真实流场中管束排列方式对流体诱导振动影响的研究

针对工程应用中流体诱导换热器管束振动破坏的情况,搭建实验平台通过加速度传感器测得真实流场下管束的振动加速度响应,并在Workbench15.0中采用双向流固耦合方法进行数值模拟。对比实验测得结果和数值模拟结果,分析不同排列方式和换热管数量的管束振动特性,发现正三角形排列比正方形排列管束更加稳定,更难发生流弹不稳定;外层横排管对其后第1排管束振动有促进作用,对其后第2排管束振动有抑制作用;沿着横流方向,后排管束振动受前排管抑制作用越来越大。对换热器的防振设计有一定的指导意义。     

两相横向流诱发管束弹性不稳定性的试验研究进展

弹性不稳定性是流体诱发管束振动失效的最主要原因,文章针对两相横向流诱发管束弹性不稳定性的试验研究进展进行了综述。介绍了两相横向流诱发管束振动的试验介质和试验装置,概括了含气率、振幅、阻尼以及流体动力质量的测量和计算方法,探讨了试验介质、管束的排列方式、节径比以及含气率等对流体弹性不稳定性的影响,同时总结了两相横向流诱发管束弹性不稳定性的设计准则。最后提出了两相流诱发管束弹性不稳定性的模拟研究将成为研究热点     

流体诱导U形换热管束振动特性数值研究

针对流体诱导振动引起换热器失效问题，课题组在近真实流场下，对多跨、多管束、带间隙支撑的U形管换热器在受到横向流体冲击时的振动特性进行了研究。研究对象是根据GB/T 151—2014《热交换器》设计的3种不同管芯的U形管换热器，管束排列方式为正三角形，中间等间距分布2块圆形折流板。用数值模拟的方法研究了靠近流体冲击出入口管束的振动特性，不同管排数对中心管振动的影响，以及外排管束对内排管束振动的影响。结果表明：U形管换热器进出口处管束在流体横向冲刷作用下振动剧烈，其加速度振幅随流速的增加而增大；随着外层管排数量增加其对中心管振动的抑制作用越明显；外层管排对其相邻的内排管束振动有加强作用。研究可为研究U形换热管振动机理与防振设计提供参考。     

非常规换热器换热管固有频率的计算

针对非常规换热器在现代工业使用中存在振动损坏的问题,本文结合某厂的一台冷凝器,对单根换热管进行了 模态分析与谐响应分析,同时还对其管束进行了全面的模态分析。结合GB151-1999和大型有限元软件ANSYS,分析了 换热管数量对换热管束固有频率的影响,并对壁厚、最大跨距、管径和节径比4个因素进行了研究。计算结果表明,此算 例中的冷凝器是合格的,对于实际使用中出现振动损坏的问题,在以后的模态分析计算中应当考虑到实际流体作用的 影响。     

三聚甲醛／水换热器的数值模拟及结构改进

针对某大型化工企业的三聚甲醛／水换热器在生产中发生的失效问题,借助于ANSYS FLUENT 15．O软件对换热 器的流体流动以及传热进行数值模拟。通过分析管程和壳程流体的流速分布、温度分布及压力分布情况,找到产生故障 的原因,提出结构改进措施,并采用数值模拟的方法,验证结构改进的合理性。研究结果表明：改变管程进口的方向和距 离,调整壳程进、出口的位置,并在管程和壳程进口处加防冲档板能够使管程和壳程进、出口处的流场分布趋于均匀;降 低流体对管束的冲击力,改善管束周边的应力分布状态。结构改进后可有效防止事故的发生。     

基于UDF二次开发黏弹性流体数值研究

针对目前工业上对黏弹性流体数值模拟计算存在计算复杂、收敛状况较差等缺点，课题组基于商业软件FLUENT中二次开发模块UDF，提出了一种基于FLUENT软件核心求解器数值计算黏弹性流体流场的程序编制方法。该编程思路及方法具有普适性，可被推广至具有不同本构关系的黏弹性流体的数值计算。课题组通过多个实例验证了该编程方法的可行性及所编制程序的可靠性，同时提出了“定常问题的非定常化计算”的数值计算方法以提高黏弹性流场数值计算的稳定性与收敛性。结果表明：使用此种方法不仅具有计算方便、可靠等优点，且可以实现不同种类黏弹性流体模型的数值模拟研究。选用合适的时间步长、定常问题非定常算法可以有效加快收敛速度，增强收敛的稳定性。     

波纹节距对板壳式换热器壳程流动性能和阻力性能的影响

为了对板壳式换热器进行优化设计,课题组以某型号板壳式换热器的壳侧流道为研究对象,建立单流道物理模型,采用FLUENT软件对壳侧流体的流动性能和阻力性能进行模拟研究。模拟结果表明：随波纹节距的增大,流体流线由十字交叉流逐渐转为曲折流,流体平均流速和湍动能逐渐减小;波纹节距为3.9 mm时流动性能较好。随波纹节距的增大,压降逐渐减小。在同一波纹节距下,随着雷诺数的增大压降逐渐增大;波纹节距为15.9 mm时,阻力性能较好。减小节距可以得到较好的壳程流动性能;增大节距可以得到较好的壳程阻力性能。     

空气冷却器脉动流诱导管束振动的研究

为探究脉动流对空气冷却器内部管束振动的影响，以空冷器轴侧截面为研究对象，建立二维流场数学模型，借助FLUENT软件模拟流场在一个周期内速度和压力的变化趋势，通过用户自定义函数(UDF)改变入口速度方程中激励频率的大小，分析其对管束升、阻力系数的影响，进一步探究管束沿X和Y方向的幅值变化及其运动轨迹。结果表明：不同激励频率下脉动流对换热管升力、阻力系数的频率及幅值均有一定影响；激励频率为80 Hz时，换热管沿X和Y方向的振幅均明显高于其他激励频率工况。因此，在实际生产中，应避免结构频率与脉动流频率范围相接近。     

顺排套片式换热器的热力性能试验

套片式换热器的管束排列形式一般都是叉排，顺排非常少见．由于顺排形式的套片式换热器通常比叉排的流动阻力更小，因而对一些流动阻力有限制的场合，可以考虑使用顺排形式的套片式换热器．本文即介绍了对某种结构形式的顺排套片式换热器的热力性能的试验情况．试验表明，在某些应用场合，套片式换热器排列成顺排是更合适的选择．     

管壳式换热器管束动力特性研究

针对工程应用中换热器由于振动而产生破坏的情况,采用流固耦合分析方法,模拟了单根换热管共振特性,并结合GB/T 151—2014《热交换器》中的计算公式对ANSYS计算结果进行了验证。此外,通过有限元软件ANSYS进一步分析了换热管数量对换热器管束共振频率的影响。仿真 结果表明：随着换热管数目的增加,管束频率带宽将增大,其下限逐渐减小,上限将逐渐增大。该研究对换热器的防振设计有一定的参考意义。     

套靴刚度和阻尼对高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动的影响

采用轨段单元模拟弹性支承块式无砟轨道结构。钢轨模拟为弹性点支承Euler梁；钢轨下面的支承块视为刚体；道床板视为弹性薄板，并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值；钢轨扣件和支承块下胶垫和套靴模拟为线性弹簧和阻尼器；道床板与混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则，建立了高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动矩阵方程，得到了系统振动响应，进一步分析了套靴刚度和阻尼对此系统竖向振动响应的影响规律。     

超声椭圆振动切削航空铝合金的数值研究

为了研究7075航空铝合金在超声椭圆振动切削（Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting, UEVC）下切削速度、背吃刀量、振幅和频率对切削力和切削温度的影响。课题组运用ABAQUS有限元软件建立了仿真模型，对比分析了不同切削方式对航空铝合金力学性能的影响。仿真结果表明：在UEVC过程中，随着切削速度和切深的增加，切削力逐渐增加，切削温度逐渐升高；随着X方向的振幅和振动频率的增加，切削力和切削温度逐渐降低；背吃刀量对切削力的影响最为明显。与常规切削（Conventional Cutting, CC）相比，UEVC能够明显降低切削力和切削温度，是一种改善航空铝合金切削性能的有效加工方式。     

结构参数对文丘里管空化性能影响的数值模拟研究

为了达到更好的空化效果，课题组基于FLUENT软件，采用标准κ ε湍流模型和Schnerr Sauer空化模型对文丘里管的空化流场进行数值模拟研究。通过对模拟所得的空化云图、蒸气体积分数及空化数进行对比分析，探究了文丘里管的喉径与管径比、入口角度、喉径与喉长比以及出口角度等结构参数对空化效果的影响规律。结果表明：空化效果随着喉径与管径比的增大先增强后减弱，且存在一个最适值；随着入口角度的增大，空化效果减弱；随着喉径与喉长比的增大，空化效应增强；随着出口角度的增大，空化效应减弱。研究结果可应用于文丘里管空化器的优化设计。     

基于FLUENT的管壳换热器壳程流场数值模拟与分析

通过简化管壳式换热器模型,采用非结构网格划分,选用κε湍流模型,应用CFD软件FLUENT对壳程流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了不同折流板间距情况下壳程流体温度场、压力场以及速度场的分布情况。分析了折流板间距对壳程流体流场分布、换热器传热速率以及压力损失的影响,并得出了进口流速与传热量和压力损失之间的关系。模拟结果与理论研究结果相符合,对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。     

基于FLUENT的超薄板微束等离子弧焊熔池行为研究

焊接熔池的特征信息与焊缝的成形质量具有直接的对应关系，为了获得高质量的焊缝，课题组对超薄板微束等离子弧焊的熔池进行研究。通过FLUENT软件采用Solidification & Melting模型与SIMPLEC算法对直流和脉冲微束等离子弧焊熔池进行数值研究，并设计了焊接熔池视觉检测系统；通过实验采集熔池的几何特征对数值分析的结果进行了验证。结果表明：在平均电流相同的情况下，直流状态下熔池的温度和宽度大于脉冲电流时熔池的温度和宽度；但是直流时熔池中液态金属的流速与熔池的振幅都小于脉冲电流状时熔池中液态金属的流速和熔池的振幅。通过实验发现使用数值模拟的方法可以获得一定的熔池特征信息。     

双液滴同时撞击粗糙多孔介质表面的数值模拟

为了探究双液滴同时撞击粗糙多孔介质表面的动态行为，课题组通过使用凹凸槽来代替表面粗糙度的方法，并用VOF模型追踪液滴形态变化，最后再利用PISO算法进行数值模拟计算。课题组分析了液滴特性和多孔介质特性对液滴铺展长度的影响，以及2液滴碰撞后对射流高度的影响。研究结果表明：随着韦伯数We的增加，液滴射流高度和铺展长度都增加，且在竖直和水平方向都会产生多个二次液滴飞溅；双液滴水平间距越大，液滴的铺展长度越大，射流液柱越低；平衡接触角越大，液滴铺展长度越小，边缘液体越易回缩；达西数Da越大，液滴的铺展半径减小，双液滴合并后形成的射流液柱越低；粗糙度越大，2液滴合并所需要的时间就越长，合并后形成的射流液柱高度变低，铺展长度越小。     

反映动态启动压力梯度的低渗透油藏渗流模型

基于流体边界层理论，建立了一种描述在低渗透油藏流体非线性渗流特征的新模型，获得了动态启动压力梯 度的连续变化函数。应用考虑动态启动压力梯度的非线性渗流模型，建立了一维单相流体流动的数学模型，并应用全 隐式方法对离散方程进行了线性化处理；对比研究了线性渗流模型、拟线性和反映动态启动压力梯度的非线性渗流模 型下地层压力的分布特征及流体非线性渗流系数对动边界扩展的影响。数值结果表明：受动态启动压力梯度的影响 在近井区域地层压力下降幅度更大，在远井区域的地层压力越高，地层压力下降范围更小；非线性系数数值越小，流体 流动的非线性程度越强，动边界的扩展速度越慢。     

任意方向简谐振动合成的计算机模拟

用C语言对方向、振幅、频率以及初相位都任意的两简谐振动的合成问题进行了模拟，从而展现了任意情况下合振动的图形．     

超重力分离装置填料内流场的CFD模拟研究

为了优化超重力分离装置，课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体力学软件FLUENT对超重力分离装置填料内部的流体流动进行数值模拟，分析了转速、填料外径和丝网尺寸对流场的影响。结果表明：液相速度分布与气相速度分布一致，液相速度主要受气相的影响，与液相入口速度无关；同一转速下填料区气相速度由内向外逐渐增大，各位置的气相速度随转速的增大而增大；气相最大速度与转速和外径有关，与丝网的尺寸无关。数值模拟的结果对超重机的设计与优化有一定的借鉴意义。     

表面张力驱动下挡板对微通道混合效果的影响

微流控系统由于微通道尺寸变得越来越小，所以原先传统的外力驱动方式遇到了很大的困难。而表面张力驱动微流体不需要任何外部能量源，对于设备小型化和集成化非常有优势。课题组通过对微混合通道内设置挡板，改变挡板的结构参数，通过数值模拟来研究表面张力驱动下挡板结构参数对混合效果的影响。研究结果表明：设置了挡板后微通道的混合效果显著提高；同时随着挡板结构参数的改变，微通道的混合效果也随之呈现出一定的变化规律。挡板的设置扰乱了微流体的流动，使得流体间的界面接触变多，混合效果得到提高。