的波箔动压气体轴承承载性能优化

基于有限元软件Ansys Workbench,建立波箔动压气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨不同转速和波箔片结构参数（波箔的长度比、高度以及厚度）对轴承承载性能的影响规律。结果表明：轴承气膜压力大小的分布与平箔片变形量的大小成对应关系,说明提出的流固耦合方法能很好地反映波箔动压气体轴承的润滑状态;随着转速的增大,轴承动压效应不断增强,承载力增大,且平箔片的结构变形不断增大,致使气膜压力的收敛区发生波动;随着波箔的长度比和波箔片厚度的增加,轴承承载力先快速增大后趋于稳定,而波箔片高度对承载力影响不大,表明适当增加波箔的长度比和波箔片厚度可以提高承载力。     

考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性流固耦合数值研究

为研究非金属热塑性材料的迷宫密封齿变形对密封性能的影响,建立考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性瞬态流固耦合数值求解模型,在验证数值求解模型准确性的基础上,分析不同进出口压比下,酚酞聚芳醚酮(PEKC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜酮(PPESKca30)3种材料的迷宫密封力学特性及泄漏特性.研究结果表明:考虑齿变形的密封流场...     

基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计

为了解决某初步设计的轴流吹风机出风口流量较小的问题,本文对轴流风扇了进行优化设计,最终将风扇叶片翼型由NACA4409翼型改为AH79-100C翼型,叶片安装角由30°增大为32.5°,设计叶片后弯角为8°。基于计算流体力学理论,建立了轴流吹风机流场和轴流风扇风道流场的数值计算模型,运用Fluent软件进行流场数值仿真。基于 ANSYS 软件的Workbench平台,利用流固耦合仿真分析方法对优化后的轴流风扇进行结构分析,校核了新风扇的强度。数值仿真结果表明：仿真结果与企业实验测试结果相符,优化后的轴流吹风机出口流量较优化前增加了10.59%,新风扇轴功率满足企业要求,强度也满足设计要求,总体达到了优化目标。     

Experiments and Simulation of Thermal Behaviors of the Dual-drive Servo Feed System

The machine tool equipped with the dual-drive servo feed system could realize high feed speed as well as sharp precision. Currently, there is no report about the thermal behaviors of the dual-drive machine, and the current research of the thermal characteristics of machines mainly focuses on steady simulation. To explore the influence of thermal characterizations on the precision of a jib boring machine assembled dual-drive feed system, the thermal equilibrium tests and the research on thermal-mechanical transient behaviors are carried out. A laser interferometer, infrared thermography and a temperature-displacement acquisition system are applied to measure the temperature distribution and thermal deformation at different feed speeds. Subsequently, the finite element method(FEM) is used to analyze the transient thermal behaviors of the boring machine. The complex boundary conditions, such as heat sources and convective heat transfer coefficient, are calculated. Finally, transient variances in temperatures and deformations are compared with the measured values, and the errors between the measurement and the simulation of the temperature and the thermal error are 2 ℃ and 2.5 μm, respectively. The researching results demonstrate that the FEM model can predict the thermal error and temperature distribution very well under specified operating condition. Moreover, the uneven temperature gradient is due to the asynchronous dual-drive structure that results in thermal deformation. Additionally, the positioning accuracy decreases as the measured point became further away from the motor, and the thermal error and equilibrium period both increase with feed speeds. The research proposes a systematical method to measure and simulate the boring machine transient thermal behaviors.