端面间隙对齿轮泵性能影响的数值模拟研究

基于给定的不同端面间隙,利用动网格技术,对航空发动机润滑系统中的供油齿轮泵进行全三维非定常数值模拟研究,初步分析不同端面间隙对齿轮泵性能的影响规律.结果表明:在相同的转速条件下,随着端面间隙的增加,齿轮泵的容积效率明显下降,但流量脉动幅度未见显著变化;在相同的端面间隙条件下,随着转速的增加,齿轮泵的容积效率略有提高.     

直角阀座式水压锥阀空化射流特性数值模拟研究

为研究喷射流的漩涡空化,基于OpenFOAM平台使用VOF算法搭建可压缩的空化两相流的数学模型。对直角阀座式水压锥阀的空化射流进行三维动态模拟,并将瞬时空化结构、压力分布及节流系数与实验数据进行定量或定性的对比和流动特性分析。结果表明：喷射流的自由边界层诱发漩涡空化结构,锥阀阀芯锥形后沿处形成黏着型空化,而喷射流的壁面边界层未观察到空化现象;自由边界层空化结构的动态演变与漩涡结构的动态特性密切相关;流量特性曲线总体较为平稳,在空化作用下有轻微下降趋势;直角阀座处并不存在足以诱发空化的压降,阀芯表面的压力降梯度相对平缓,为漩涡空化分布及流量特性曲线的平稳趋势提供了合理解释;空化结构的动态演变过程揭示了漩涡空化与阀芯后沿的黏着空化存在明显的耦合。研究结果证明了水压锥阀内部空化喷射流动的动态特性,从流体力学的基础层面解释了空化诱发机制及相关效应。     

空化射流角型喷嘴内流场的数值模拟

建立了角型喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用混合模型、空化模型和RNG k-ε紊流模型对空化射流喷嘴内流场进行数值模拟。以径向线上蒸汽体积分数分布、轴线上蒸汽体积分数分布和速度分布为判断角型喷嘴产生的空化射流空化程度的依据,分析圆柱段直径、入口压力、出口压力对射流空化程度的影响规律。模拟结果表明:圆柱段直径的最佳初始值为1 mm;增大入口压力可以提高射流空化程度,但随着出口压力的增大,又会抑制喷嘴内空化的初生并降低出口速度,不利于射流空化程度的提高。     

空化水射流微成形工艺的数值模拟研究

提出一种空化水射流冲击金属钛箔微成形的新工艺,该工艺利用空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击载荷,实现金属箔材的微成形。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,以100 μm厚的TA2钛箔作为微成形研究对象,对空化水射流冲击微成形性能进行研究。通过模型建立、定义材料及属性、定义单元类型及接触、划分网格、边界条件及力的加载等技术处理,对金属钛箔的成形形貌、成形件中心点运动等进行数值模拟,为空化水射流冲击微成形机制和进一步试验研究提供依据。     

钢液内宏观超声空化特征的数值模拟

本文基于CFD软件FLUENT,通过编写UDF来模拟钢液内由于超声波振动所产生的空化特征.结果表明:未加空化模型的钢液流场内存在正负压,分别可达到5.5MPa和-5.4MPa;加入空化模型的钢液流场内只存在正压,且压力值显著减小,最大值稳定在0.10MPa～0.12MPa,最小值稳定在0.08MPa～0.1MPa.两者变化趋势正相反.每一时刻都有一部分钢液区域不析出气体.加入空化模型后压力积分值变化曲线位置随时间小幅度增高,含气率积分值曲线变化趋势与此正相反.各亚松弛因子的变化对空化模拟计算结果的精确度产生的影响不大.湍流动能、湍流耗散率、密度和体积力等亚松弛因子对低压流体比较敏感.改变湍流模型和壁面函数对空化模拟计算结果基本无影响.不可压缩气体的存在有利于空化作用的产生.     

7050铝合金超声空化气泡动力学数值模拟

运用Matlab软件研究了初始半径为1～50μm的空化泡在不同声压下的泡壁运动,并模拟了特殊情况下泡内压强的变化,给出了空化泡在崩溃点边缘产生的巨大局部压强。模拟了大半径的气泡在不同声压下的空化泡壁的运动。结果表明,声压越大空化泡膨胀越剧烈,空化泡内部压强越小。空化泡半径越大,空化泡膨胀幅值越小。声压较大,初始半径较小时,大部分空化泡存在时间很短,相反,气泡能存在较长时间,有时能产生稳定的颤动而不会崩溃。最后在水中进行了试验模拟,试验结果和模拟结果符合较好。     

扇形螺旋板螺旋流道流场的数值模拟研究

采用Fluent软件对扇形螺旋板狭缝螺旋流道的气相流场进行三维数值模拟。因螺旋流含有较大的涡量和动能,在速度较小时表现为湍流。分别采用层流模型和湍流模型,对各种流量情况进行计算,求得扇形螺旋板狭缝螺旋流道层流稳定流动的流量范围以及其流场分布特点,为合理设计扇形螺旋板狭缝螺旋流道提供依据。     

齿轮泵入口侧的空化性能研究与分析

为有效避免齿轮泵吸油腔内的空化现象,基于扫过面积法,以主、从动齿轮上的两条啮合半径为边界,构建包含啮合点和啮合半径在内的密闭空间吸油腔,并推导出对应的体积变化率;基于困油的充分卸荷,依据吸油腔的体积变化率等于与腔外的交换流量,推导吸油腔内介质动态压力及其最小值的计算公式,并建立避免空化现象的判别式,进行实例运算和结果分析。结果表明:啮合位置的变化,导致了吸油腔内介质压力的动态变化;节点啮合位置处,压力取最小值;入口半径是有效避免空化现象的主要因素等,其正确选择能有效避免空化现象。计算最小压力时考虑了众多因素,为齿轮泵后续进一步提高空化性能的研究提供了理论基础。     

基于空化特性的高速轴向柱塞泵配流盘优化设计

以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象,搭建其带空化模块的CFD数值仿真模型,并以此为基础,对柱塞泵在旋转过程中的空化情况进行分析。结果表明：空化主要发生在柱塞腔内,充液率不足及射流角过大是发生空化的主要原因。针对空化的产生机制,利用仿真数据与理论数据相结合的方法,对配流盘开口角度进行优化。根据流场情况,提出一种两端具有一定斜度的配流盘结构,并对该结构进行优化。在配流盘开口角度和结构优化后,柱塞腔内的整体空化程度下降了74.2%,对空化具有明显的抑制效果。     

螺旋后桨半固态模锻成形的数值模拟

螺旋后桨形状复杂,传统制造工艺已不能满足当前生产要求。针对螺旋后桨的半固态模锻成形过程．建立了有限元模型,预测了螺旋后桨成形件的危险面,分析了不同冲头速度对温度和载荷的影响,对成形工艺参数的优化选择具有一定的指导意义。     

高速电弧喷枪中电弧场的数值模拟

运用CFD软件，对高速电弧喷枪的流场进行了模拟。通过分析计算结果，将射流分为电弧区、核心区、卷吸区和湍流区4个部分。电弧区内部速度和温度起伏剧烈，但对其外3个区域的流场速度分布影响不大，对轴线温度影响为20-40K。电弧区内部最高温度为6800K，分布在阴极表面上，阴极的平均温度为4250K，从阴极到阳极，电流密度和电弧温度都逐渐降低，阳极的平均温度为538K。     

空心双拐曲轴内高压成形数值模拟

应用动态显式有限元法对空心双拐曲轴的内高压成形过程进行了模拟分析,研究了加载路径对内高压成形的影响,指出了在加载曲线中存在着最佳成形区间,成形压力小于20MPa时,管坯产生起皱,成形压力大于32MPa时,管坯发生开裂,只有合理的应用加载路径,成形压力介于20MPa与30MPa之间,使轴向进给量可以正好补偿径向的变形量才能获得壁厚较为均匀的合格零件。     

高速线材热连轧过程温度场数值模拟

通过对高速线材轧制过程各个环节传热关系及边界条件的分析,采用有限差分法建立了热连轧过程三维温度场计算模型。结合生产实践,利用该模型对整个连轧过程进行了温度模拟,得出轧件同一截面上心部、中部和外表面上从出炉到吐丝共26道次的温降曲线,计算结果和实测值吻合较好。     

螺旋锥齿轮冷挤压成形工艺及数值模拟

针对20Cr Mo螺旋锥齿轮的成形特点,提出了闭塞挤压的工艺方案。采用Deform-3D有限元分析软件对螺旋伞齿轮闭塞挤压的三种不同工艺方案进行数值模拟,对其成形的基本原理和齿形填充过程进行了模拟分析。针对模拟结果,对比分析三种不同方案的最终成形效果、齿形填充状况等信息,发现了双向挤压成形应力较小,且齿形填充饱满、轮廓清晰。     

螺旋伞齿轮从动轮毛坯锻造成形数值模拟

“热锻造+机加工”是螺旋伞齿轮制造的一种有效方式,热锻件质量的好坏决定了最终产品的性能.通过运用有限元分析软件Deform-3D对螺旋伞齿轮从动轮毛坯的热锻造过程进行数值模拟,研究了锻造过程中金属流动规律.结果显示,金属在阶梯处流动困难,导致锻件阶梯处的应力应变大,温度高.通过对模具参数进行改进,可以改善金属的流动情况...     

螺旋磁场电磁搅拌的数值模拟

建立描述不同磁场搅拌模式下的三维有限元模型,对比研究励磁电流、搅拌频率、搅拌器空间位置对磁感应强度和电磁力的影响规律。结果表明:磁场模拟结果与实测数据吻合良好,磁感应强度随励磁电流的增加呈线性增加;随搅拌频率的增加递减,磁感应强度沿中心轴线的分布表现为"中间大两头小"的特点,在径向铸坯边缘处最大,向中心逐渐衰减。电磁力随励磁电流和搅拌频率的增加而增大,中心轴线上底部电磁力值最大,并沿着轴线方向向上逐渐衰减;半径方向上边缘处的电磁力最大,向铸坯心部方向有小幅度的衰减。不同磁场作用下的计算结果表明:搅拌参数相同时,螺旋磁场具有更强的磁感应强度和电磁力,引起金属熔体沿径向和轴向上更大范围的流动,更有利于改善合金成分分布和凝固组织。     

高速电弧喷涂雾化过程的数值模拟

建立了高速电弧喷涂枪喷嘴结构气体流动的三维CFD模型,模拟了喷嘴的自由射流、以及气流喷向基体时的射流分布特征.在此基础上,计算了雾化熔滴在气体射流作用下的飞行轨迹,并通过对比实验测量了喷涂粒子的雾化性能.数值模拟结果显示,气体射流并非呈完全的轴对称分布,在丝材相交的平面和垂直于该平面的方向上,气流速度分布差别明显;在距基体约25 mm的射流中心附近位置,气体速度迅速下降,这为雾化熔滴的高速沉积提供了条件.另外,雾化粒子的数值模拟与实验结果相一致,都呈现出了中间高边缘低的速度分布特征.     

中高压高效率双向齿轮泵的研究

为提高我国双向齿轮泵的技术水平,研究了中高压高效率双向齿轮泵.该双向齿轮泵通过轴向间隙和径向间隙的自动补偿,减少了泄漏,提高了效率;通过内部集成单向阀,实现了齿轮泵的双向工作.研究成果对我国双向齿轮泵技术的进步具有重要意义.     

防锈铝变径管内高压成形过程数值模拟

内高压成形技术具有诸多的优点如零件具有重量轻、刚度好、零件数量少、可减少后续机械加工和组装焊接量及成本低等, 广泛应用于宇航、汽车等工业. 采用数值模拟技术对防锈铝内高压成形过程中材料的合理流动趋势及其对最终成形结果的影响进行了分析, 并与实验结果进行了比较. 结果表明低塑性材料-防锈铝成形过程中皱纹的形成及形状是关键, 影响到成形的结果, 应采用合理的工艺参数来控制皱纹的形成.     

钛合金棒材三辊螺旋轧制成形数值模拟

利用有限元软件Deform-3D建立钛合金棒材三辊螺旋轧制过程的三维有限元仿真模型,对棒坯轧制从咬入到稳定轧制的全过程进行了模拟分析.研究得出三辊螺旋轧制中棒坯的变形规律,分析了钛合金棒坯成形过程中应力应变情况及轧辊的载荷.该研究对于轧制缺陷控制有着重要的指导意义,为轧机的工艺参数和关键零部件的设计提供了重要依据.