基于一维模拟的排气歧管流固耦合瞬态热管理

由于高温高压气体的流动冲击,发动机排气歧管会产生较大的温度梯度并承受较大的热应力。以热应力和应变为目标,该研究对某车型发动机排气歧管进行优化。首先对一维发动机进行建模和计算,利用流固耦合方法计算排气歧管的温度场,并做了网格无关性的验证。将结果作为热负荷,计算排气歧管的热疲劳参数并以热应力和热变形为目标对该排气歧管进行改进。结果表明:改进后的排气歧管热应力和热变形明显降低,其中最大热应力减小了21MPa,降幅为8. 5%;热应变减小了0. 07 mm,占4%,疲劳寿命提高了约1 100次。该研究为车辆发动机排气歧管的设计和优化提供了一种有效的方法,具有参考意义。     

流—固耦合问题边界元—有限元耦合方法分析

利用边界元－有限元耦合方法对流－固耦合振动问题进行了分析，假设流体控制方程为Ｌａｐｌａｃｅ方程，利用非连续边界元对流体域进行离散，从而有铲地解决了边界元分析中的“角点效应”问题。固体以平面梁为模型，采用有限元进行离散，对非连续边界元和有限元的耦合问题进行了分析，通过对悬臂梁在一侧受液体作用时的瞬态响应分析的数值解同解析解的比较，表明了本文所给方法的有效性，同时为利用边界元－有限元耦合方法对流－固耦     

三通道同心套管导热与对流耦合换热的数值模拟

采用整体求解法对常物性的冷、热流体在三通道同心套管中层流逆流流动时的导热与对流耦合传热问题，进行了数值模拟．结果表明，3个通道除各自的入口段局部努塞尔数Nu沿通道变化外，其后均为充分发展段，局部Nu保持不变，且通道内侧的换热比外侧好．固体与流体的导热系数之比λsf对耦合换热产生影响，耦合情况下的Nu比均匀热流边界条件下的Nu要小，随λsf的减小，固壁内的导热对Nu的影响加大．     

考虑岩体劣化的应变软化模型及围岩稳定性数值模拟分析

在地下工程中,岩体在峰后一般会产生一定的应变软化转变,因而基于理想弹塑性模型进行分析时,所得结果无法对实测值进行良好的解释.本文采用峰后应变软化模型和岩体弹性模量劣化方法,研究了塑性区范围随支护压力的变化规律,采用三维快速拉格朗日有限差分法软件FLAC3D,分析了采用理想弹塑性模型,基于Mohr-Coulomb常规软化模型、考虑隧道岩体劣化的硬岩岩体应变软化模型,三种模型下的围岩径向和环向应力及收敛位移随围岩深度分布情况,为隧洞的支护提供合理的依据.     

一种考虑纵向导热效应的修正瞬变法

紧凑换热面放热性能的测定,一般难以用常规的测量壁温的方法进行。“瞬变法”是一种有效的不需要测量壁温的非稳态试验方法。本文用有限差分法求得了既考虑固体纵向导热效应,流体进口温度又为实测指数函数的数值解,作为瞬变法配比时的理论基准。计算结果表明,当NTU>1,λ_lNTU>0.1时,须要考虑固体纵向导热的影响;否则由此引起的误差,将随NTU数的增大而急剧增大。当NTU≤1时,不考虑固体纵向导热影响,不会使结果产生可见的误差。本文还对这种瞬变法进行了误差分析,给出了由于测温误差而引起的NTU相对误差的放大因子。作者用这种瞬变法测定了三种换热面的放热性能。实验结果与现有的数据比较,结果是令人满意的。     

基于有限元模拟的换热管与折流板碰撞研究

为了研究换热管与折流板的碰撞特性,基于漩涡脱落原理,建立了换热管振动的简化模型,并利用ANSYS非线性瞬态分析,研究简化模型分别在不同的间隙、流体力下换热管与折流板碰撞力随时间的变化规律。结果表明：当流体力偏大时,间隙越大,碰撞力越大;当流体力偏小时,间隙越大碰撞力越小。流体力越大,换热管与折流板之间的碰撞力 越大,但增长速率随流体力的增大而减小。     

考虑流固耦合的矩形渡槽动力分析

针对大型矩形渡槽的动力分析问题,建立流固耦合（FSI）系统的位移-压力（ui,p）有限元格式,固体域以位移为自由度,流体域以压力为自由度,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI的（ui,p）格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学计算模型,采用模态分析法和拟静力法分别求解6种水深（空槽、1/4水深、半槽水深、3/4水深、设计水深、满槽水深）下渡槽的动力特性和动力响应.计算结果表明,基于FSI系统的（ui,p）格式,考虑了槽体与水体的相互作用,提高了计算精度,同时也得出不同水深下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律.     

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.     

基于LTNE的饱和多孔介质THMC耦合模型数值研究

为探究多孔材料中流体流动和温度变化，课题组对溶质和溶剂在孔隙内发生的多物理场耦合问题进行研究。首先，基于局部热非平衡理论（LTNE），分析发生的THMC耦合反应，推导出其控制方程组；其次，将其物理模型简化为内含圆孔无限大平面，通过COMSOL Multiphysics软件，选用一维轴对称坐标系模拟仿真，研究多孔介质应力、孔隙流体压力、溶质摩尔分数和流固体温度分布规律；最后，分析各物理场参数影响。结果表明：随时间增加，各因变量峰值和谷值逐渐沿径向伸展，各物理场之间相互影响愈加深远；反应过程中需衡量参数取值。该研究既可为相关实验和解析方法提供参考，也可直接应用于实际工程中，有助于深入了解饱和多孔介质热流固化完全耦合行为。     

基于CFD的某发动机冷却水套流场分析及结构优化

为避免某摩托车车用发动机耐久性试验过程出现发动机气缸盖排气鼻梁区因冷却不足产生热疲劳而开裂的问题,以某发动机冷却水套为研究对象,采用流体仿真软件STARCCM+对该发动机冷却水套进行CFD流场分析,通过对原冷却水套结构的缸体水套流速分布、缸头水套流速分布、缸孔流动路径分析,发现缸头水套排气侧区域速度较小,流量分配不合理,进排气鼻梁区存在流动死区,原水套结构设计存在不足之处。针对此问题,通过局部调整缸头水套结构、缸垫分水孔布局及大小等参数对水套进行优化设计。仿真结果表明:优化设计后的冷却水套整体流速分布得到明显的改善,缸头水套鼻梁区流速及换热系数明显提升,换热系数满足高温区域需大于5 000 W/(m~2·K)的设计要求,整体水套水流分配更加均匀,流动死区面积减小。该研究可为冷却水套的设计优化提供仿真数据支撑。     

微燃气轮机环型回热器数值模拟及实验研究

基于层流的假设运用计算流体动力学方法对微型燃气轮机环型回热器交错波纹原表面通道两侧流体耦合换热与流动特性进行数值模拟及实验研究.结果表明,数值计算结果和实验结果之间的误差在允许的范围内.在此基础上,通过改变通道结构进一步研究其传热及流动特性,为回热器设计提供参考.     

挤压变形AM30镁合金的循环变形行为

为了深入理解挤压变形AM30镁合金在低周疲劳加载条件下的循环应力响应行为和循环应力-应变行为,针对挤压态以及经过固溶处理和固溶+时效处理的挤压变形AM30镁合金进行了应变控制的室温疲劳试验.结果表明,不同加工处理状态的挤压变形AM30镁合金在疲劳变形期间可呈现循环应变硬化和稳定的循环应力响应行为;不同加工处理状态的挤压变形AM30镁合金的循环应力幅与塑性应变幅之间呈线性关系,且固溶处理和固溶+时效处理均可提高挤压变形AM30镁合金的循环强度系数和循环应变硬化指数;在较高的外加总应变幅下,不同加工处理状态的挤压变形AM30镁合金均表现出典型的拉-压不对称循环变形行为.     

发动机进气歧管对进气系统声品质的影响

发动机进气系统是动力总成的关键组成部分,其声品质对动力总成的声品质具有重要的影响。进气歧管的结构对调节进气系统的声品质具有至关重要的作用。利用GEM-3D软件和GT-POWER软件相结合,对某直列四缸汽油机进行了仿真,采集了虚拟发动机进气噪声,通过GT-POST对2种不同进气歧管所形成的发动机进气噪声的声品质进行分析,总结出一般规律:中心进气歧管的发动机进气噪声听觉舒适感更佳,旁支进气歧管的发动机进气噪声听觉运动感更强。为发动机进气系统的设计与开发提供了理论支持。     

基于湍流自旋理论的二维方腔旋转流动的数值模拟

基于湍流自旋理论对旋转方腔内不可压流体的流动进行了二维数值模拟,用有限容积法在交叉网格上对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法进行计算,对流项的离散方面采用了延迟修正的QUICK格式,最后采用二维的TDMA算法进行迭代求解,并对边界条件处理采用了Block块技术.同时与经典理论即Navier-Stokes（N-S）方程的模拟情况做了比较.得出下列结论：N-S方程表明方腔旋转时内部流体只会作刚体旋转;而自旋模型表明该类流动具有不平凡性和不稳定性：即流体的内聚力不足以使流体跟随固体边界作刚体运动,旋转边界必然在流体中诱导出小尺度耗散涡旋,这些小尺度涡旋在固壁附近组织出正负相间的拓扑缺陷（涡旋场强）,这一流体定向奇性会与速度场耦合,并容易形成复杂的大尺度的涡旋运动.     

换热管弹性结构振动传递函数的建立

为了解决换热管振动的建模问题,提出了一种基于有限元分析的弹性振动传递函数建模方法。首先建立能准确 反映换热管动力学特性的有限元模型,然后根据输入参数和辨识算法类型的不同,分别从时域和频域进行传递函数建 模,其中时域辨识建模以PRBS信号的瞬态响应结果为辨识数据进行时域参数辨识,频域辨识建模以换热管的频响函数 为辨识数据进行频域参数辨识。将有限元分析结果与时域和频域内传递函数计算结果进行对比,发现误差较小。该方 法具有可行性和有效性。     

变制冷剂流量制冷循环性能与气液两相流流型的研究

实验应用流动显示方法,发现变制冷剂流量制冷循环的蒸发器入口(也是膨胀阀出口)的制冷剂流动存在两类不同的气液两相流流型--液气分相流和泡气分相流,并且存在流型转变的过渡区域.在不同的气液两相流流型时,变制冷剂流量制冷循环的制冷量、过热度、排气温度等性能截然不同,在流型转变的过渡区域,制冷循环处于波动之中.     

一种用于循环程序形式化验证的划分归纳方法

为了提高软件的可靠性,人们一直在形式化验证和软件测试两个方面进行不懈的努力。本文利用划分测试中的自动分割替代技术,针对循环程序的输入域,提出了一种划分算法,并在此算法的结果上建立一种划分归纳方法,它能简化循环程序的形式化验证过程。     

空气冷却器单管动力特性与数值模拟研究

为研究空气冷却器换热管的振动特性,将内部充满液体的单根换热管作为研究对象,基于流固耦合方法,借助有限元分析软件ANSYS模拟单根换热管在支撑板约束条件下的动力特性,改变支撑板个数及厚度,分析不同结构参数对换热管共振频率的影响。结果表明：同一换热管上设置支撑板数越多,其固有频率越高;跨管数为m的换热管每2m阶固有频率形成一个频率带;支撑板厚度对高阶固有频率及支撑板数较多的换热管固有频率影响较大。因此,可以通过设置支撑板个数及厚度等参数来提高换热管固有频率,降低设备出现故障的几率。     

基于ABAQUS的铝合金超声冲击处理有限元模拟

为了探究超声冲击处理对7A52铝合金材料应力应变的影响,采用有限元分析软件AQAQUS建立了7A52铝合金的超声冲击处理模型,旨在探讨7A52铝合金材料模型中应变率以及超声冲击次数对应力、应变的影响规律。结果表明:材料的应变率和超声冲击次数均会影响应力应变;随着冲击次数的增加,x方向的压应力会增大,且其压应力值存在的深度范围会增大;冲击次数对z方向应力的影响比x方向应力的影响要大;随着冲击次数的增加,沿试板冲击深度方向的等效塑性应变值也会增大,且其最大值位于距离试板冲击表面一定深度范围内;材料在高应变率变形条件下,应变率对等效塑性应变有较大的影响;无论是否考虑应变率的影响,冲击次数对z方向应力的影响都很显著,随着冲击次数的增加,其z方向的应力显著增大,且在相同冲击次数下,冲击点处的z方向应力不考虑应变率影响比考虑应变率影响的数值要大很多。     

基于耦合计算的气体轴承-转子系统的动态特性研究

为探究转子运动与轴承特性的非线性对气体轴承-转子系统的影响规律,提高系统特性的计算精度,针对气体轴承-转子系统建立三维模型,将流体动力学与转子动力学结合,通过数值模拟对系统进行双向流固耦合分析。分别使用Fluent模块和Transient Structural模块对系统的流体场和固体场进行瞬态的耦合计算,并通过ANSYS中的System Coupling模块将流体动力学与转子动力学仿真结果进行双向数据交换。研究分析了特定供气压力时,不同阶跃负载及转速条件下的转子非线性运动和轴承特性之间的相互影响,得到了系统特定状态下瞬态响应和稳态响应下的转子轴心轨迹以及不同方向的位移变化曲线。通过时域参数分析得到结论:在一定条件下,提高转速、增加负载会使系统最大超调量降低,提高系统的平稳性,同时减小转子稳态响应下位移波动量,提高系统在稳态响应下的回转精度。