热固耦合

摘要： 为提高大推力火箭发动机试验用DN600涡轮流量计在液氧中的测量精度,采用六自由度(6DOF)模型结合流体仿真方法对涡轮叶片进行优化设计。首先,基于水介质下涡轮流量计的仪表系数,构造高保真流体仿真模型。然后,通过热固耦合仿真建立低温液氧下流量计的冷缩等效模型,并利用流体仿真获取水介质和液氧中流量计仪表系数的等效关系。最后,以仪表系数的线性度误差最小化为优化目标,通过正交试验优化涡轮叶片的中径来流角、轴向宽度和重合度。仿真结果表明:涡轮流量计在液氧和水介质中的仪表系数成正相关;优化的中径来流角、轴向宽度和重合度分别为55°、55 mm、1;相比于原始结构,优化后涡轮流量计的仪表系数线性度误差降低了0.1045%,其测量精度显著提升。

摘要： 目的 研究双螺杆挤压机在食品加工过程中出现卡顿、抱死的原因,为双螺杆挤压机设计及应用提供理论指导。方法 应用ABAQUS软件构建双螺杆挤压机仿真模型,通过传感器反馈的温度值设定温度载荷,同时以双螺杆挤压机运转时的低压工况、正常工况、极限工况分别设定压力载荷,运用热固耦合理论对机筒的温度分布、应力和变形进行仿真分析。结果 在最大温度工况条件下,机筒轴向热变形量为2.356 mm,总热变形量为2.358 mm,x方向上的热变形量为0.1324 mm,y方向上的热变形量为0.1592mm;在最大温度工况和极限压力耦合作用下,机筒总变形量为2.088 mm。温度引起的热膨胀是机筒变形的主要原因,机筒的轴向热变形量与总热变形量相当,并且远大于其他两方向的热变形量;与常温环境相比,在加热温度工况条件下机筒的变形量随着压力的增大而减小。结论 要充分考虑温度对挤压机性能的影响,应用过程中要合理的设置温度参数。

摘要： 为解决原油管道机器人壳体在特殊环境下工作时的安全性和经济性问题,采用有限元分析方法对原油管道机器人壳体进行强度、刚度分析,避免壳体在工作时发生破坏。在此基础上,采用响应面优化分析对壳体厚度进行优化,在确保壳体强度和刚度满足许用要求的前提下,进行轻量化设计,节省材料和成本。同时,为提高管道机器人在不同区域和极端条件下的适应性,进一步研究温度和壳体厚度对壳体强度和刚度的影响。研究分析发现,温度对壳体最大变形和应力影响较大,且当壳体外侧温度一定时,壳体的最大变形随壳体厚度的增加而减小,壳体的最大应力随厚度的增加而增加,但变化量都较小;当壳体厚度一定时,壳体的最大变形随温度的增加而增加,壳体的最大应力随温度的增加呈现先减小后增大的趋势,以10°C左右为分界点,小于10°C时,随温度的增加而减小,大于10°C时,随温度的增加而增加,该研究结果为实际工程应用提供一定的参考依据。

摘要： 针对硬密封高温球阀,通过Workbench对球体、阀座进行热固耦合研究,模拟其在高温蒸汽工况中真实受力状态,分析热应力与压应力等载荷共同作用时对球座性能的影响,为高温球阀设计优化提供参考。

摘要： 为了解深水环境下以高分子材料为摩擦副的机械密封性能,建立机械密封热固耦合模型,分析介质压力、摩擦系数和弹簧比压对机械密封热变形的影响,结果表明,随着介质压力、摩擦系数和弹簧比压的增大,机械密封摩擦副的最高温度也随之增大,但摩擦系数和弹簧比压引起的温升相对更大;介质压力对摩擦副静环未接触部位的轴向变形影响较大,但对摩擦副动环的轴向变形基本没有影响;介质压力、摩擦系数和弹簧比压对接触面积的影响不同,导致摩擦产生的热量不同,从而引起热变形上的差异。

摘要： 基于热-弹塑性有限元理论,以ABAQUS软件为平台,利用Python语言编辑程序建立分析步、控制焊缝单元的按序填充,结合Fortran语言开发热源子程序,建立了焊接热固耦合有限元模型,分析了焊接方向对残余应力、变形的影响。结果表明:横向角变形是角接接头最主要的变形,其横向角变形在沿焊接方向逐渐变大并趋于稳定;兼顾残余应力及变形,确定方案(c)为最优焊接方案,即采取从两端向中间的焊接顺序可以有效降低角接接头横向变形及残余应力。

摘要： 为了分析温度和机械耦合载荷对活塞应力和应变的影响规律,基于Workbench建立了三维活塞有限元模型,采用间接耦合法对活塞温度场和应力场进行数值模拟,得到了活塞温度场、应力场及变形分布,进一步分析了活塞模型可能存在的危险位置。结果表明,在热负荷和机械应力作用下活塞工作时的应力低于材料抗拉强度。温度最高值在活塞顶部,受温度场的影响,活塞头部易产生裂纹。活塞的温度场和应力场分布符合实际情况,均在材料允许范围内,满足强度和变形要求。研究结果为活塞的设计和优化提供了理论依据和参考。

摘要： 浮动堆设备闸门与陆上核电站不同,其不仅需要承受海洋环境引起的冲击、纵横摇摆载荷,而且LOCA事故下安全壳内温度和压力相应引起的载荷变化将更加剧烈,设备闸门由于外部复杂环境和内部瞬时传热使结构应力与应变的不均匀分布而导致结构破坏.因此,需形成浮动堆环境条件下设备闸门的安全评估方法.讨论有限元方法计算结构耦合热应力的基本原理,阐述瞬态温度场问题的求解方程与结构耦合热应力的求解思想,在此基础上结合浮动堆摇摆、冲击、自重等载荷,开展浮动堆设备闸门瞬态温度场和耦合热应力的有限元实施与分析,求解设备闸门瞬态温度及耦合热应力.研究设备闸门各部件的应力分布和密封面位移变化,可以全面地评估海洋环境下浮动堆设备闸门结构安全及密封安全.本研究采用的数值模拟方法能够用于浮动堆设备闸门的研究及分析工作.

摘要： 为研究材料性能对双螺杆压缩机转子结构特性的影响,以LGY03型线为啮合型线的转子为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型,采用CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics)耦合求解方法,对压缩机流场达到热平衡时的转子结构特性进行了研究.通过数值模拟分析,得到了40Cr、QT900-2、0Crl8Ni9等转子材料在排气压力为0.6 MPa下的热变形和热应力.研究结果表明转子的热应力、热变形主要与材料的热膨胀系数和弹性模量相关,泊松比对转子变形的影响较小,最后数值拟合得到了阴阳转子最大应变与热膨胀系数及弹性模量的公式,可为转子结构设计提供一定的理论依据.

摘要： 表贴式永磁电动机在高速运行时,转子受到的冲击大、温度高,为了保证高温高速转子的运行强度,需要对转子进行考虑温度场的强度校核.本文基于三维温度场采用热固耦合的方法对高速永磁电动机转子强度进行分析,对比冷态与工作温度下的应力分布变化,得出高速永磁电动机必须考虑温升对转子强度影响的结论.进一步考虑过盈量、护套厚度、永磁体分段对转子热态强度的影响,得出该永磁电动机满足高速高温条件下的转子各部件尺寸,为该类高速永磁电动机的设计提供可靠依据.

摘要： 以稠油热采井下的套管-水泥环-地层为研究对象,考虑套管高温环境的特殊性以及地应力和内压的影响,根据弹性力学中理论,建立三维数值计算模型,对热采井套管柱应力和变形进行研究.利用ANSYS有限元软件,进行热固耦合计算,得到在注气层段和隔热层段套管的等效应力和应变值,并绘制温度、等效应力和应变随管径变化的规律曲线.计算结果表明:对于持续高温条件下,隔热层套管温度为94.078°C,温度为注气层的0.5倍,沿套管径向出现温度骤降现象,套管的Mises应变值变为注气层段的0.5倍左右,隔热管对高温套管的受力和变形情况起到了保护作用;当材料的等效应力超过其屈服强度极限,对其应变值的校核方法更为有效,热应变大约占总应变的76％以上.研究结果为高温热采井套管的设计方法以及隔热管对套管的作用提供理论依据,同时为热采井套管的设计提供参考.

摘要： 因为反应堆在运行过程中产生的热载荷是相当可观的,为了避免由于热应力过大而发生的破坏事故,在设计和使用堆容器时,对设备承受的热应力计算和分析是很必要的.本文根据快堆的国内外研究现状,结合中国实验快堆的自身特点,应用CFD软件对中国实验快堆堆容器的内部流场和堆容器壁面进行了数值模拟,通过数值模拟研究了冷热钠池的温度场,对堆容器壁面的温度场和热应力场进行分析,对简化模型进行流固耦合计算.本文的模拟计算旨在为堆容器寿命评估提供依据,保证核设施运行的安全性,对重点区域进行重点保护,减少热损失和热应力,为工程应用提供支持.采用热固耦合的方法可以更准确的计算出核电厂稳态运行、瞬态运行和事故运行时堆容器壁的热应力结果,使计算结果与实际状态更相符.

摘要： 排气歧管在工作状态下会承受很高的环境温度,而在较高的环境温度下金属材料的力学性能和热学性能通常会发生较大变化.通过添加实测的各种部件材料随温度变化的性能参数,介绍某柴油机排气歧管热固耦合分析过程,展现使用AVL系列软件与Abaqus软件进行的排气歧管热固耦合分析流程.排气歧管热应力和密封性等都满足设计要求，建议采用原设计方案并进行排气歧管支架有限元分析，重点考虑排气歧管搭载各附件下的子系统在外界加速度激励的应力状况和疲劳安全因数.

摘要： 针对锅炉汽包启动工况产生的热应力问题,对1036t/h锅炉汽包热态启动工况采用Ansys work bench进行热固耦合分析.分析时采用单向耦合,通过将热单元转换为结构单元的方法进行数据传递.分析结果表明,下降管与汽包交界处在40min时有最大热应力45.6MPa,汽包上部在210min时有最大热应力28.4MPa.汽包内压力较大时,机械应力远大与热应力,机械应力成为影响锅炉汽包总应力的主要因素。

摘要： 以排气歧管为研究对象,根据排气歧管在发动机实际运行过程中所承受的热载荷循环,采用热固耦合分析方法来获得各工况下的温度场分布和进行应力应变计算,并建立了排气歧管的热负荷分析流程。最后,通过一个实例对本方法进行了验证,结果表明：采用本方法进行排气歧管进行热负荷分析具有较高的准确性,并能够有效地指导产品设计。

摘要： 根据2D编织CVI SiCf/SiC复合材料微观单向结构RVE模型、细观含孔隙的编织结构RVE模型和微观组份材料性能,采用热固耦合双尺度渐进均匀化分析方法的分析程序,依次预测了复合材料微观、细观的热力学性能.分析得到了完整的SiCf/SiC复合材料宏观热力学性能,宏观弹性模量预测值与实验测量值相对误差7％以内,导热系数和热膨胀系数预测值基本落在试验结果统计范围内,为2D编织CVI SiCf/SiC复合材料构件热固耦合分析提供了基本材料参数.

摘要： 涡轮间隙对燃气轮机性能有较大的影响，对涡轮间隙进行计算和研究可以为工程设计提供参考，从而提高燃气轮机的工作性能、可靠性和耐久性，有助于提升涡轮部件的设计效率。本文以整个动力涡轮部件为研究对象，总结了涡轮间隙的构成，探索了一套完整的涡轮间隙研究方法。本文使用热固耦合数值计算方法，综合考虑温度和离心载荷以及其他因素，并根据结构变形关系对设计点状态进行了涡轮间隙计算。通过比较各因素引起间隙变化值在总值中所占份额，分析导致间隙变化的主导因素和次要因素，对如何有效调整涡轮间隙值有一定指导意义。本研究得到的结果合理，表明本文所应用的涡轮间隙研究方法是可行的。另外，本文对组件整体计算和分开计算得到的间隙变化值进行了对比分析。

摘要： 针对某型轴流式航空发动机低压压气机转子周期循环特点,利用CFX和workbench对选取的一个转子单元体模型进行了多场耦合分析.得到了在一个飞行循环中各级转子径向变形和叶尖间隙曲线,结果表明转子叶尖间隙最小值点出现在发动机加速到最大转速时间点附近;研究了压气机温度载荷引起的热变形、离心载荷引起的离心变形和转子总变形三者之间的关系,发现压气机转子温度变化对转子材料刚性影响较小.

摘要： 针对某型轴流式航空发动机低压压气机转子周期循环特点,利用CFX和workbench对选取的一个转子单元体模型进行了多场耦合分析.得到了在一个飞行循环中各级转子径向变形和叶尖间隙曲线,结果表明转子叶尖间隙最小值点出现在发动机加速到最大转速时间点附近;研究了压气机温度载荷引起的热变形、离心载荷引起的离心变形和转子总变形三者之间的关系,发现压气机转子温度变化对转子材料刚性影响较小.

摘要： 针对某型轴流式航空发动机低压压气机转子周期循环特点,利用CFX和workbench对选取的一个转子单元体模型进行了多场耦合分析.得到了在一个飞行循环中各级转子径向变形和叶尖间隙曲线,结果表明转子叶尖间隙最小值点出现在发动机加速到最大转速时间点附近;研究了压气机温度载荷引起的热变形、离心载荷引起的离心变形和转子总变形三者之间的关系,发现压气机转子温度变化对转子材料刚性影响较小.

摘要： 本发明公开了一种基于热‑流‑固‑损伤耦合的干热岩产热预测方法，包括：建立干热岩增强地热系统热‑流‑固耦合模型，对所述干热岩增强地热系统模型进行网格自适应划分，进行热‑流‑固多物理场耦合计算，获得热、流、固各物理场解答；再根据应力解对干热岩储层区域进行损伤分析，得到干热岩储层的局部损伤区；基于所述热‑流‑固耦合解，获得干热岩的热能。本发明通过建立一个考虑热‑流‑固多物理场耦合的工程尺度干热岩储层模型，并对干热岩开采热扩散过程进行模拟，实现储层损伤分析和模型网格优化，从而能够可靠地评估出干热岩开采出的热能。

摘要： 一种床身流‑热‑固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，首先建立床身流道中的冷却液真实几何模型，利用Ansys CFX软件并基于有限元法在充分考虑流动换热边界条件的基础上对冷却液在床身的流动过程进行流体仿真分析；其次通过采用流‑热‑固多物理场顺序耦合分析方法，将流体分析得到的换热系数结果传递至热分析模块中，同时考虑其他边界条件进行床身的温度分布求解；最后将床身的温度加载至结构静力学模型中，最终求解床身的热变形；本发明具有较好的通用性，可以用于相似床身或其他装备的热特性分析中。

摘要： 本发明涉及固废处理生产水泥领域，具体涉及一种两段式水泥窑多源固废耦合热解气化方法及其装置和应用。为了解决现有水泥窑协同处置固废技术存在的处置固体废弃物的种类较为单一，水泥熟料的品质易受成分和温度波动影响以及废气、废渣难以合理利用的问题，本发明提出一种两段式水泥窑多源固废耦合热解气化方法及其装置和应用，包括至少两次配伍，具体包括有机固废根据热值、成分进行配比和气化后的固态成分与预热后的无机固废进行配比。增加固体废弃物处置规模及种类的同时，降低协同处置过程中固体废弃物因成分的差异性而引起水泥回转窑烟室温度波动的影响，稳定水泥熟料的煅烧温度，从而保障水泥熟料的产量及质量。

摘要： 本发明公开了一种基于热‑固耦合齿轮啮合摩擦发热瞬态仿真方法，包括：建立滑块与平板热传导及摩擦产热有限元仿真模型和理论模型，将滑块或平板的稳态温度仿真结果与理论结果对标，通过不断调试、完善有限元模型参数，得到热‑固耦合的仿真参数；建立一对啮合齿轮的三维模型，并对其进行网格划分得到啮合齿轮的网格模型；将齿轮热参数、热‑固耦合的仿真参数、主动齿轮转速和从动齿轮负载输入啮合齿轮的网格模型；然后进行齿轮啮合瞬态温度场仿真计算，读取齿轮应力和温度的分布结果。本发明的齿轮啮合摩擦发热瞬态仿真方法，能真实、动态模拟齿轮实际工况中啮合区温度随时间变化情况，观察到齿轮在啮合过程每个时刻瞬态啮合产生的热量。

摘要： 本发明涉及一种基于相变储热的金属氢化物储氢罐及固‑气耦合储氢系统。所述直立式金属氢化物储氢罐，其主体由外、内层罐构成，夹层中具有第一相变材料，内层罐内填充金属氢化物和第二相变材料，并且金属氢化物设置于第一、第二相变材料之间。内层罐上部留有空腔作为氢气缓冲区，与金属氢化物接壤。第一、第二相变材料区与金属氢化物的接触面为一定曲率的倾斜曲面，使得内层和外层相变材料的熔化完成时间一致，提高了整体的储氢速率。本发明还提供了一种固态储氢和气态储氢相结合的储氢系统，实现了储氢速率、储氢压力和储氢空间上的互补，提高了储氢系统的体积能量密度和安全性，应用于分布式发电系统或其他便携式供能系统具有良好的前景。

摘要： 本发明公开了一种有机固废热解耦合小型燃煤炉排炉系统，包括立式移动床热解反应器，立式移动床热解反应器顶部的关风器一连接给料机出口，给料机的入口连接料仓出口。本发明还公开了一种有机固废热解耦合小型燃煤炉排炉方法。本发明避免了热解内燃，有效限制了反应最高温度，避免有机固废内的挥发性重金属和KCl等无机物质的大量释放，使其固化在热解焦中，起到有机固废无害化处置的目的；有机固废热解荒煤气通过喉口与燃煤烟气混合后在二燃室内绝热再燃，可起到降低NOx含量的目的；整个系统将有机固废热解系统耦合到燃煤炉排炉装置，既解决了有机固废单独热解能量不给自给的难题，又解决了燃煤炉排炉低碳化改造的难题。

摘要： 本发明公开了一种车用部件热‑固‑流耦合瞬态仿真分析方法及存储介质，其包括如下步骤：步骤一，基于车用部件的几何数据和使用工况建立有限元模型，赋予有限元模型材料属性和热‑固耦合的仿真参数得到热‑固耦合瞬态仿真分析模型，仿真计算得到车用部件温度场；步骤二，基于流体工况建立CFD瞬态仿真分析模型，将车用部件温度场施加到CFD瞬态仿真分析模型中进行热‑流仿真分析，得到对流换热系数；步骤三，将对流换热系数对应施加到热‑固耦合瞬态仿真分析模型中，得到热‑固‑流耦合瞬态仿真分析模型，仿真计算得到车用部件应力和温度的分布结果。其能够提高车用部件多场耦合的仿真精度，能够真实、准确模拟车用部件应力、温度随时间变化情况。

摘要： 本实用新型公开了一种固‑固换热装置启动保护装置，包括保护装置加热管、过热蒸汽引入管、混合集箱、蒸发受热面管出口和蒸发受热面管入口；保护装置加热管设置在混合集箱内，保护装置加热管一端与混合集箱外的过热蒸汽引入管连接，保护装置加热管上设置有至少一个排出蒸汽的小孔；混合集箱设置有蒸发受热面管出口和蒸发受热面管入口，蒸发受热面管出口设置在混合集箱的上方，蒸发受热面管入口设置在混合集箱的下方。该装置结构简单，性能可靠，不爆管，成本大幅降低，减少能耗，也减少了机械故障点。本实用新型还提供了固‑固换热装置，包括固‑固换热装置启动保护装置；蒸发受热面管出口与固‑固换热装置的入口连接。

摘要： 针对高超声速飞行器流热固耦合物理场求解过程中求解精度和求解效率相互矛盾的问题，本发明提出了一种基于DCCGAN的高超声速飞行器流热固耦合物理场求解方法，该方法以工况编码与飞行器初始网格为条件信息，以CFD软件求解出的飞行器网格各点空间位置分布情况和气动力分布情况作为真实值，引导深度学习中的条件生成对抗网络模型自动学习数据分布，生成逼真样本，从而实现飞行器高精度流热固耦合物理场快速求解，为高超声速飞行器实时仿真提供有效的技术支撑。

摘要： 一种基于物理神经网络的流热固耦合计算方法，涉及流热固耦合力学应用技术领域，解决现有方法需要耗费大量时间和计算资源，以及对于流热固耦合等复杂耦合问题中仍未有解决方法等问题，该方法包括两种不同的方法实现，一为流体域与固体域分开建立神经网络，采用交界面的连续性条件进行耦合计算的方案，称为分区耦合计算方法；二为对流体域与固体域建立一套神经网络进行求解的整场计算方案，称为整场耦合计算方法。本发明不需要对控制方程进行离散，用空间采样代替了网格划分进行了空间的离散，并且能够实现流体力学、传热学、弹性力学的双向耦合计算。这有利于得到更为准确的固体域和流体域的物理场信息。