盾构机主轴承作为一种大型重载机械,其工作环境恶劣,轴承损坏会造成极大的经济损失,为了保证较高的可靠性,其润滑性能极为关键。采用Fluent对轴承进行流固耦合模型的建模仿真,研究轴承转速、负载、润滑油黏度、润滑油流量和润滑方式对轴承温升影响。结果表明润滑油分布少的区域温度较高;盾构机主轴承的转速是影响温升最关键的因素,温升随着转速的增大而急剧增大;轴承温升随着负载的增加而增加;润滑油在黏度等级为320附近的温度最低;不同转速下流量对轴承温升的影响不同,转速低时,温升随着流量增大先减小后增大,转速高时反之;通过仿真将类似于油气原理的润滑方法应用在盾构机主轴承的润滑上改善了润滑状态。

为了研究复杂载荷对整体叶盘振动特性的影响,基于热流固耦合方法对热障涂层整体叶盘振动特性进行研究。简化整体叶盘模型,对叶片表面涂敷热障涂层并建立整体叶盘的流场模型;在Fluent中采用热流固耦合方法对整体叶盘的表面进行气动载荷和温度载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法分别对不同工况下整体叶盘的振动特性进行分析。结果表明考虑离心载荷对整体叶盘的固有频率影响最大,温度的影响最小;对比不同工况下,考虑温度载荷对整体叶盘的共振点个数无影响,气动载荷增加整体叶盘的共振点个数。

光热电站熔盐泵转子系统由于其自身结构及外部载荷激励,在极端运行工况下难以维持运行稳定性。针对该问题建立有限元模型,分析了温度载荷、流场力载荷、离心力载荷等对熔盐泵转子的应力变形规律;设置4种不同轴段长度的转子模型,分析不同转子模态振型、固有频率以及临界转速等动力学特性。研究发现转子结构中最大等效应力出现在首级叶轮叶片进口与前盖板交界处,最大变形出现在首级叶轮前盖板尾缘处,流场载荷与质量力载荷使应力与变形在叶轮上大致呈现中心对称分布,温度载荷使得叶轮产生较大的形变;对首级叶轮进行强度校核后,所选材料满足结构强度要求。模型转子的固有频率随中间轴段长度的增加而降低,湿态转子模型的固有频率略低于干态固有频率;其他转子的一阶临界转速均小于转子的设计转速,只有A9转子的临界转速满足±10%安全...

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。为提高计算效率,采用二维轴对称模型,使用ANSYS ICEM网格划分软件对流体域和固体域进行结构网格划分;使用ANSYS Fluent数值模拟软件,计算了二维轴对称条件下高压圆盘气体轴承气膜对称线上的马赫数、静温分布,流固耦合面上的热流密度分布,以及轴承圆盘固体域的温度场。将二维计算结果同已有的三维模型计算结果做对比,二者基本吻合,可以很好地相互验证计算结果的可靠性;对进一步分析高压圆盘气体轴承更为复杂的其他热流固耦合问题,提供了简化思路。

针对挖掘机多路换向阀开启过程中所受稳态液动力使得操纵力过大的问题,基于ANSYS对阀芯节流槽进行热流固多物理场可视化研究,通过分析半圆形节流槽阀芯下流动状态,提出新型节流槽拓扑结构,并建立Non-Parametric Regression响应面模型,研究新型节流槽结构尺寸对稳态液动力与质量流率的影响。结合多目标遗传算法寻优求解,并对比分析优化前后流动状态及阀芯所受稳态液动力等。结果表明:新型节流槽结构能够降低稳态液动力,有效提高了多路阀开启过程的换向性能。

针对某燃气轮机动力涡轮叶片和轮盘，结合PRO／E与ANSYS建立了耦合场及接触有限元模型，并进行了瞬态热弹塑性分析，得到了轮盘及叶片启动过程中的应力应变时间历程。本文在应力应变分析中融合了热流固耦合及接触分析方法，因此得到的结论比较全面精确地反映出装置实际情况，并为燃气轮机的寿命预测提供了可靠的数据。

水平井射孔段井筒由于孔眼的存在,在分段压裂过程中应力集中现象极易加剧固井水泥环的破坏。此外,由于高压压裂液直接作用在水泥环孔眼壁面上,使其完整性在压裂过程中遭受的挑战更大。建立了热流固耦合数值模型旨在分析分段压裂过程中射孔段水泥环内部的温度与应力变化,研究了套管内压、压裂液排量、水泥弹性模量、孔径与孔密对于水泥环密封完整性的影响规律。计算结果表明,压裂过程中水泥环一界面、二界面以及孔眼处均会产生剪切破坏。考虑瞬态力热耦合作用时,水泥环孔眼处失封风险提高。压裂液排量、孔径与孔密对水泥环切向应力影响较小;套管内压与水泥环弹性模量的降低虽然可在一定程度降低剪切破坏系数,但难以避免射孔段水泥环压裂初期的剪切破坏。

针对放气活门在多场作用下的温度分布和变形问题。首先,综合考虑放气活门的内介质和外环境的综合作用,建立放气活门热流固耦合仿真模型,得到放气活门的温度分布气压载荷,对放气活门的温度分布进行分析,得到关键位置的温度分布。然后考虑放气活门的安装约束,将温度和流固交界面上的气压作为初始载荷对放气活门的间隙变形进行重点分析,最终得到放气活门在温度和气压对放气活门变形的作用效果差别,为放气活门结构优化提供指导意义。

建立波纹管机械密封的波纹管-动环-流体膜-静环多体模型,对高温、高压、高速工况下的密封界面进行热流固耦合数值计算与分析,得到密封环在温度场、速度场、压力场等多场耦合影响下的应力和应变规律。在此基础上,分析主轴转速和流体压差对密封环端面温升和热应力变形的影响规律。结果表明:动静环的最大变形在端面的内径处,且变形量由内向外递减;动环端面的温升随密封压力和转轴旋转速度的增大近乎呈直线增加;动环的热应力变形程度随主轴转速和流体压差的增加而增加。

提出一种多孔型多级降压调节阀,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对调节阀的内部流场、压力场进行数值仿真分析,得到该阀的流量特性曲线,通过与标准流量特性对比,可以优化节流孔的配置;同时,仿真得出阀内流场压力分布,证明其降压元件具有良好的降压效果,针对在高温、高压工况下,阀内件的变形规律进行分析,仿真得到阀内件在热流固耦合条件下的变形值,且得到各物理场对阀内件变形的影响程度;仿真得到在热流固耦合条件下,阀塞和套筒配合面间变形后间隙,精准判定阀的工作可靠性,为设计该类调节阀的内套筒与阀塞尺寸公差提供技术支持。