针对挖掘机多路换向阀开启过程中所受稳态液动力使得操纵力过大的问题,基于ANSYS对阀芯节流槽进行热流固多物理场可视化研究,通过分析半圆形节流槽阀芯下流动状态,提出新型节流槽拓扑结构,并建立Non-Parametric Regression响应面模型,研究新型节流槽结构尺寸对稳态液动力与质量流率的影响。结合多目标遗传算法寻优求解,并对比分析优化前后流动状态及阀芯所受稳态液动力等。结果表明:新型节流槽结构能够降低稳态液动力,有效提高了多路阀开启过程的换向性能。

金属氧化物避雷器在电力系统中应用广泛,但是在其运行过程中,由于环境因素影响,盖板与瓷套间的O形橡胶密封圈可能出现密封失效问题。为提高金属氧化物避雷器密封结构的可靠性,提出了1种具有气压缓冲功能的由2道O形橡胶圈组成的密封结构,在COMSOL有限元分析软件中建立了MOA三维模型以及密封结构简化等效模型,并对典型密封结构以及多级密封结构进行了热–流–固耦合仿真,分析了2种结构的接触应力以及von Mises等效应力。实验结果表明:多级密封结构与典型密封结构的接触应力均大于MOA内部气压,能够实现有效密封;在相同环境条件下,多级密封结构具有气压缓冲功能,von Mises应力比典型密封结构小,且能缓冲因温度变化导致的密封圈应力变化。考虑密封可靠性与结构尺寸等因素;2级密封结构具有结构紧凑、防潮性能好以及冗余度适当等综合优势。

针对自动变速器整体式电液模块先导电磁阀对环境的适应问题,对先导电磁阀主阀芯进行了热流固耦合仿真,对比分析了电磁阀工作时的热生成对主阀芯间隙变形的影响,并据此对阀芯卡滞情况和阀芯摩擦力进行了分析。结果表明,铝合金阀套热变形较大,导致阀芯摩擦力相应增大,当油液中有较大的颗粒物时可能出现卡滞情况,故须对油液污染物进行严格控制。摩擦力分析结果也为电磁阀的动态响应特性分析提供了基础。

针对柱塞泵配流副的温度特性问题,建立了柱塞泵配流副的数学模型,在考虑弹性变形情况下,对柱塞泵配流副温度特性进行了研究。运用Fortran和MATLAB软件对数学模型进行了计算仿真,在油膜压力作用下,计算了配流副的弹性变形分布形态,得到了配流副的热弹流分布;对比了不同工况参数下的油膜温度最高值,分析得出了油膜的油液黏度、缸体转速、缸体倾角、初始油膜厚度、密封带宽度等单一参数对油膜温度特性的影响,并与未加入弹性变形的配流副的温度特性进行了比较;最后通过温度测试的实验,验证了该计算结果的正确性。研究结果表明:在两种不同情况下,油液黏度不同时各工况参数对温度的影响趋势保持一致;在考虑弹性变形的情况下,各工况参数对温度的影响程度不同;该结果可对后续柱塞泵配流副热流固耦合这一研究方向提供理论基础和计算依据。

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明:缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。

针对放气活门在多场作用下的温度分布和变形问题。首先,综合考虑放气活门的内介质和外环境的综合作用,建立放气活门热流固耦合仿真模型,得到放气活门的温度分布气压载荷,对放气活门的温度分布进行分析,得到关键位置的温度分布。然后考虑放气活门的安装约束,将温度和流固交界面上的气压作为初始载荷对放气活门的间隙变形进行重点分析,最终得到放气活门在温度和气压对放气活门变形的作用效果差别,为放气活门结构优化提供指导意义。

建立波纹管机械密封的波纹管-动环-流体膜-静环多体模型,对高温、高压、高速工况下的密封界面进行热流固耦合数值计算与分析,得到密封环在温度场、速度场、压力场等多场耦合影响下的应力和应变规律。在此基础上,分析主轴转速和流体压差对密封环端面温升和热应力变形的影响规律。结果表明:动静环的最大变形在端面的内径处,且变形量由内向外递减;动环端面的温升随密封压力和转轴旋转速度的增大近乎呈直线增加;动环的热应力变形程度随主轴转速和流体压差的增加而增加。

提出一种多孔型多级降压调节阀,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对调节阀的内部流场、压力场进行数值仿真分析,得到该阀的流量特性曲线,通过与标准流量特性对比,可以优化节流孔的配置;同时,仿真得出阀内流场压力分布,证明其降压元件具有良好的降压效果,针对在高温、高压工况下,阀内件的变形规律进行分析,仿真得到阀内件在热流固耦合条件下的变形值,且得到各物理场对阀内件变形的影响程度;仿真得到在热流固耦合条件下,阀塞和套筒配合面间变形后间隙,精准判定阀的工作可靠性,为设计该类调节阀的内套筒与阀塞尺寸公差提供技术支持。

某高速飞行器在超音速飞行中,周围温度和压力会对其结构产生影响,热流固耦合分析可以量化这一影响.由于热流固耦合仿真对象为多物理场,所以流体动力学计算出的物理量导入结构场中需要进行数据传递.文中给出多物理场之间数据传递的推导过程和推导方法,最终实现对流体动力学计算出的数据在结构场中仿真模拟,量化温度场和压力场对结构场的影响.

为获得排盐泵实际工作状态下的结构强度,对泵内部全流场进行多工况定常数值模拟,并基于Workbench平台对泵转动部件进行了单向流固热耦合计算,得到了不同工况下转动部件的温度场、最大等效应力以及应变分布.结果表明,在排盐泵运行中,诱导轮处温度最高,且各工况下最高温度均出现在诱导轮叶片上;排盐泵最大等效应力出现在叶轮出口后盖板与叶片背面交接位置处,且小于自身材料的抗拉强度;在排盐泵叶轮上应变分布比较均匀,呈现中心对称分布,相同半径上的变形值基本相同,但是叶轮出口处,两叶片之间部分盖板的位移量大于相同半径的其他位置.