基于热-应力耦合场有限元分析的钎焊板翅结构性能研究

采用有限元分析中的热-应力(Thermal-Structure)耦合场分析法,对不锈钢板翅式换热器高温运行工况产生的热应力与热变形展开研究。建立板翅式换热结构单元二维模型,对高温流体换热工况进行数值模拟计算,并将计算结果作为初始条件导入结构分析中。考虑钎焊材料与母材的差异和焊缝结构的影响,确定了最大应力的位置和数值,并分析不同工况下翅片结构的应力、应变的影响因素。     

超临界CO_2在水平螺旋管内的冷却换热特性

采用数值模拟和实验结合的方法研究超临界CO_2在水平冷却螺旋管内的换热特性。研究了质量流量、热通量及压力对传热系数的影响,并比较了直管和螺旋管在加热和冷却条件下的换热特性。结果表明,与直管相比,螺旋管对换热的强化作用随着质量流量的减小和压力的增加而增加。在相同热通量条件下,螺旋管的冷却换热的传热系数比加热的传热系数高,且由于浮升力的影响,加热条件下传热系数存在较大的振荡。     

超临界CO2在水平螺旋管内的冷却换热特性

采用数值模拟和实验结合的方法研究超临界CO₂在水平冷却螺旋管内的换热特性。研究了质量流量、热通量及压力对传热系数的影响,并比较了直管和螺旋管在加热和冷却条件下的换热特性。结果表明,与直管相比,螺旋管对换热的强化作用随着质量流量的减小和压力的增加而增加。在相同热通量条件下,螺旋管的冷却换热的传热系数比加热的传热系数高,且由于浮升力的影响,加热条件下传热系数存在较大的振荡。     

周向非均匀加热水平圆管内超临界正癸烷换热特性

针对超燃冲压发动机再生冷却热防护问题,开展了顶部加热和底部加热水平圆管内超临界压力正癸烷换热的模拟研究。探究了两种加热模式下的换热特征和换热差别,阐述了通道外表面热通量、质量流速、运行压力及通道热导率对换热的影响机制。实现了周向平均换热的预测。结果表明：两种加热模式下的浮升力作用不同,通道内壁面周向呈现了不同的管壁温度和热通量分布情况。顶部加热时随周向角增大传热恶化逐渐减弱,底部加热时二次流更强,周向始终存在传热恶化问题。高温流体拟膜态热阻是传热恶化的原因。采用高热导率通道、增加运行压力、降低热质比可以缩小周向壁温和热通量差别。提出的关联式能合理预测周向平均换热情况,满足热防护设计的工程应用。     

水泥熟料换热模型的研究

针对高温水泥熟料具有堆积颗粒多孔质特性,将多孔介质渗流换热理论引入到熟料换热研究中,并考虑到热弥散效应对多孔介质强化换热的影响,建立了适用于高温水泥熟料冷却过程的气-固换热三维物理数学模型,在满足工程精度要求前提下,简化为更易求解和适于工业应用的一维非稳态换热模型.同时对其解法进行了相关研究,并通过模拟仿真验证了所建物理数学模型的正确性.     

胀接压力与初始间隙对换热器胀接质量的影响

为研究换热管-管板胀接压力与初始间隙对换热器胀接质量的影响,采用胀接参数化模拟研究方法对液压胀接进行可靠性研究,建立换热管-管板胀接的弹塑性参数化几何模型,对不同的换热管-管板胀接压力和初始间隙进行研究,得到换热管残余等效应力、残余接触应力大小及分布规律。研究表明：胀接压力相同、间隙不同时,卸载后残余等效应力和残余接触应力值差别较小;初始间隙相同,胀接压力不同时,卸载后残余应力和残余接触应力值差别较大;换热管的残余等效应力和残余接触应力随着胀接压力的增大而增大,其变化趋势一致;当材料为Ti31钛合金、胀接压力为183 MPa时换热管与管板的初始间隙消除。研究结果为换热器最佳胀接性能优化及胀接质量的提高提供了依据。     

哈氏合金C276管道焊接残余应力与变形的有限元分析

针对哈氏合金C276焊接特点,运用有限元分析软件ABAQUS,对哈氏合金C276管道多道焊残余应力进行了有限元模拟。利用单元生死技术,模拟焊缝金属的形成;利用FORTRAN语言编写子程序DFLUX,实现了移动的高斯分布热源;考虑对流、传导、辐射以及高温下的材料性能,获得了残余应力和变形的分布规律。计算结果表明,在焊缝及热影响区,轴向拉应力对内壁裂纹的产生有主要的影响,环向拉应力对外壁裂纹的产生有主要的影响。线能量对温度和变形的影响较大,而对残余应力影响不大。     

对流换热条件下内外翅片管应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,对内外翅片管在不同工况下的高温应力场进行了分析。结果表明,温度载荷所产生的热应力是应力的主要部分,最大应力发生在内翅片与换热管焊接处;内侧压力载荷对热应力具有增强作用,而外侧压力载荷对热应力具有削弱作用;温度载荷是引起热变形的主要因素。     

电动高温闸阀阀体热特性分析与优化设计

基于Ansys Workbench的热-构耦合对阀体结构进行了热特性分析,并对板筋尺寸进行了优化设计。首先,分析了正常工况下阀体的物理模型,可近似地看作变面积式肋片导热问题。其次,在Ansys Workbench中通过材料的添加、网格的划分和边界条件的设定,模拟了高温电动闸阀阀体的实际工况,求解出了高温电动闸阀在正常工况下,阀体温度、热应变、总体变形和等效应力的分布。最后,通过对板筋尺寸的优化设计,得到了板筋尺寸δ和H与热应变、总体变形和等效应力最大值的变化关系,最终得到了板筋优化后的尺寸。     

基于剖开算子法的水泥篦冷机熟料换热模型研究

本文根据多孔介质渗流换热理论建立了高温水泥熟料的物理换热模型和数学换热模型,并针对高温水泥熟料数学换热模型的特点,提出采用剖开算子法对其进行求解.并通过仿真实验验证了该换热模型的正确性,给出了换热过程中熟料和气体的温度变化规律,仿真实验结果显示该数学换热模型能比较准确的反映实际情况,在此基础上分析了篦下风速对熟料冷却效果的影响,为篦冷机优化配风设计提供了理论指导.     

相变微胶囊悬浮液圆管内换热特性模拟

相变微胶囊悬浮液在相变过程中具有较大的相变潜热,可以减小温度的变化程度,且比单相流体具有更高的对流换热系数,成为广泛关注的新型热工流体。本文针对相变微胶囊悬浮液在等热流边界条件下的管内层流,根据差示扫描量热法所得到的相变温度范围,采用矩形等效比热容模型,进行了数值模拟分析,并结合以溴代十六烷为相变材料的相变微胶囊悬浮液的实验数据,将数值模拟结果与实验结果对比并进行误差分析。又对在不同质量分数、不同热流密度条件下的对流换热进行研究,分析了不同参数对对流换热强度的影响。并通过拟合得到了相变微胶囊悬浮液圆管内对流换热关联式。然后改变管径、流速条件重新模拟验证该关联式的通用性,其结果表明模拟结果与预测公式高度吻合,该关联式的通用性较好。     

吹氩期间狭缝数量和尺寸对透气砖热梯度应力的影响

为提高透气砖的使用寿命,对其因吹氩而产生的热梯度应力场进行了模拟分析,以确定狭缝的合理尺寸及数量.首先根据研究目的和透气砖工作特点,在适当简化其结构和边界条件的基础上,建立了它的二维平面应变有限元模型.然后在保持透气砖尺寸和狭缝分布形式一定的前提下,研究了狭缝尺寸和数量变化对透气砖热梯度应力场的影响.研究结果表明:(1)热梯度应力仅在狭缝附近有剧烈变化,且狭缝尺寸及数量变化对最大拉应力影响不大;(2)狭缝越长,透气砖的整体热应力越大;(3)狭缝宽度变化对透气砖整体热应力分布影响不大;(4)对于本次分析来讲,狭缝最佳条数为20条.     

高温换热器多场耦合数值模拟研究

建立了高温换热器流动和传热的数值模型,对5种不同工况条件下的换热器进行了数值模拟,得到换热器的流动和传热特性;在ANSYS软件中建立换热器管束三维有限元模型,通过ANSYS CFX-POST准确的将前面FLUENT计算得到的温度场、压力场映射到ANSYS结构模型中,对换热器进行多场耦合分析;通过热-结构应力分析,得到换热器管束的等效应力和位移分布状况,并确定了最大应力发生的位置和具体数值,对换热器进行强度评价。     

中压废锅制造技术

本文介绍的中压废锅是高温中压换热器,接受最高达427℃合成气,对其进行换热降温处理。由于是高温运行设备,合成气对高温端管箱、换热管的热腐蚀影响较大,所采用的板材、锻件、换热管都需有很好的耐高温冲击及耐应力腐蚀等苛刻的运行条件。另外,设备运行中,热胀冷缩对设备本身结构安全造成很大影响,所以设备结构相对复杂,高温端箱体为固定结构,低温端管箱与设备壳体采用膨胀节和滑动伸缩结构,设备的换热管分别由Alloy690和S32168材料两段拼接为整支换热管,由于设备用12Cr2Mo1材料的应力腐蚀倾向比较大,制造过程中对焊接、热处理工艺要求很高。     

注塑件脱模后翘曲变形数值分析

分析了注塑过程中残余应力产生的原因,并通过数值模拟分析了热残余应力对注塑件翘曲变形的影响,研究了塑件上下表面温差、制品结构、厚度以及脱模后塑件冷却速度等因素对翘曲变形的影响,指出了脱模后塑件上下表面的温差和塑件厚度是产生翘曲变形的主要因素。     

热管式流化床水泥冷却器模型的试验研究

理论计算的基础上进行了实物模拟试验，试验结果表明：供气量变化对水泥的冷却效果影响较小，热管束的布置形式对水泥的冷却效果影响较大。当热管束采用倾斜布置且水泥进口温度平均为112．6℃时，水泥平均出口温度可降至72．2℃。摘要：通过将热管技术和流态化技术相结合，提出了冷却高温水泥的新型模型，在理论计算的基础上进行了实物模拟试验，试验结果表明：供气量变化对水泥的冷却效果影响较小，热管束的布置形式对水泥的冷却效果影响较大。当热管束采用倾斜布置且水泥进口温度平均为112．6℃时，水泥平均出口温度可降至72．2℃。     

水基SiO2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO₂纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO₂/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

含裂纹容器的有限元分析

利用有限元通用软件ANSYS Workbench,建立容器的有限弹性体三维有限元模型,进行地震工况下不同裂纹长度、不同裂纹方向、不同支腿数量和不同容器高度下的应力分析,得到断裂力学中表征裂纹尖端附近应力场,进而得出以下结论:裂纹长轴长度和角度的变化对应力场影响;等效应力值随着裂纹长轴长度的变大显著变大,等效应力最大点随着裂纹长轴长度的变大由长轴边缘移到短轴边缘;等效应力值随着裂纹长轴角度的变大而变化,在22.5°时达到最大;等效应力最大点随着裂纹长轴角度的变大,由长轴边缘移到短轴边缘。     

超声对无沸腾区浸液式喷雾冷却的影响研究

超声由于空化和声流机制可起到强化换热效果,为研究其在高热流下对喷雾冷却传热特性的影响,设计并搭建了以H₂O为工质的浸液式喷雾冷却实验平台,在无沸腾区范围内考察了不同喷雾高度、压力和热通量下超声场对喷雾冷却换热性能的影响。研究表明：超声浸液喷雾冷却的换热效果要优于浸液式喷雾冷却,在高热通量152 W/cm²情况下更加明显;强化换热效果会随着喷雾压力的升高而减小,在最佳喷雾高度10 mm和喷雾压力0.1 MPa条件下,浸液超声式喷雾冷却相比浸液式换热效果最高提升14.4%;超声对换热的改善作用随着喷雾高度增加而提升,喷雾高度18 mm时最高强化比29.1%。     

天然气压缩机组发动机缸盖鼻梁处断裂故障分析与研究

本文对输气站发动机气缸盖建立了有限元模型,进行了热计算和应力计算。结果表明正常工作状态下气缸盖温度及压应力最高处发生在排气孔口间"鼻梁处",温度为260-280℃,压应力为1020-1200MPa,与文献实测数值基本符合。冷却水侧换热恶化或发动机突加载荷状态下会导致气缸盖工作温度及应力升高,"鼻梁处"温度达到347-372℃,压应力达到1470-1730MPa,这时气缸盖"鼻梁处"会在高温下产生压塑性变形,导致该处产生裂纹。在不影响正常生产的条件下,可以通过优化运行和维护方案来防止高温的产生,降低"鼻梁处"发生裂纹的频率。