摘要：针对核电钠冷快堆钠-空气热交换器风阀在高温工作环境下存在的叶片卡涩现象和阀体强度失效问题,设计了一种双叶片钠冷快堆钠-空气热交换器风阀。利用流热固耦合方法对该风阀在不同开度下的流场流动特性、阀体温度分布、阀体变形及应力情况进行了研究。结果表明:①风阀在开度45°以下时,流体通过风阀前后会产生明显的速度梯度和压力梯度;②局部温差越大的区域热应力值越大,最大应力为206.94 MPa,出现在框架侧密封板边缘处,最大应力值符合材料强度要求;③阀体变形及应力主要为受热引起的热变形和热应力,风阀最大变形量为3.3368 mm且框架变形量在各个方向均大于叶片变形量,新设计的风阀不会产生叶片卡涩现象。

摘要：针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题,采用ANSYS流热固耦合方法,对叶片进行三维有限元仿真计算,提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热、瞬态温度场、转速的影响,计算出叶片运行过程中的应力分布,确定产生裂纹的原因是启动过程中部分进气的气流冲击应力过高,且叶片型底前缘应力集中区域的高周疲劳安全系数过低。对改型设计方案进行仿真计算,结果表明:稳态综合加载时改型方案叶片最大等效应力比原模型下降了2 MPa,位置是叶片的型底背弧处;启动0.35 s时改进模型叶片最大等效应力下降2.73%,停机过程中最大等效应力降幅为0.53%;改型方案叶片高周疲劳安全系数均大于1.4的要求,叶片低周疲劳循环次数为22次,与原始模型相比降低了1次,仍满足要求。改型后发动机已安全飞行数次,证明改型方案符合设计要求。

摘要：为了判断弹射动力系统燃气发生器工作的安全性,需要预示工作过程中燃气发生器壳体的力学响应。基于软件CFX和ANSYS,建立了燃气发生器复合结构流热固耦合仿真模型。对燃气发生器内流场和结构温度场进行流热耦合计算,并将壳体温度场计算结果与试验数据进行对比,再将算得的燃气压强分布与结构温度场分布导入ANSYS以计算结构的力学响应。计算结果表明,燃气发生器工作过程中,直筒段最高温度点位于直筒段与后封头连接的绝热层缝隙处,后封头最高温度点位于后封头与喉衬配合部位的上游端。结构最高温度值仅354K,说明热防护良好;直筒段和后封头壳体主体区域应力安全系数>3,满足设计要求,而在法兰附近圆角过渡处外壁存在应力集中,最大应力处安全系数降为1.13,燃气发生器壳体仍处于安全状态,但存在安全裕度显著降低的风险。

摘要：比例方向阀是液压系统的基础元件,其性能直接影响系统的整体稳定性。为防止在阀的使用过程中,节流温升导致阀芯发热膨胀,从而出现阀芯卡紧等现象。针对先导式比例方向阀进行流热固耦合仿真分析,对阀的热变形情况进行探究:建立先导式比例方向阀的固体三维模型和流场模型,采用基于CFD的流热固耦合仿真分析方法,分析节流温升使油液温度升高进而导致阀芯阀体变形这一现象,得到阀芯在一定开口、不同压差下,阀芯与阀体的温度场分布和变形情况。为先导式比例方向阀的结构设计或改进提供参考依据。

摘要：为获得螺杆压缩机转子的轻量化结构,采用有限元技术与拓扑优化理论相结合的方法,对压缩机转子进行了优化设计,并在拓扑优化结果的基础上对螺杆转子重新建模,最后对优化后的模型进行仿真验证。结果表明,优化建模后的螺杆转子质量降低了20.45%;优化后的螺杆转子固有频率整体高于优化前螺杆转子的固有频率;优化后阳转子与阴转子最大变形量之和小于齿间间隙(0.5 mm),且不发生干涉,优化后螺杆转子应力最大值小于优化前螺杆转子应力最大值。综合验证,优化后的螺杆转子满足设计要求,研究结果可为空心螺杆转子设计和改进提供参考。

摘要：采用共轭换热分析方法,实现了C3X型高温叶片的流热固耦合分析,计算结果与实验数据的比较验证了数值方法的可靠性。结合自适应多目标差分进化算法、多目标概念的约束处理方法和三维叶栅自动参数化造型方法,自主开发了适用于高温叶片的自动多目标多学科优化设计平台。以C3X型叶片为参考叶片,选择总压恢复系数最大和叶片最高温度最低为目标进行优化设计。优化后获得了21个Pareto解。详细气热分析表明优化设计得到的叶片性能明显优于参考叶片,验证了所建立的高温叶片多学科设计平台的有效性。

摘要：以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,基于相似模化原理建立了蒸汽发生器简化物理模型。采用两流体模型及热弹性力学基本关系式分别描述气液两相流沸腾相变过程和热应力变化规律。利用CFX对一、二回路侧流体流动传热及与传热管的耦合换热过程进行了数值模拟,并在ANSYS WORKBENCH中实现了流体温度场载荷向结构的传递,进而对传热管进行稳态热分析和热应力分析。计算结果表明:二回路出口质量含汽率为24.5%,冷却剂出口温度为296.2℃,均与大亚湾蒸汽发生器实际运行参数相符;传热管热应力与其壁面温差分布一致,且沿壁厚方向先减小后增大,并存在中性层,传热管最大热应力为54.5MPa。研究结果为蒸汽发生器的优化设计及安全运行提供了一定的理论支撑。

摘要：在中国大学生电动方程式汽车大赛中,需要车手进行多次制动,制动系统的抗热衰退能力直接影响赛车的稳定性和车手的生命安全。以大赛规则为背景设计了制动盘,通过有限元软件ANSYS对制动盘进行拓扑优化;建立多物理场耦合模型,并对制动盘的温度场进行仿真分析。结果表明:在赛车紧急制动时,摩擦块与制动盘表面接触产生局部高温,最高温度为190.6℃且高温区呈条带状分布;优化后的制动盘,其最高温度较旧方案降低11.1%,质量降低19.08%。

摘要：为验证和指导高速飞行器的防隔热设计,准确地模拟气动热产生的热量穿透防隔热材料进而影响舱内温度空间分布和时间变化的过程,研究了一种同时求解机体外流场及气动热、机体结构传热及舱内流场温度场仿真计算方法,其中的传热方式包括热传导、热对流及热辐射。采用两套计算模型、两种求解器、一个数据交换文件的计算结构,构建了一种针对流场-热-结构的多场耦合分析方法,实现了对固体隔绝内外流场温度动态变化问题的仿真分析。最后通过计算实例验证了整套计算方法,得到的飞行器舱内温度变化特性能够用于指导高速飞行器的防隔热设计。

摘要：发动机排气歧管运行在高低温交变载荷下局部存在热应力集中引起塑性形变,易产生疲劳破坏,影响使用寿命。运用ANSYS workbench模块对排气歧管进行了流热固耦合性能分析,通过对高温高压废气流动模拟得出排气歧管的管道流场、应力场和温度场,确定了排气歧管塑性形变集中位置,验证了排气歧管设计,同时对排气歧管结构性能进行了分析。