改进型撞击流反应器流动特性研究

为研究入口动态变化流体流速的撞击流反应器流动特性,以空气和煤粉为工质,与标准工况撞击流进行对比分析,采用离散颗粒模型对新型撞击流反应器进行数值模拟。模拟结果表明:改进型撞击流流场同样分为入口区、撞击区、出口区和漩涡区,撞击面不再固定在反应器的几何中心,而是在一定范围内做反复振荡运动,左右振幅相差不大。在反应器中,其最大的湍流强度仍位于撞击区,以撞击面为分界点,气流入口速度大的一侧湍流强度要大于入口速度较小的一侧,其总的湍流强度也增大了,传热传质更激烈。改进型撞击流反应器的颗粒运动轨迹比传统撞击流要更长一些,混合更充分。     

冲击载荷下冰的动态压缩力学特性数值模拟

为进一步研究冰材料的力学性能,基于冰试件的分离式霍普金森压杆实验,结合MAT10的拉格朗日算法与MAT155的SPH算法的适用性,开展了对应工况条件下冰动态压缩特性的ANSYS/LS-DYNA数值模拟,结果表明:应力应变曲线上结合MAT10的拉格朗日算法的模拟结果优于SPH算法,而SPH算法的冰模型破坏形态更接近实验结果。     

三维热弹耦合场作用下汽车制动鼓的性能分析

将制动中的辐射换热等效为对流换热,建立汽车鼓式双领蹄制动器三维热弹耦合模型。考虑制动摩擦力矩的影响,对多次连续制动工况下的制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场进行有限元数值模拟,获得制动鼓的内外表面的温度、热应力及热机耦合强度变化规律。     

撞击流反应器流场稳定性研究

采用数值模拟的方法研究对置喷嘴撞击流,分析了撞击流流场结构,创建了7种不同管径比的几何模型,分别为1/3、1/5、1/7、1/10、1/12、1/15、1/20,同时也考察了气流雷诺数对稳态和非稳态撞击流稳定性的影响。研究结果表明,撞击流的稳定性与撞击流的几何模型及入口雷诺数有关,撞击流流场可分为入口区,撞击区,出口区及漩涡区。对于非稳态工况下,在入口气流雷诺数一定情况下,管径比大于1/10的模型都能形成稳定的撞击流,管径比小于1/10的模型中撞击流形成一段时间后都会失效。当管径比一定时,随着雷诺数的增大,撞击流持续时间在减小,变化形式依据不同管径比而不同。     

薄壁管结构的耐撞性研究

通过非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对异截面同厚度和同截面异厚度的薄壁结构进行了数值分析,研究了其截面形状、壁厚、诱导槽等对撞击性能的影响,得出了薄壁管结构的吸能特征。分析表明:(1)锯齿管与圆形管具有相近的吸能效果,可以作为一种新型的薄壁管吸能元件;(2)横截面形状对薄壁管的比吸能有很大的影响,圆形管比吸能效果最好;(3)薄壁管的吸能随厚度增加而提高,但撞击力峰值与撞击力均值也会随之增加,达到4mm时吸能不再提高;(4)预变形结构能够使薄壁管的比吸能减少极小的情况下大幅降低撞击力峰值与撞击力均值,能有效地避免对乘客带来二次伤害,极大地提高了机车的耐碰撞性能。     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

DP590钢的力学性能及在车身结构件的应用

为了研究高强度钢DP590的性能及在车身设计中的应用,基于微机控制电子万能试验机,对DP590的材料进行拉伸测试,结果显示材料的屈服强度达到486MPa,抗拉强度达到702MPa。通过建立侧面移动障碍壁碰撞模型,对汽车B柱进行侧面整车碰撞数值模拟,并分析了该成形件在碰撞中的抗撞击性能。重点研究了汽车B柱在碰撞模拟中的动态性能,并对碰撞过程中B柱的应力、塑性应变、速度及弯曲变形进行了详细分析,提出了对车身结构设计时,应整体分析其骨架布局,并对局部零部件的关键部位提出了布置吸能材料,以降低碰撞时产生的峰值应力。     

考虑空化效应的液黏离合器带排转矩特性分析

为了准确预测液黏离合器内部流场及带排转矩特性,以双圆弧槽摩擦副间隙流场为研究对象,基于流体动力学原理以及牛顿内摩擦定律,建立了考虑空化效应的两相流CFD数学模型,并运用FLUENT软件对流体域进行数值模拟,对比研究空化效应下不同转速、进油压力以及油膜厚度对流场分布、压力分布及带排转矩特性的影响。结果表明,速度分布具有不均匀性,与旋转方向一致的沟槽流体速度较高,且具有导流作用;空化发生在沟槽交叉部位,转速越高,膜厚越大,其空化现象越显著;高压区域发生在入口处,压力随着径向呈现递减趋势,在外径边缘处产生负压效应,承载力随着转速近似线性关系;转速越大,剪切应力提升越明显,当转速ω(1 400~1 600)r/min时,带排转矩随着转速近似线性关系,当达到某一峰值后又缓慢降低;随着油膜厚度减小,带排转矩有所提升,其峰值点对应的速度有所提高。     

刚性质量对自由梁的弹粘塑性次撞击

采用过应力模型,考虑局部撞击接触变形和自由梁动力响应中的材料应变率效应,提出能够考虑多次撞击接触行为的单轴压缩弹粘塑性局部接触变形模型,并结合有限差分方法和撞击与分离条件,研究刚性质量水平撞击弹粘塑性自由梁的全过程。研究发现,该水平撞击过程实际上是一个复杂的弹粘塑性次撞击过程,梁材料的应变率效应在局部接触变形行为和自由梁的动力响应行为中有着显著的作用,导致撞击力幅值、弹性变形和塑性变形等发生明显的变化。通过与三维动力有限元法的计算结果的比较表明,所提方法是合理的。     

焊接速度对电弧增材熔池流动及焊道形貌影响的数值模拟研究

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响，为探究其影响机理，建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型，采用VOF方法追踪熔池自由界面，研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态，并分析焊接速度对单道焊道形貌的影响。数值模拟结果表明，随着焊接速度减小，熔池的热积累增强，体积增大，熔池表面峰值温度提高，弧坑深度也加深；同时，在电磁力和熔池表面力的共同作用下，熔池表面流速峰值随焊接速度减小而减小，熔池内部流速增大，对流更充分。此外，随着焊接速度减小，成形焊道的宽度和高度均有不同程度的增加。相同条件下的试验与数值模拟的焊道轮廓对比验证了数值模拟结果的有效性，研究结论可为电弧增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。     

大滑动速度下弹流线接触的摩擦力问题

本文给出了一个滚动伴随滑动的滚子在弹流润滑工况下的非等温效值解。该解对能量方程进行了更全面、仔细的分析,既考虑了第二粘度系数的影响,又考虑了润滑油压缩生热的影响。在描述润滑油的粘压－粘温关系时,既采用了巴鲁士公式,又采用了茹兰兹公式,并作了对比。并在双盘试验机上测定摩擦系数。同时,还对时间相关粘度假说和艾林流体模型的影响进行了研究。理论计算结果表明,第二粘度系数和压缩生热对摩擦系数的影响很小,可以忽略不计。茹兰兹公式的应用可以使理论摩擦系数比用巴鲁士公式时小得多,更接近于实验数值,但是仍存在很大差异。结果还表明,牛顿流体模型和时间相关粘度假说都不能很了地解释弹流接触区的摩擦力特性。唯一能够解释这一特性的是艾林模型,其与实验数值之偏差只有10%左右。     

温度载荷对铁路架桥机的强度影响

建立了铁路架桥机钢结构的有限元模型，完成了各种工况下考虑温度载荷时架桥机的强度计算，与不考虑温度载荷的强度结果进行了比较，详细分析了温度载荷对架桥机的强度影响。计算结果表明，阳光直射使主梁上翼缘板温升较大时，上翼缘板的应力变化不可忽视，而且应力变化与温升成线性关系。     

基于单块晶体级联二阶非线性的超短激光脉冲脉宽压缩

研究了基于单块偏硼酸钡(BBO)晶体的级联二阶非线性效应实现超短激光脉冲脉宽压缩的原理.采用分步傅里叶变换及四阶龙格-库塔算法对描述Ⅰ类飞秒脉冲倍频过程的耦合波方程组进行了数值计算,定量分析了基频光与倍频光位相失配量、非线性晶体长度、入射基频光峰值光强和初始脉宽等因素对脉宽压缩效果的影响,并对实验参数进行了优化.采用单块BBO晶体,对中心波长为800 nm、脉宽为140 fs的超短激光脉冲开展了脉宽压窄的实验研究,获得了两倍以上的脉宽压缩倍率.对不同基频光峰值强度和不同初始脉宽下的实验结果与理论模拟结果进行了比较与分析,结果表明,倍频过程中的位相失配量、初始基频光峰值光强、脉冲啁啾,以及初始基频光脉宽等因素对脉冲压缩效果的影响较大.若要获得较高的压缩倍率,需要综合考虑上述多种因素.     

喷丸强化过程的有限元和离散元模拟

利用有限元法建立喷丸强化过程中单/多颗弹丸连续撞击靶材的数值分析模型,对于单弹丸撞击情况,探讨了弹丸参数(速度和角度)对靶材中残余应力场的影响,对于双弹丸连续撞击情况,探讨了第二颗弹丸速度对靶材中残余应力场的影响;建立了模拟喷丸强化过程的三维离散元模型并进行了数值试验研究,分析了喷丸强化过程的工艺参数(质量流速、初始速度、喷嘴攻角等)对颗粒流中弹丸间相互碰撞的影响;结合有限元和离散元计算结果,提出对喷丸强化工艺参数进行优化控制,提高喷丸强化的加工工艺水平,以实现更好的强化效果.     

超临界CO2冷却条件下水平微圆管中对流换热特性

采用Y-S低雷诺数模型对超临界CO2在直径100μm的水平管内冷却对流换热特性进行了数值模拟。分析了不同CO2进口雷诺数对超临界CO2对流换热的影响,并以Re=10000为例,研究了管内不同截面径向流体无量纲温度、无量纲速度、湍动能分布情况。结果显示,对流传热系数随着进口雷诺数的增加而增加,传热系数峰值出现在CO2准临界温度点附近,该截面上流体湍动能和速度达到最大。     

k-ε涡粘湍流模型用于离心泵数值模拟的适用性

以IS80-65-160离心泵为研究对象,对设计工况和八种非设计工况进行了整机系列相对位置定常流动数值模拟.计算中分别采用标准k-ε模型、RNG缸k-ε模型和Realizable k-ε模型三种k-ε涡粘湍流模型,以考察比较它们对离心泵内流模拟计算的适用性.计算中考虑了叶轮和蜗壳之间相对位置变化对流场的影响,较全面反映叶轮与蜗壳间的相互作用.在数值模拟的基础上,计算了基于三种湍流模型的扬程、轴功率、效率及性能曲线,并与试验性能曲线进行对比.研究表明:三种肛k-ε涡粘湍流模型均可用于离心泵内部流动数值模拟计算,采用Realizable k-ε模型的离心泵仿真结果与试验吻合最好.     

舵桨推进器水下箱体冰区强度数值模拟分析

鉴于极地冰区和波罗的海冰区的特殊要求,为保障冰区航行船舶配套的舵桨推进器的有效安全运行,需额外考虑外部冰载荷等相关影响因素。基于芬兰-瑞典冰级规范和挪威船级社设计规范,现以某科学考察船PC2冰区等级的舵桨推进器为例,结合冰区理论计算和有限元数值模拟分析,对舵桨水下箱体进行强度模拟分析计算,为冰区舵桨推进器后续研发、设计提供相关参考依据。     

直接金属粉末激光烧结成形过程温度场模拟

在综合考虑热传导、热辐射及对流等热现象的基础上。初步建立了用于模拟激光烧结过程中传热行为的数学模型。根据Gusarov模型求得粉床的有效导热系数，表明导热系数与铺粉过程中粉末的堆垛方式以及烧结过程中的粘结率有关。在绝热边界条件和部分热物性参数恒定的合理简化下，利用解析法求解了热传导方程。利用FORTRAN语言编写了求解结果的运算程序，并对基模高斯激光近似作用下水雾化铁粉的烧结成形温度场进行了数值模拟，模拟结果较好地验证了实验结果。     

高铁轴承试验台内部气固双相流内循环分析

针对高铁轴承试验台设计要求,采用内循环方式设计高铁轴承试验台粉尘箱,以模拟高铁轴承的实际运行工况。为简化粉尘箱的计算模型,首先利用CFX软件建立粉尘箱的有限元模型,然后应用Euler-Lagrange双流体湍流模型,对高铁轴承试验台粉尘箱内部气固双相流的内循环状态进行数值模拟分析。探讨了风扇数量、布局及位置对流场和粉尘分布的影响规律,以及粉尘箱箱体和轴承壁面的磨损形式,并给出了较理想的风扇布局方案。     

湍流模型对高压比离心压缩机气动性能及流场结构影响的数值研究

为研究不同湍流模型对压缩机总体性能及内部流场数值模拟结果的影响,本文采用3个高雷诺数湍流模型和1个低雷诺数湍流模型对Krain实验研究的离心叶轮和等面积无叶扩压器进行三维定常流场计算,并与相应的实验结果进行对比。研究结果表明,4种湍流模型的数值模拟结果与实验结果均存在差异,这一差异与流量和转速有关。在高转速、小流量工况下,湍流模型对数值模拟结果的影响更为显著。数值模拟预测到的失速流量均与实验值差别较大。而从流场和总体性能两方面来看,与高雷诺数湍流模型相比,低雷诺数湍流模型的模拟精度更高,在设计工况附近区域,数值模拟的效率与实验符合良好。