三元流理论在风机设计、改型中的应用研究

本文用加大叶片进出口安装角及增多叶片数,并用三元流动理论计算流场的方法对叶型进行了有效的改进,从而使高效的工况范围扩大并提高了大流量时的压头。从给出的三个流面的叶片表面速度分布可看出:改型后叶轮具有较好的气动性能及较大的作功能力。而经实验验证表明理论分析与实验结果基本一致。本文提供的实例说明用三元流理论与工程设计、实验相结合来设计和改型风机是一个切实有效的方法。     

气动压力作用下高速列车玻璃承载特性研究

高速行驶的列车会在其周围诱发明显的气动效应，并对列车玻璃造成不利影响。以CRH3型列车客室车窗玻璃为分析对象，基于国内外目前几种典型夹层玻璃等效厚度计算方法，分析了载荷作用时间对夹层玻璃胶片剪切模量及其等效厚度的影响。根据中空玻璃中空层气压变化传递载荷原理及两面玻璃协同变形特征，推导了气动压力作用下中空玻璃的最大拉应力计算公式。设计了循环气动压力加载试验，并进行了高速列车玻璃动应力测试。结果表明，夹层玻璃PVB胶片的剪切模量随作用时间的减小，其剪切模量增大，同条件下，计算出来的夹层玻璃等效厚度也变大。为了获得高速列车玻璃承载性能精确的计算结果，需确定真实气动压力作用时间下PVB胶片对应的剪切模量。基于prEN13474给出的夹层玻璃等效厚度计算公式，选择与实测相同作用时间(0.12 s)及温度(25℃)计算条件，得到被测高速列车玻璃承载面和非承载面的最大拉应力与实测值偏差分别为3.29%和-12.6%,较好地满足了工程精度要求。研究成果可为高速列车玻璃气动压力承载设计计算及结构优化提供依据。     

有限元分析热障涂层孔隙对其热力行为的影响

涂层的微观结构决定涂层的热物理及力学性能。针对等离子喷涂热障涂层中孔隙的形貌特征及其在涂层中的位置,基于ANSYS有限元软件,分析涂层中的孔隙对涂层隔热性能及热应力状态的影响。结果表明:在利用椭圆来表征涂层中不同形貌的孔隙时,椭圆形孔隙的短轴与长轴之比越小,即孔隙面积越小,则涂层的隔热效果越差;当孔隙面积相同时,孔隙的细长化有利于提高隔热效果;孔隙位置不影响涂层的隔热效果;在一定范围内,孔隙的位置越靠近涂层表面或界面,对其表面或界面的残余应力影响越大,涂层越容易失效;靠近涂层表面或界面的孔隙形貌变化不影响涂层表面与界面处的残余应力分布。     

抽油机曲柄销的接触强度分析

计算了在极限弯矩作用下曲柄销紧固螺栓上的预紧力,根据各载荷的影响,利用理论计算的方法得到了曲柄销锥面上的应力分布情况.同时在有限元分析软件ANSYS中建立了抽油机曲柄销、锥套、曲柄体和螺母垫片、紧固螺母的实体装配模型,并在ANSYS软件中进行了接触分析,得到了各实体的应力分布情况.将两者对比分析,有限元计算的结果与理论力学模型计算结果相吻合.根据此结果对曲柄销的转动力矩进行了计算,分析了曲柄销出现转动的原因.     

方舱轴流风机机罩降噪研究

以某方舱用轴流风机为研究对象,结合计算流体力学(CFD)和计算气动声学(CAA)理论,运用大涡模拟(LES)法进行了非定常分析,通过FW-H模型分析风机的远场气动噪声特性。风机气动噪声在基频及其高次谐波处出现离散峰值,宽频噪声部分随频率增加逐渐降低且趋于平缓。运用宽频噪声模型得到风机罩表面偶极子噪声分布,分析风机罩安装距离对噪声的影响。随着风机罩安装距离的增加,风机罩表面偶极子噪声显著降低。数值模拟结果表明:风机安装原风机罩使噪声总声压级从47. 7 dB提升到60. 8 dB。将风机罩出风口设置为环形并适当加大核心区域出风面积,可将噪声总声压级从60. 8 d B降低到56. 7 dB。     

下游塔架对水平轴风力机叶片气动负荷的作用

为了研究水平轴风力机叶轮与下游塔架之间的动静干涉作用,并将二者的相互作用简化为二维翼型与后置圆柱之间的气动干涉,通过数值模拟的方法分析了在翼型尾缘下游不同位置处放置的圆柱对叶片载荷的影响.研究结果表明,下游塔架对叶片载荷的影响主要与塔架直径和二者的相对位置有关.当叶片掠过圆柱塔架时,翼型上下表面的流速分布产生了明显的改变,进而造成气动载荷发生显著的变化,其变化幅度可以达到定常计算情况下的50%.该工作对风力机叶片的周期气动力疲劳寿命的评估提供了参考.     

外后视镜镜壳造型对气动噪声影响研究

外后视镜是前侧窗区域的主要气动噪声源,为研究气动噪声产生机理,采用Realizable k-ε和大涡模拟(LES)对3种外后视镜模型进行气动噪声数值仿真。通过风洞试验和仿真结果对比发现,1/3倍频程A计权声压级曲线吻合较好,验证了仿真结果的可靠性。通过数值仿真得到后视镜-A柱区域流场分布和声压级频谱图,对比分析流场分布云图和声压级频谱曲线,结果表明:模型2的镜壳结构改善了外后视镜尾部流场分布,与原模型相比,模型2尾部涡流尺度更小,涡流中心远离侧窗表面,更有利于降低气动噪声,最大降幅达到9.3 d B。     

车用螺旋型水道永磁同步电机温升特性

为了解决车用单向螺旋型水道永磁同步电机局部温度过高,提出一种对流双水道冷却模型。基于传热学和流体力学,采用磁热耦合法对某额定功率为38 kW的单水道水冷永磁同步电机进行电磁场与温度场的仿真计算,得到了电机各位置温升分布情况;再将仿真计算结果与台架温升试验测试结果对比分析,相对误差为3%,验证了仿真计算方法的准确性;最后,在原有样机模型基础上建立对流双水道与单水道模型,将2种模型的温升仿真对比分析。结果表明:对流双水道电机模型在38 kW、4 000 r/min运转时绕组端部最高温度降低5.3%,在74kW、10 000 r/min运转时间增加6.6%。     

空间谱估计测向实验系统

空间谱估汁测向具有许多优异的性能，已得到理论分析和大量计算机模拟结果的支持。本文简要介绍一种空间谱估计测向实验系统的情况，包括测向原理、系统组成、关键技术问题分析和外场试验情况及试验结果等。实验表明，这种新型测向系统的确具有优异的性能和良好的工程实验前景。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

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。     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅰ)理论分析

应用圆柱薄壳线性理论给出了波箔单波刚度的计算公式;由弹性体变形理论导出了波箔总刚度的计算公式;根据弹性流体动力润滑的概念,获得了适用于波箔轴承的总体雷诺方程;设定了波箔轴承的边界条件。文中还应用有限差分法对几种不同参数的径向波箔轴承进行了静态性能的计算,得到了压力分布、承载能力、偏位角和摩擦力矩的变化曲线。理论计算与试验结果基本相符。     

冷却风机性能试验的仿真计算方法研究

针对冷却风机在设计优化过程中存在试验成本高和效率低等缺点，课题组提出了基于CFD的风机性能试验仿真方法。冷却风机性能试验仿真以CATIA建模软件和FLUENT流体仿真软件为基础，通过CFD计算，实现对冷却风机气动性能参数的分析与研究。仿真的湍流模型采用RNG κ ε模型，旋转模型采用MRF多重参考坐标系模型，求解方法选用SIMPLE算法。通过仿真数据与试验数据的对比，得出各性能参数的仿真误差均在9%以下，仿真精度在可接受范围内。研究结果表明：冷却风机性能试验仿真的条件设置和计算方法可以满足一般工程应用；仿真模型具有一定的应用价值，可以利用其研究冷却风机的气动性能。     

低型损叶栅气动设计方法

从改进气动负荷分布和边界层特性着手，研制了一套可供叶栅的优化设计与改型的计算方法与程序，本方法充分考虑到工程设计的要求，在优化过程中避免采用过多的数学手段，而注重气动分析对叶片设计的指导作用，叶片造型计算由正、反问题交替迭代进行，具有良好的可靠性和直观性。实例计算取得了满意的结果。     

压裂泵柱塞密封副有限元分析

用有限单元法对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析,获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1.23。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据,同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据     

地铁车辆牵引变流器的噪声测试及仿真分析

针对某地铁车辆牵引变流器噪声超标问题,通过开展噪声测试获得牵引变流器在不同工况下的噪声频谱特性,基于统计能量分析法建立牵引变流器的噪声仿真模型,分析子系统的能量分布和不同测点的声功率级,并提出加附吸声材料的优化方案。结果表明,风机通过频率及其产生的气动噪声是构成牵引变流器噪声的主要来源;柜体6个面中,靠近出风口的底面噪声最大,其次为靠近进风口的顶面噪声;与测试结果相比,基于统计能量分析法的噪声仿真误差在3%以内,噪声仿真在中高频具有较高的精确度;采取加附吸声材料的优化方案,可降低声功率3.7 dB(A),达到主机厂的噪声指标要求。噪声测试与仿真分析的方法可为牵引变流器产品的噪声性能优化设计提供指导。     

稀疏软性磨粒流的磨粒群分布及其动力学特性研究

利用CFD技术和PIV测量研究了结构化表面约束流道内的流场和磨粒群分布。基于液 固两相流体耦合理论,利用欧拉 拉格朗日模型中的DPM模型和标准κ ε湍流模型对V型纹理矩形截面流道内颗粒运动进行了数值模拟,计算了流场中的湍流性能等参数。结果表明：V型纹理矩形截面约束流道内磨粒群的分布总体均匀,各速度矢量紊乱无序,靠近底部壁面区域颗粒相对比较密集,这些都有利于磨粒对壁面的微力微量切削。     

淹没水射流锥形喷嘴的计算分析与试验比较

应用面元法对淹没水射流锥形喷嘴流动特性进行了简要的计算,并结合试验结果作了分析与比较,指出分析不同结构喷嘴内部及射流区域内的压力系数分布,可以得出喷嘴的收缩角α及圆柱段Ｌ与喷嘴冲蚀性能之间的关系,为对喷嘴的进一步研究提供了理论指导。     

轴承与壳体压装工艺动力源的选型研究

为了探究轴承与壳体压装过程中压机的选型问题，课题组基于弹性力学理论对压装力的大小进行理论计算，采用Inventor三维软件建立壳体和轴承三维模型，应用Workbench软件进行压装过程仿真，得出了过盈装配应力应变情况以及轴承、壳体装配时压装力 位移曲线关系。通过伺服压机的压装试验，分析并验证轴承壳体压装力和位移的理论关系以及压装力 位移曲线实时变化规律。研究结果表明：压装过程中力的理论计算和仿真分析可计算出最大压装力，根据最大压装力的大小和压装性能要求来确定压机型号；根据确定的方案进行工艺试验，并将试验结果与理论分析进行对比，验证了方案的可行性及准确性。分析结果可为轴承壳体压装动力源的选型提供参考。     

可变面积仿生尾鳍设计及推力分析

为提高尾鳍摆动推进仿生机器鱼游动时的推力，设计了一种可变面积仿生尾鳍。建立尾鳍三维运动学模型，利用有限体积法对模型及计算区域进行离散，使用非耦合隐式求解器求解非定常不可压缩N S方程和连续性方程；采用在尾鳍表面设置漏空区域方法，研究了相同运动学参数下，尾鳍漏空区域的形状、位置和大小等参数对推力的影响，重点对比分析固定面积与变面积推力的变化。结果表明：适时改变尾鳍面积有利于提高尾鳍摆动推进力，在给定研究条件可提高20%至25%推进力；从尾鳍表面压力和周围区域流体迹线分布情况，结合尾鳍不同切面涡结构，揭示了试验结果的内在原理。该研究成果为优化尾鳍摆动推进的仿生机器鱼设计提供了参考。