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。     

表面张力对激光深熔焊熔池小孔的影响

为了探究表面张力对于激光焊接熔池的影响，课题组使用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程，建立数学模型，获得了奥氏体不锈钢深熔焊接过程中动态熔池的温度场以及流场分布；同时以奥氏体不锈钢为基板进行激光焊接试验，试验得到的焊缝横截面尺寸同模型计算结果得到的熔池尺寸相吻合，验证了模型的可靠性；以此为基础对2种不同表面张力系数下激光焊接熔池过程进行仿真。研究结果表明：激光深熔的过程中，表面张力系数较小时，焊接小孔深度较深，有利于热量向钢板厚度方向传递，增大了熔池深度，但是降低了焊接小孔的稳定性。因此，可以通过改变表面张力系数来调整熔池的流动行为，提高焊接质量。     

摆动电弧窄间隙厚板焊接工艺与熔池演变数值研究

针对窄间隙摆动电弧焊接在不同工艺下熔池演变差异较大的问题，课题组以实际摆动电弧窄间隙焊接工艺为依据，综合考虑窄间隙焊缝的几何形貌对热源加载的影响，建立了70 mm厚板多层单道焊接数值模型；利用ABAQUS模拟了不同工艺条件下熔池的形成过程及熔池横断面熔合线走向规律。实验结果表明：电弧摆动频率为0.7 Hz时，使用17 V电压及180 A电流焊接，单层焊缝会出现重熔现象，电弧运动状态对熔池形态影响较大；使用30 V电压及340 A电流焊接，熔池形态变化较小，熔合线走向平缓，电弧运动状态对熔池形态影响较小。     

不锈钢薄板焊接变形影响因素与控制方法

针对目前不锈钢薄板在焊接时,存在的焊接结构件变形、焊接质量差、使用性能低等缺点,为进一步改善薄板焊 接加工工艺,对焊接变形影响因素进行分析,重点从输入热源、焊缝尺寸、初始粗糙度、板厚和焊接装配等因素出发阐述 了对焊接变形的影响。提出在焊接时需要通过进一步畸化焊接温度场、增强焊接结构件刚度、设计施加辅助热源或冷 源、夹具约束或者旋转挤压等组合装置来达到控制薄板的挠曲变形的目的。最后提出有限元仿真技术在焊接中的应用 将会更加科学地分析和预测焊接变形。     

窄间隙摆动电弧数值模拟

为了探究窄间隙摆动电弧焊接过程中窄间隙坡口对电弧形态的影响，课题组以实际焊接工艺为依据，利用磁流体动力学理论建立了窄间隙焊接电弧燃烧侧壁的三维对称数学模型。通过对FLUENT自定义函数（UDF）二次开发，实现了对窄间隙焊接电弧的数值计算，且计算的电弧形态与试验结果吻合良好;获得了窄间隙焊接电弧的流场及温度场分布规律。计算结果表明：远离侧壁处电弧的磁感应强度大于靠近侧壁处电弧的磁感应强度；引起了等离子流场、压力场及温度场向侧壁偏转；由于窄间隙焊缝形貌影响，电弧底部等离子体沿熔池切线向焊缝凹面底部运动，并影响熔池上方电流密度及温度场的分布。     

取水泵叶轮水力设计及内部流场数值模拟

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,根据泵水力设计理论对叶轮进行了参数计算,基于Pro/E建立了叶轮 和内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了漂浮取水泵的外特性曲线、压力和速度分布规律。 结果表明：泵的功率曲线呈现驼峰状,效率曲线存在较宽的高效区;叶片受静压呈现旋转中心低,边缘高的总体趋势;泵 叶片速度较大,隔舌和扩散管底部速度较小;在额定流量工况下,叶轮表面液流速度分布趋于均匀,流场分布较合理。研 究结果可为优化叶轮几何参数、改善内部流场分布以及提高泵的效率提供一定参考。     

焊缝跟踪装置冷却系统设计

摘要：为了提高焊接质量和焊接效率，需设计相关的焊缝辨识与跟踪装置，从而实现自动化焊接。而焊接时产生的高温环境对该类装置的正 常工作构成威胁，因而其附属冷却系统的设计尤为重要。通过建立该类焊缝跟踪装置的三维全尺寸仿真模型，设置相关的边界条件，采用标准的k e模型进 行仿真，获得其内部完整的流场和温度场，并分析和完善其冷却效果。结果表明，经气体强迫对流换热后，该类装置的温度明显下降且分布较为均匀，冷却系统 符合相关需求。     

异种金属搅拌摩擦对接焊研究进展

搅拌摩擦焊在异种金属连接上有着重要运用，从焊接工艺参数、接头力学性能、界面金属间化合物层及材料流动等方面概述了近年来国内外异种铝合金、铝合金 钢、铝合金 镁合金、铝合金 铜合金、铝合金 钛合金搅拌摩擦对接焊，并论述了异种金属搅拌摩擦对接焊数值模拟技术的研究进展。指出了目前对异种金属搅拌摩擦对接焊数值模拟技术的研究存在如数值模拟方法、材料本构模型、热源模型和边界摩擦模型等方面的不足；提出今后要完善搅拌摩擦对接焊模型，为工程实际运用提供快捷可靠的技术支持。     

铝合金 钢搅拌摩擦焊温度场数值研究

针对以往搅拌摩擦焊数值模拟中采用的热源模型较为简单,不能很好反映出实际焊接过程中温度场的分布,而做试验又需要巨大投入的情况,课题组基于热弹塑性法和改良的热源模型,利用ABAQUS软件及其DFLUX子程序接口建立了304不锈钢和5052铝合金搅拌摩擦焊的数值模型,对铝合金 钢异种材料的搅拌摩擦焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程的温度场,同时对偏置量、转速和焊速3个焊接参数进行优化,发现在转速取500 r·min-1,焊速取80 mm/min,偏置量取2 mm的情况下,得到的焊接过程瞬态及稳态温度场均处于理想状态。模拟准确地预测了实际焊接过程中的温度变化,且对实际焊接过程中焊接参数的选择具有一定参考意义,减少了为得到合适参数而进行的大量试验的成本。模拟结果能指导和预测实际焊接过程。     

热收缩包装机内部温度场仿真

为了研究热收缩包装机内部风扇布置对内部温度场分布的影响,建立包装机数学仿真模型,利用SolidWorks进行三维建模,采用多重参考系模型（MRF）在FLUENT中进行流场计算,仿真实际工作条件下包装机内部温度场分布情况,并结合相关实验结果验证仿真模型的可行性。在此基础上仿真不同风扇数量条件下的温度场,分析了既能满足工作要求,同时又能达到成本控制目的的风扇数量。[JP2]结果表明：仿真模型数据与实验数据吻合;双风扇条件下温度场分布均匀且温度基本满足工作要求,可以替代3风扇条件。该研究可为包装机优化设计提供参考,缩短设计周期,降低设备成本。     

激光熔覆生物陶瓷涂层温度场模拟

针对生物陶瓷涂层预置粉末式激光熔覆的特点,综合考虑接触热阻、材料物理性能参数、涂层厚度和激光吸收率 等因素,建立了熔覆过程温度场的数值模型,对基体熔池尺寸和形状进行了数值计算,并与实验结果进行对比分析。结 果表明,模型能较好地反映激光熔覆过程中的温度场分布。激光熔覆过程中,存在明显的热积累现象,且预置粉末层厚 度对温度场影响较大。     

比拟法在《传热学》教学中的作用

比拟法是人类认识客观世界的一种基本逻辑思维方法,它的产生和应用具有一定的客观基础.在传热学教学中通过电场与流场,流场与温度场,电阻与热阻,传动量与传热及传热与传质的具体比拟,表现了比拟法在传授新知识,发展学生的创造力等方面的作用,强调了选择比拟对象的重要性.     

板翅式回热器试验与数值模拟研究

选取圆弧截面平直翅片板翅式回热器芯部中间冷热流体各两层作为控制单元体,引进对称面和内部耦合方法建立数学模型,应用Fluent软件对单元体进行三维数值模拟,得出了芯体内部的温度场、流场和压力场.对回热器芯体内部的换热和流动情况进行分析,得出了换热性能准则关系式和阻力性能准则关系式.通过对回热器运用稳态等流量进行传热性能和阻力性能试验,得出了相应的换热和阻力准则关系式,并将数值模拟结果与试验所得结果进行了对比分析.     

均匀电场对池沸腾换热的影响分析

对均匀高压电场作用下平板池沸腾换热的强化效果进行了试验研究,发现在较低过热度的范围内电场对换热有明显的强化效果.场强越高,相同过热度对应的换热系数越高.在相同的场强下,强化系数随着热流密度的增加而减少.结合试验结果对电场强化沸腾换热的机制进行了分析.在热流密度较小的范围内,对流换热占主导地位,电场强化对流换热使壁面过热度大大下降,导致相应过热度下汽泡的平衡半径提高,因此,抑制了核态沸腾.随着热流密度的提高,汽泡的产生和运动成为影响换热的主要因素,此时过热度的变化不是很大,在相同的过热度下,电场可以减小汽泡的临界半径,使汽泡增多.在汽泡准备区,电场会影响汽泡的核化;在汽泡成长区,电场会影响汽泡的长大、变形和脱离;在非沸腾区,电场会影响单相流体的自然对流换热.     

烟熏炉螺旋管换热器换热仿真模型研究

换热器是肉食品热加工的烟熏炉的重要组成部分,一般有螺旋板式与U型2种不同形式。目前根据热加工要求 设计换热器时,结构参数的选择存在一定的盲目性,即换热器的尺寸是否满足要求完全凭经验及依赖事后验证。文中针 对某一类型烟熏炉螺旋管式换热器进行流动传热分析,建立换热器的一圈为基本单元的数值分析模型。借助CFD技 术,分析了不同圈数对出口温度分布的影响。结果显示不同圈数对换热器的温度分布影响较大,且基本单元截面的温度 值与基本单元数量呈二次函数关系。拟合不同圈数下各截面的温度值,得到各基本单元的出口温度与基本单元个数（圈 数）的函数关系。该函数关系能够有效地反映换热器温度降趋势,从而指导具体的换热器设计。     

等离子弧焊接电弧的温度场和流场研究现状

等离子体电弧温度场和流场的研究对其在工业生产中的应用具有重要的意义。文章分析了等离子弧温度场以 及流场检测和计算的研究现状。在等离子弧温度场的检测中，现今光谱诊断法最为方便，所测得的结果较其他检测方法 而言精确度更高；在等离子弧流场的检测中，运用粒子成像测速技术的方法可以检测得到流场分布。在等离子弧温度场 和流场的计算中，数理解析法计算繁琐，需要大量时间。数值模拟的方法更为经济、有效。     

窄通道内去离子水的沸腾换热特性实验研究

为了研究矩形窄通道内流动沸腾表面换热系数的影响因素,建立了竖直矩形窄通道流动沸腾传热实验装置,研 究了尺寸为720 mm x250 mm x3.5 mm窄通道内离子水的流动沸腾换热特性。采用单侧壁面加热,改变加热热流密度; 调节恒温水箱温度,改变工质入口温度;以蠕动泵为动力,改变泵的转速,改变工质流量。实验结果表明：入口温度对流 动沸腾表面换热系数基本无影响;流体的紊流度随着质量流量的增加而增加,从而加强了对流换热的强度;在对流沸腾 换热阶段,核态沸腾受抑制,表面换热系数随着加热功率的增大反而降低;在完全对流换热阶段,表面换热系数随着加热 功率的增大基本不变。该研究为更好地设计板式换热器提供了依据。     

热源为常值的纯辐射换热系统温度场的渐近特性

本文讨论了热源为常值的纯辐射换热系统温度场的渐近特性,对其热平衡方程组结出了稳定性的充分条件,且导出了稳定解。     

高温在线腐蚀监测机构温度场分析

采用ANSYS软件对高温在线腐蚀监测机构进行温度场分析,分析了沿探针杆中心轴线和沿保温层径向的温度分布情况。分析采用比现场更苛刻的数据作为模拟数据。用传热学中精度较高的经验公式来计算管道内外侧的对流传热系数。模拟分析的结果对密封填料、探针、保温层、闸阀、法兰等的设计及选用具有指导作用。分析显示保温层壁温和理论计算结果误差在0.02%以内,所设计和选用的零部件能用于高温管道中。