200 MW电厂再热器小径管焊口应力集中的研究

简述了200 MW电站锅炉再热器集箱小径管焊口的质量和安全的重要性.介绍了再热器焊区渗漏的3种原因,即设计不当、材料性能欠佳和运行工况恶劣,指出最重要的原因--结构设计不当.结合某电厂锅炉再热器集箱小径管的焊口,将实际问题理想化为符合实际的力学模型,分析了采用有限元法来求解该力学模型的必要性.给出了有限元法计算模型,研究了焊口倾角和焊缝厚度对焊口应力集中系数的影响.取尽可能小的焊口倾角和大的焊缝厚度,可减小应力集中系数.     

直接空冷凝汽器管外积灰特性研究

分析积灰对凝汽器换热性能的影响,给出积灰后凝汽器传热系数和压力的计算模型,并根据某电厂600MW机组夏季工况的实际数据,得出传热系数、凝汽器压力随积灰厚度的变化关系。定义了管外壁清洁系数,以此量化了空冷凝汽器脏污程度。基于管外壁清洁系数的计算模型,得到了空冷岛的最佳清洗周期。结果表明:积灰对直接空冷凝汽器换热性能有重要影响。凝汽器积灰厚会导致凝汽器换热热系数降低,凝汽器压力升高;环境温度对空冷凝汽器最佳清洗周期的影响显著,最佳清洗周期随环境温度的升高而减小。     

自动车钩的弹簧刚度和阻尼系数对列车纵向动力学的影响

主要分析自动车钩的弹簧刚度和阻尼系数对列车纵向动力学的影响。采用了非线性模型,此模型由1台机车和3辆货车组成,它们之间有3个自动车钩。通过分析研究表明,车钩的最大拉钩力和压钩力都会随着弹簧刚度的增大而增大,而车钩力的均方根值则会随着弹簧刚度的增大而减小。阻尼系数对列车纵向动力学的影响则是：最大压钩力会随着阻尼系数的增大而增大,而最大拉钩力和车钩力均方根值会随着阻尼系数的增大而减小。     

凝汽器管板强度的矩阵位移分析法

采用力学中的矩阵位移法,将HEI标准中所提出的管板梁条力学模型进行了单元离散分析和整体解析,以矩阵位移法为内核算法,在VS2010环境中使用VB.NET语言编写了专用计算软件,并对HEI中的实例进行计算。计算表明:软件计算输出的最大弯矩、最大应力及最大挠度数据与HEI算例中给出的结果相比,相对误差在1%以内;与采用ANSYS-APDL计算的弯矩值相比,自编软件计算的弯矩结果误差在1%以内;在凝汽器管板强度分析计算中采用矩阵位移法对管板梁条力学模型进行求解是可行的。     

基于梁条法的船用冷凝器管板强度计算分析

根据船用冷凝器管板刚度的计算需要,基于梁条法建立了冷凝器管板力学模型,采用矩阵位移法对模型进行编程求解,通过与美国换热器协会(HEI)标准提供的算例对比,验证了该计算程序的准确性。利用该程序计算了船用冷凝器的管板刚度,并对比分析了辐射形布管与菱形布管对管板应力分布和挠度的影响。结果表明:选用不同的布管方案时,管板最大应力点的位置不会发生改变,开孔区最大应力均出现在第5排管束处,但采用菱形布管方案管板最大应力值会比辐射形布管方案提高0.99 MPa,最大挠度值提高0.03 mm。     

基于离散标准节理粗糙度系数曲线的粗糙单裂隙等效水力隙宽的确定

鉴于节理粗糙度、力学隙宽及迹线是影响确定粗糙单裂隙等效水力隙宽的三个关键因素,在既有研究的基础上,将光滑平行板和Barton提出的10条标准节理粗糙度系数曲线数字化,应用Fluent软件对不同节理粗糙度系数和不同力学隙宽模型进行数值模拟,探讨了节理粗糙度系数、力学隙宽、迹线与等效水力隙宽之间的关系。并与立方定理修正公式进行对比,结果表明等效水力隙宽随力学隙宽增大而线性增大,随节理粗糙度系数的增大而减小,并且考虑实际迹线情况的等效水力隙宽较不考虑的大。因此,在实际工程中,可采用所提出的拟合公式判断自然粗糙裂隙的渗透能力。     

基于Mori-Tanaka方法的冷凝器强度研究

为解决冷凝器管束众多,难以按真实情况建模的问题,基于Mori-Tanaka方法提出双尺度分析方法,根据该方法建立了等效模型并通过验证。建立了冷凝器整体计算模型,在实际工况4.1和4.8 MPa条件下针对冷凝器强度进行研究。结果表明：等效后的模型最大计算误差为5.2%,满足工程允许误差范围;冷凝器整体最大位移在进水侧管板处;内管板内部等效区应力分布均匀,最大应力位于管板边缘与法兰连接处;两种工况的最大应力均满足材料屈服强度。     

船用抗冲减振器冲击动力学建模与优化分析

为研究某船用动力设备抗冲减振器的冲击动力学特性,基于等效线性化思想与单自由度假设建立了带间隙减振器冲击数学模型,采用卷积积分对受半正弦冲击的运动方程进行了求解,并与仿真计算结果进行对比,分析了5个模型参数对冲击响应的影响,并采用试验设计、RBF网络建模以及NSGA-II算法优化减振器参数。结果表明：橡胶刚度阻尼、碟形弹簧刚度与冲击响应呈单调相关,碟形弹簧阻尼为0.11a(a为无量纲化比例系数)时绝对加速度取得最小值,安装间隙量为2.5 mm时取得最大值;参数优化后相对位移减小了16.43%,绝对加速度减小了10.94%。     

ISP工艺中卷取箱内板卷导热数学模型的研究

依据ISP工艺中卷取箱内板带的表面特性、板带厚度和板间接触压力对板卷径向热量的传递有较大影响,建立了能真实反映该影响因素的板带间径向等效导热系数计算模型,并建立了适用于求解为非连续介质的板卷导热数学模型。通过对模型的模拟求解,计算分析了板卷热过程,板卷最大温差为12℃,满足轧制工艺的要求,并为计算分析箱内热过程提供理论依据。     

两段变直径桩的解析分析及工程应用

桩在水平荷载作用下的内力与位移计算,桩基设计规范推荐使用m法。m法的缺点是,当为了显著增大桩的水平承载力而在靠近承台的区域将土进行换填时,该处的土实际的刚度与其假定相距甚远。采用2K法进行水平荷载作用下桩的内力与变形分析,重点把握土的两个侧向弹簧刚度。2K法在工程中的应用是广泛的:承台附近土换填或加固,或将桩顶附近弯矩较大的桩身部分设为更大的直径,上段桩土弹簧刚度将增大,在一定的水平荷载作用下,桩顶位移将减小,桩的水平承载力得到提高而节省工程造价;如果在计算模型中未建立桩单元而欲求得桩顶反力,则采用变直径桩解析分析获得的位移函数和内力函数可计算桩的内力用于配筋;对于箱型基础、大型筏板基础,可较为精确地考虑其对桩顶的嵌固作用而提高桩的水平承载力;上部结构的刚度使得桩顶部有侧向支撑,桩身弯矩变小,也可优化桩基设计;对于桩基上的动力机器和块式基础,可以认为块式或承台是上段大直径桩,由此获得的上段桩侧向土弹簧刚度将非常可观,可用于优化桩基设计。如果考虑将桩建入计算模型,可以通过本方法得出的四个刚度参数输入到弹簧支座刚度矩阵中,能够节省桩建模及其内部单元带来的大自由度,计算模型更容易维护,其这也是一体化建模发展过程中的一个重要里程碑。     

双轴铰接波浪发电装置能量吸收参数优化研究

基于三维势流理论和多体动力学方法,建立双轴铰接波浪发电装置多体水动力模型。将其能量捕获系统等效成刚度-阻尼模型,对其进行不规则波浪海况下的时域数值计算。对比不同波浪入射角、刚度和阻尼取值对波浪发电装置能量吸收的影响。结果表明:在0°~90°范围内,能量吸收功率随着波浪入射角的增大而先增大后减小,当波浪以60°方向入射时,能量吸收功率接近最大;在不同海况下,存在与之对应的最优刚度及阻尼参数取值;此外,在纵摇方向和艏摇方向设置不同的阻尼系数与刚度系数,可以使能量吸收最大化。     

600MW超临界锅炉膜式水冷壁的热应力分析

建立了超临界锅炉膜式水冷壁的热应力场有限元计算模型。结果表明,鳍片限制管壁变形从而在接触面产生热应力,最大热应力值为1.301 GPa,而在水冷壁管的向火侧可自由膨胀导致此处的热变形最大,最大变形量为0.306mm;水冷壁最大热应力随管壁厚度的增大而增大,而随鳍片厚度的增大反而减小,厚度每增加1mm,最大热应力变化量分别为30MPa和40MPa,水垢厚度对水冷壁最大热应力的影响较小。     

大型可倾瓦轴承瓦块数目对轴承静动特性的影响分析

借鉴国内外大型可倾瓦轴承设计技术特点,围绕实际大型可倾瓦轴承设计过程中急需解决的轴承温升、承载力与稳定性的设计难点与耦合问题,采用流固热耦合模型和多场分析技术,对不同瓦块数目变化下可倾瓦轴承的温度场、压力场、最小油膜厚度以及刚度、阻尼等静动特性进行计算分析,结果表明:块数目增加,可倾瓦轴承最大油膜压力和最高温度略有增加,最小有油膜厚度明显减小,导致轴承承载能力明显下降,但轴承刚度、阻尼明显增大,这对提高稳定性有利,实际中可倾瓦轴承瓦块数目的确定应根据设计要求和工况条件进行具体分析。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

超声波测量气缸油膜厚度方法的标定技术

柴油机气缸油膜厚度可以评价气缸润滑效果.超声波测量气缸油膜厚度具有不破坏测试环境的优点,但标定技术是其应用的关键.通过介绍谐振模型和等效弹簧模型,分析两种模型计算油膜厚度的原理,得到超声波反射系数、入射频率和油膜厚度间的关系;然后利用泰勒展开式计算出谐振模型和等效弹簧模型的误差影响,得到谐振频率、采样频率与测量误差的关系,以及反射系数、声波频率与测量误差的关系,得到超声波反射系数的合理取值范围.提出了千分尺结构的标定试验装置和楔形量块结构的标定试验装置,并利用这两种装置分别对谐振模型和等效弹簧模型进行试验标定,试验方法可满足油膜厚度的超声波测量标定.     

月牙肋岔管群水力损失模型试验与数值模拟结果的比较

为分析某水电站月牙肋岔管群水力损失问题,按岔管分岔角设计并做了2组月牙肋岔管群水力模型试验,同时推导出一套适用于粗糙区边壁的n-Ks关系方程及数值模型验证方法,既可将常规管道损失计算中的n值换算成Ks值,进而求出岔管沿程水力损失值。数值模拟结果表明,随着分岔角的增大,岔管水力损失增大,且分岔处岔管断面不均匀系数增大;随着月牙肋板内伸长度的增加,水力损失呈先减小后增大的趋势,水力损失与肋板长度关系曲线中存在极值;不同的月牙肋板内伸长度,板后脱落涡运动模式不同。模型试验及数值模拟计算结果的比较表明,数值模拟法求得的水力损失值大多小于模型试验值,二者相对误差分叉1出口处偏大,分叉2出口处波动最大,分叉3出口处最小。     

低温热电器件的结构尺寸优化

建立了热电器件模型,在考虑最大输出功率的条件下对热电器件的长度进行了优化.结果表明:随着热电器件p/n结长度的减小,热电器件的功率呈上升趋势并达到一个极值,但随着p/n长度的进一步减小,热电器件的功率开始下降.热电器件的最大功率随着端板热阻、接触电阻和接触热阻的增大而减小,最大功率优化下的p/n结长度随着端板热阻、接触电阻和接触热阻的增大逐渐增大.     

入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响

为了研究冷却水入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响,以喷射式凝汽器喷嘴为研究对象,采用可视化实验方法对凝汽器喷嘴出口液膜的流动形态进行了拍摄,采用数字图像处理手段提取了液膜面积与喷射长度,并与数值模拟中不同的湍流模型的计算结果进行了对比,最终选取了Realizable k-ε湍流模型。基于Fluent求解器,耦合Realizable k-ε湍流模型与VOF方法,数值计算了凝汽器内部的流场。结果表明：当喷嘴入口压力从3 kPa升高到25 kPa时,布液板近壁面的速度随入口压力的升高逐渐增加,且液膜厚度也呈逐渐减小的趋势。对于DN15和DN13喷嘴,空气从静止状态变化到30 m/s流速时液膜面积略微减小,空气流速从30 m/s提高到150 m/s时液膜面积迅速减小。     

轴颈偏斜对径向滑动轴承静态性能的影响

研究了轴颈偏斜对径向滑动轴承静态性能的影响.推导了轴颈偏斜时油膜厚度表达式,计算中考虑温度变化,联解雷诺方程、能量方程与温粘方程,计算了不同偏斜角、不同偏斜方位时轴承的压力和温度分布,以及不同偏心率、不同偏斜角度时轴承的静态特性.结果表明:轴颈偏斜时,油膜厚度、油膜压力与油膜温度分布变化明显,最小油膜厚度出现在端部,最大油膜压力与最高温度均向轴承端部移动;对轴承静态性能的影响也较明显,油膜反力随偏斜角增大而增大,阻力系数随偏斜角增大而减小,对端泄油量的影响在不同偏心率时规律不同.     

阻尼板式波浪压电换能装置研究

设计一种阻尼板点吸收式波浪压电发电装置;建立系统的动力学模型,采用基于格林函数的高阶边界元法对装置浮体的水动力学系数和波浪力进行计算;通过数值仿真方法分析波高、波浪周期、阻尼板尺寸和弹簧刚度对装置性能的影响。研究结果表明,浮漂体与阻尼板之间的相对位移幅值随着波高的增加几乎是线性增加的;相对位移幅值随波浪周期变化的规律与波浪力大小随波周期变化的规律一致,当周期达到4.5 s时相对位移幅值最大,然后趋于稳定;在弹簧刚度k=150 N/m的情况下,当阻尼板尺寸为L=0.35 m时相对位移幅值最大。可为进一步设计样机提供理论参考。