通过考虑轴向柱塞泵配流盘摩擦配副的缸体和配流盘耦合变形,建立了配流副的热流固多场耦合仿真分析模型。用有限元法求解模型中的柱塞流道压力场和温度场以及配副耦合热变形,其结果能够可视化地实时观测在整泵运动过程中两配副表面不同的温度和变形动态分布过程,从而揭示出多因素对其表面油液润滑特性的影响规律,并指出各因素的影响的权重。结果表明:配流副油液的压力和温度与配副两表面的热弹性变形量的具有耦合交互影响,在轴向柱塞泵的配流副高压压油区,由于压力较大,此区域结构变形和温度分布较大。不同工况条件下,压力和转速的提高,会导致结构的应力变形和温度分布成正相比。压力对变形和温度的影响权重均大于60%,明显大于速度的影响,压力对其起着决定性作用。

针对密封端面参数结构选取不当导致密封高速旋转时动静环烧毁的问题,对螺旋槽泵出型动压密封端面参数进行了优化。基于气相流体控制方程,采用了流固热耦合有限元分析方法,考虑动静环变形以及热变形对流体的影响,研究了螺旋角、槽数、槽堰比、槽坝比、槽深等端面参数对开启力、泄漏量、摩擦功耗以及气膜刚度等密封性能的影响,提出了螺旋槽泵出型动压密封设计优化方案;采用试验研究方法,验证了计算模型的准确性;对比了运转前后密封端面微观形貌图,发现试验密封端面几乎无摩擦磨损,验证了密封可行性。研究结果表明螺旋角在15°~20°、槽数在12个~16个、槽堰比在0.5~0.6、槽坝比在0.65~0.75、槽深在7μm^10μm时,密封开启力、气膜刚度较大,泄漏率、摩擦功耗较小,密封综合性能最佳。

核主泵动压轴封在实际运行过程中,摩擦副的力变形、热变形、液膜本身的状态变化等都将直接影响到端面液膜的平衡。本文在考虑动静环组件镶嵌结构的影响及液膜压力、离心力、热载荷的作用下,建立了核主泵流体动压型轴封组件的流固热耦合模型,研究了离心力、介质压力、热载荷对液膜压力的大小及分布、摩擦副端面变形、应力集中趋势等影响,以及运行工况的变化对密封性能的影响。研究结果表明:本文建立的流固热耦合模型及其分析计算可以预测摩擦副端面的变形趋势,揭示密封性能的变化规律;动环组件、静环组件的轴向变形中,介质压力与离心力引起的摩擦副端面变形呈收敛性趋势,热载荷与引起的摩擦副端面变形呈发散性趋势。

高速泵在机械装备制造、化工、采煤等领域应用广泛,市场应用价值大。高速泵在运行过程中泵体内部的叶轮会高速转动,产生较大的热量,加上内部复杂的流动产生的流体力,使得高速泵的机械密封机构受到流固热耦合场的作用,密封机构产生变形,可靠性降低,发生泄漏。为缓解这一问题,本研究提出了一种高速泵机械密封机构降温结构,优化了机械密封机构,提高了设备的稳定性。通过热流固耦合数值模拟方法对优化后的结构进行分析,研究表明:优化后高速泵端面降温达到了8℃左右,降温效果显著。本研究为高速泵用机械密封的改造设计提供了理论支持。

建立了考虑齿变形的非金属迷宫密封泄漏特性流固热耦合数值求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了聚醚醚酮(PEEK)、填充30%碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK-CA30)和铝合金三种材料迷宫密封在不同压比、温度下的流场特性、结构力学特性与泄漏特性,并基于Vermes公式构造了考虑齿变形的非金属迷宫密封泄漏量理论公式。研究结果表明建立的迷宫密封流固热耦合模型可以准确计算非金属密封齿的变形量和变形后的泄漏量。在研究的三种材料中,采用PEEK-CA30材料密封齿的变形量相对较小,占密封齿径向长度的0.35%~0.67%,其密封性能较好,相比于未考虑齿变形密封的泄漏量增加1.2%~6.8%。当温度高于500 K,压比大于3时,采用铝合金材料密封齿的最大等效应力达到材料的屈服极限而引起密封件失效。所构造的泄漏量理论公式能够准确预测考虑齿变形的非金属迷宫密封...

由于多路阀内部流量大、压力高,且流道结构复杂、节流温升大,会造成阀芯发生变形而引起卡滞现象,为此,对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真研究。首先,利用AMESim和UG软件对负载敏感多路阀进行了建模;然后,利用ICEM对流体域及固体域进行了网格划分;最后,采用ANSYS Workbench平台,在不同工况下对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真,分析了不同工况下多路阀流场内流体速度、压力分布、节流温升、气穴气蚀以及阀芯变形的情况。研究结果表明阀芯与油液接触的区域温度受影响较大,而远离油液的区域阀芯温度变化不明显,在油液温度影响下,阀芯上节流槽区域发生膨胀变形,说明节流温升对阀芯的影响主要集中在节流槽附近区域;当主阀口开口度较大,压力补偿器开度较小时,阀内易出现气穴,产生气蚀现象,节流槽处温升非常明显,阀芯变形量较大,容易引起...

分析HDF多路阀结构,利用三维建模软件分别建立流体模型及固体结构模型。结合计算流体力学理论,利用商业CFD软件,通过设置模型参数及边界条件对HDF多路阀流场及阀芯结构场进行解析。对流体解析数据分析,得到滑阀铲斗联速度场、压力场分布情况;对阀芯结构场解析,得到铲斗联阀芯在流固耦合边界条件下的应力应变情况,为液压阀内部特征的预测提供依据。

针对高压大排量径向柱塞泵滑靴副油膜的摩擦与润滑失效问题,在充分考虑油液的弱可压缩性以及黏温、黏压特性基础上,对滑靴副流场及固体域结构展开流固热耦合数值模拟,探讨不同工况对滑靴副油膜的支承特性以及滑靴、定子结构强度变化的影响规律.研究结果表明:随着径向柱塞泵工作压力的升高,滑靴副油膜压力有较大幅度的上升,油膜的速度场与温度场基本不变;随着径向柱塞泵转速的增大,滑靴副油膜内油液的速度及温度均有较大幅度的上升,油膜的压力场基本不变;滑靴的最大变形与应力均出现在滑靴副中心油腔底部的阻尼孔出口边缘,该部位几何结构较薄,且承受中心油腔高压油压力载荷与温度载荷,是整个滑靴结构中强度最薄弱的部分;同时,黏性摩擦产热导致的油膜温升对滑靴副的结构强度有较大影响,也是限制柱塞泵转速提升的一个重要因素.研...

以高温高压核电闸阀为研究对象,分析了流固热三场耦合的原理。数值模拟后得到流体的压力、速度和温度分布,以及闸阀的变形和应力分布。通过对闸阀施加载荷,分析压力和温度对闸阀性能的影响。模拟结果显示,流体在阀座部位产生压力波动,并在底部产生涡流,流体压力能转换成热能。在不限制闸阀整体自由变形的情况下,因热产生的变形较大,因流体压力产生的应力较大,热变形能减小闸阀因流体压力作用而产生的应力。

为了解决由黏性发热引起的液压滑阀卡滞问题,综合液压滑阀结构的流固热耦合解析与多学科优化基础,提出面向液压滑阀卡滞问题的健壮性设计方法.即采取顺序耦合分析方式,在液压滑阀结构流固热耦合下,通过流体有限元获得阀芯变形引起液压滑阀卡滞的敏感因子,且以响应面函数模型表达阀芯变形与敏感因子之间的函数关系;对于外界随机变化因子,应用6σ法则优化可设计因子来减小随机因子对性能的影响,并以蒙特卡罗随机分析方法验证设计后阀芯变形对外界因子随机变化的健壮性.解析实例表明,阀芯结构、滑阀开度、负载流量和介质温度是引起液压滑阀卡滞的敏感性因素,健壮性设计方法在滑阀卡滞多因子复杂设计问题中明显优于传统设计方法.