基于CFD及FEM的聚氨酯泡沫塑料低温绝热结构优化设计

针对某低温风洞压缩机转子系统轴承箱,选取聚氨酯泡沫塑料作为绝热材料,并辅以电加热作为热防护手段。采用计算流体力学(CFD)方法对轴承箱内润滑油流动以及传热过程做分析模拟计算,并通过缩比实验结果验证计算方法可靠性。结果表明,绝热层厚度100 mm、电加热功率250 W/m~2工况,运行48 h后润滑油温度高于278 K,加热面最高温度约341 K,可以满足轴承箱使用条件,避免了绝热层厚度及加热功率经验性设计取值可能带来的加热面局部超出绝热材料安全使用温度、寿命缩短问题;同时降低所需绝热层厚度,降低轴承箱内空间狭小所带来的工艺实施难度。绝热结构选取分层泡沫预制块工艺方案,采用有限元分析方法 (FEM)对预制块强度校核,并依据传热计算结果设置边界条件以提升校核准确性。结果显示,预制块内部应力水平小于材料许用应力。该模拟计算方法对聚氨酯泡沫塑料绝热产品应用和工艺设计具有一定的参考意义。