热流固耦合

摘要： 浸入式直接液冷固体激光器的设计理念自提出以来即受到广泛关注,其增益介质与微通道内冷却介质直接接触进行换热的方式能显著提高传热效果.微通道的结构、流体流动及增益介质热负荷直接影响激光器光程差(OPD),从而影响激光出光质量.基于实际浸入式直接液冷固体激光器操作条件优化的需要,建立二薄片三通道(坐标轴x正方向为双流道流动方向)小型固体激光器冷却系统几何模型,并将热流固耦合方法和OPD计算模型相结合,模拟研究微通道内雷诺数、增益介质热负荷对OPD的影响.模拟结果表明:冷却系统的转捩雷诺数为2600;相同热负荷下,随着微通道内流动雷诺数增大,OPD波峰与波谷的位置向x轴的负方向(单流道流动方向)移动、峰谷值增大;相同雷诺数下,随着增益介质热负荷增大,增益介质热变形程度增大,OPD的波峰与波谷位置不变、峰谷值增大;为保证固体激光器出光质量,当实际热负荷为2000 W要求时,由于增益介质所受最大应力和微通道层流流动的限制,雷诺数应控制在2200～2600范围内;当雷诺数为2300时,由于增益介质所受最大应力的限制,热负荷应控制在2400 W内.建立的热流固耦合并结合OPD计算模型方法,可面向固体激光器的研发与应用,指导实际直接液冷固体激光器操作条件的优化.

摘要： 为研究蒸汽吹扫过程中在阀门关闭时其内部的气液流动情况以及温度场变化状态,使用Ansys/FLUENT软件分析阀门内部的气液两相流和温度场的变化,以此仿真高温蒸汽排水和热传导的过程,并利用热-流-固耦合进一步分析蒸汽吹扫是否会对阀门密封性产生影响,从而探究蒸汽吹扫在解决阀门长期水下工作时海生物吸附问题,以及在低温潮湿环境下去除霜冻凝露的可行性。

摘要： 为满足常规机床超低温内冷式改造需求,设计了超低温内冷式刀柄,提出了内层旋转、外层静止的刀柄双层构型思路,分析了刀柄的传热过程及强度可靠性并进行了结构优化,利用热流固耦合数值模拟验证了刀柄的温度场、整体形变与强度。在此基础上,研制出超低温内冷式刀柄一套,开展了几何精度与热平衡温度测试。研究结果表明:刀柄隔热性能良好,且在稳定工作状态下可保持较高的几何精度,可满足常规机床的超低温内冷式加工需求,为超低温清洁切削技术的深入研究奠定了基础。

摘要： 针对传统的螺旋槽型不能满足旋转设备反向运转的密封要求的问题,根据双向槽型机械密封结构特点,提出一种双向连通槽型,通过建立热流固耦合模型,确立传热边界条件,采用ANSYS Workbench对几何模型进行单向耦合计算,讨论密封环在转速、压力作用下热变形规律。结果表明:双向连通槽泄漏量整体比螺旋槽型泄漏量小,且双向连通槽由于具有双向密封的结构,当设备反向旋转时,可以有效地阻止密封介质的泄漏;密封环热变形最大值位于密封坝区,槽区热变形最小,密封环轴向热变形由上向下逐级递减,表明在机械密封运行过程中,动静环密封端面是主要受力部位;随着转速、压力的增大,动静密封环总变形量呈递增的趋势,但静环总变形量增幅大于动环变形量增幅;转速是影响密封环温度变化的主要原因。

摘要： 超临界CO_(2)压裂具有降低起裂压力、低伤害等特点,并兼顾温室气体埋存等优势,在非常规油气资源的开发中具有广阔的应用前景。为弄清超临界CO_(2)侵入条件下的储层起裂机制,基于岩石的拉伸破坏机理,考虑CO_(2)侵入地层引起的近井地层温度和孔隙压力变化对储层岩石切向应力的影响,建立了热流固耦合的超临界CO_(2)压裂起裂压力模型,并应用致密气井超临界CO_(2)压裂现场数据进行了模型验证。结果表明:超临界CO_(2)压裂可显著降低起裂压力,且起裂压力随着排量增大而降低;井底压力的波及速度高于井底温度,排量对波及速度影响不大;切向应力最小值位于井壁处,地层温度和孔隙压力引起的井壁切向应力方向相反,前者大于后者;泊松比增大、弹性模量增大、井底温度降低均可使储层起裂压力降低。

摘要： 以T型管道内冷热流体交混的上游区管壁及流体为研究对象,研究冷热流体交混对管道力学性能影响和传热机理变化。采用有限元法建立热-流-固耦合仿真模型,对不同压力负载、温度负载及耦合作用下T型管中冷热流体交混过程进行数值模拟。结果表明,冷热流体混合初期,在冷热流体交混区下游产生最大热应力之前,管道接口处上游区已产生700 MPa以上的热应力;热混合层不完全填充整个下游区管道;冷流体受到热流体的快速冲击产生一簇完整周期的漩涡。由此可知,最大等效应力受温度负载和压力负载同时影响,但耦合作用下产生的最大等效应力与各负载单独作用产生的应力之和呈非线性关系,计算热应力必须考虑耦合作用的影响。

摘要： 油气藏开发中地层压力和地层温度的改变导致储层岩石力学性质变化,造成岩石变形,进而影响到流体渗流,温度变化、岩石变形和流体渗流同时发生且三者间存在着耦合关系,因此研究热—流—固耦合作用对于油气藏开发至关重要。从油气藏热—流—固耦合的数学模型、数值模拟及工程应用等方面进行阐述,系统总结了热—流—固耦合理论及其在油气藏领域的应用,结合当前油气藏开发技术需求,提出了深层致密非常规油气藏热—流—固耦合理论的研究重点,并对其未来发展方向进行了展望。

摘要： 建立带有矩形微观织构配流盘的配流副数学模型,运用有限差分法求解极坐标下的Reynolds方程和能量方程,通过松弛迭代法得到符合精度要求的离散数值解,并将数值解导入MATLAB做出油膜压力云图、温度云图和弹性变形云图。最后改变矩形织构的参数得到配流副的润滑特性值,对比结果发现:织构的边长越大,润滑效果越好,但是不同的边长对应的最佳织构深度并不同。

摘要： 机械密封的性能对海洋核心设备海底混输泵的热控效率以及稳定运行有着重要影响。针对混输泵工作状态与机械密封服役环境,建立密封环-液膜多体结构三维模型,考虑热效应、力效应和流体效应等多场协同作用,利用热流固耦合数值仿真技术,研究密封环-液膜多体结构在模拟实际工况下的性能变化规律,得到密封环-液膜多体结构在不同工况下的润滑特性、力学特性以及温度特性。结果表明:在密封环-液膜的多体结构中,密封环最大变形量和最高温度都出现在螺旋槽区域;随转速和压力的增加密封开启力和泄漏量增加,但转速的影响明显大于压力;压力对应力的影响明显大于转速,特别是在压力超过6 MPa后密封端面的接触压力较为不均匀;由于对流换热和气流黏性剪切影响,转速对密封端面温度影响大于压力,尤其在500 r/min低转速区域,密封环-液膜结构的温度突破了75°C,不同径向位置温度差异性也十分明显,对机械密封会造成损伤。

摘要： 利用Fluent软件对偏导射流伺服阀前置级流场进行三维数值模拟,对衔铁组件进行热流固耦合仿真模拟,根据模拟结果分析了入口油温不同时,左右接收腔压力、前置级液动力、黏性热效应以及各组件尺寸的变化情况。通过对比不同入口油温下流场的压力分布,发现温度升高会引起左右接收腔压力升高;左右接收腔压差随温度变化的曲线表明,前置级受到温度变化的作用后驱动性能有显著波动;基于仿真数据得到前置级横向液动力,表明温度升高会引起横向液动力的增大;流场温度分布表明,油液从入口到出口温度平均升高了约20.5°C;热流固耦合分析表明,反馈杆偏转板进出口面油液压差主要引起反馈杆弯曲变形,入口油液温度升高主要引起偏转板膨胀变形。

摘要： 采用热流固耦合数值仿真方法对固体火箭发动机工作过程中出现的天地不一致性不稳定问题开展研究,重点关注飞行过程中发动机外部热载荷对发动机结构振动响应的影响.对不同壳体温度下的发动机结构振动模态进行分析,获得发动机结构固有振动频率随工作阶段变化的规律,并与内流场声腔模态进行对比.研究发现,气动热载荷作用会导致发动机结构的各阶振动频率下降,引发发动机结构的二阶弯曲频率与声腔的一阶振动频率相接近,从而增加了发动机结构与内流场在特定频率下耦合振动的可能性.通过对气动热载荷作用下发动机结构和流场脉冲激励双向流固耦合研究,获得了不同壳体温度下对发动机施加特定触发频率激励后内流场与结构的耦合振动规律,耦合振动将引发燃烧室平均压力不稳定上升,发动机壳体的振动幅值明显增加.论文工作可为自由飞行条件下固体发动机不稳定燃烧的研究提供参考.

摘要： 换热器是现代工业中的重要部件,主要通过冷热流体的交换实现热交换,在ANSYS Workbench环境下对某型号的换热器进行了热流固耦合分析,首先对换热器内部的流体域进行了分析,得到其流体的压力与速度分布结果,然后将流体结果通过系统耦合施加到铜换热管外壁,得到了在工作过程中铜管的变形云图、应力与应变分布云图.对换热器的设计及优化提供了参考借鉴,缩短了新产品的研发周期.

摘要： 为了研究淬火工艺参数对模具冷却性能的影响,借助MPCCI耦合ABAQUS和FLUENT软件,对热成形淬火阶段进行热流固耦合数值模拟,分析模具冷却性能对淬火工艺参数的敏感性.结果表明,增加保压压力虽然造成模具高温滞留时间延长,但能提高模具的冷却速度;低温、高速冷却水对模具淬火过程最高温影响小,但可有效减少模具高温滞留时间,提高模具冷却速度,降低模具淬火后温度;增加淬火时间可有效降低模具淬火后温度,但随着淬火时间的延长,模具冷却能力增长减缓;模具冷却性能对保压压力最敏感,增加保压压力可有效提高模具冷却性能,同时合理降低冷却水温度,增加冷却水流速,适当延长淬火时间有助于增强模具冷却能力.

摘要： 基于结构有限元和流体有限体积求解器,采用具有局部能量守恒的边界插值方法,建立了一种气动加热和结构传热松耦合数值模拟方法.对高超声速飞行器(X-34)头部进行流-固-热耦合数值模拟,验证了方法的可行性.然后考虑材料温度非线性效应,对x-34头部热防护结构防热性能进行数值模拟研究,并对高超声速巡航状态下驻点温度和结构冷却系统功率随热防护层厚度的变化规律进行研究.仿真结果表明热流固耦合数值模拟方法能够给出较为合理的结构热力响应,为复杂热结构防热性能评价提供了一种有效手段.

摘要： 平流层飞艇外部蒙皮作为柔性材质,其整体刚度小,流场与内部气体温度变化会导致浮空器蒙皮结构发生非线性变形.本文将膜结构数学模型与飞艇的热力学模型和外部流场进行耦合建模,借助Ansys Workbench对平流层飞艇定点滞空过程中夜间和正午时刻进行了稳态传热-流动-结构变形耦合分析,揭示了风速、昼夜温度变化对飞艇气囊蒙皮应力与应变的影响.

摘要： 本文针对典型高压GIS设备,提出了加热微水循环氮洗处理方法,设计了GIS环境模拟气室,用于模拟真实GIS各类工况,并对仿真分析结果进行实验验证.构建了热流固多物理场耦合的热力学模型,对GIS模拟气室进行了耦合仿真,计算出GIS模拟气室气体温升及流速;利用微水加热氮洗处理系统,对该GIS模拟气室分别进行了不加热与加热的氮洗干燥处理实验对比.结果表明:GIS气室模型设计有效,仿真计算结果与GIS模拟气室检测结果吻合,微水加热氮洗处理效果明显.

摘要： 通过建立流固耦合传热模型,对着火条件下过流部件的流动传热特性进行数值模拟研究,得到了三维计算域温度场的稳态温度场分布,分析了流动传热的机理,对该过流部件开展了着火验证试验,测量了局部的温度参数.试验与仿真结果的对比表明:采用热流固耦合的建模方法,能有效地预测全温度场的传热特性,热场结构分布合理,且局部温度值与试验结果吻合较好,计算精度较高,可以为航空发动机防火设计提供参考.

摘要： 研究热储内热流固(THM)耦合作用对揭示增强型地热系统(EGS)地下热开采机理,合理高效的获取干热岩(HDR)热能等具有重要意义.本文在基于局部非热平衡假设的EGS热开采过程三维计算模型基础上,建立了EGS热开采过程THM耦合的三维计算模型.对一理想的五口井EGS系统采热过程进行了THM模拟计算,分析了岩石温度、孔隙压力对岩石应力场的作用机理,进一步研究了应力场对EGS采热性能的影响.结果表明开采过程中岩石应力场为热储内孔隙压力和温差综合作用的结果,由孔隙压力造成的岩石应力为压应力,仅集中于注入井附近,由岩石温度变化引起的热应力为拉应力,随着热开采区域的扩展而扩展.液-岩温差是触发工质与岩石热交换的动因,同时也是产生热应力的根本.应力场效应对EGS的采热性能具有显著影响,特别是注入井附近区域孔隙率渗透率的改变极大影响了后续热开采过程.

摘要： 建立了LNG储罐喷淋预冷过程的流动传热与传质模型，编写计算程序对罐内热物理场和壁温变化进行探讨。分析表明，储罐底部中心区域温度并不是随预冷过程单调下降，而是在预冷后期出现温度上升。由于储罐的底部中心区域出现二次回流，阻碍了储罐底壁与内部低温气体的换热，同时由于混凝土对容器的导热，造成容器底部中心区域的温度不减反增的现象。

摘要： 为解决新一代高性能发动机燃烧室可用冷却空气大量减少的问题，设计了一种切向进气发散小孔的单管燃烧室模型，采用热流固耦合方法对其流场特性和火焰筒内外壁温进行了三维数值模拟研究。结果表明：该冷却结构极大的改善了冷却效果，冷却效率最高可接近90%，燃烧效率高达99.77％。在燃烧室总油气比0.046，冷却空气分数30%，进口空气总温830K，总压3MPa 工况下，燃烧室最高壁温1015K，温度梯度最大22.5K/cm，完全满足高推重比发动机对燃烧室火焰筒冷却空气分配、壁温和寿命方面的要求。

摘要： 本发明公开了一种气固热流化耦合下页岩真三轴力学特性测试装置及方法，该测试装置，包括：真三轴应力加载机构，用于对待测岩样施加三维应力场；加热炉，用于对待测岩样进行加热；页岩气输送机构以及离子溶液渗流机构，用于对待测岩样营造页岩气赋存环境和离子溶液渗流条件，同时模拟待测岩样所处的化学反应环境；控制系统，用于控制所述真三轴应力加载机构、加热炉、页岩气输送机构以及离子溶液渗流机构工作，并实现数据采集。本申请首次实现了对深部页岩真实赋存环境的室内模拟，并且可以对真实条件下深部页岩的真三轴力学特性进行试验研究，为深部高温、高压、离子渗流和化学气体赋存复杂环境下的深部页岩气开采工程提供了最接近工程实际情况的试验依据。

摘要： 本发明公开了一种燃料组件级辐照热流固紧密耦合计算装置及计算方法，装置包括中子物理模块、热工水力模块和燃料分析模块；方法包括通过内层迭代模块迭代计算燃料‑热工耦合数据；收敛后通过外层迭代模块迭代计算燃料‑物理‑热工耦合数据；本发明可实现燃料组件的燃料分析模块与反应堆的中子物理模块及热工水力模块的紧密耦合，从而集合各专业模块的优势，提升燃料组件综合性能预测精度；本发明将燃料组件性能分析程序与热工水力分析程序间的迭代求解作为内层循环，收敛后再与计算资源消耗较大的中子物理分析序进行耦合，减少收敛速率较低的重复计算，增加稳定性与高效性。

摘要： 本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，涉及一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法。伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统。可以灵活组合降压开采法，注热开采法及不同模式水流侵蚀法三种开采方法，模拟实际开采过程，提供了一种伸缩井热流固耦合天然气水合物开采方法与装置。用于探究不同开采方法即模式结合时的开采特性。为实现水合物高效、持续的商业化开采提供可靠的实验依据和理论分析。

摘要： 本发明公开一种基于热流固耦合的岩石起裂压力计算方法，包括根据测井资料、室内三轴压缩试验和巴西劈裂实验确定目标地层的基本参数；根据力平衡方程、本构方程、传输方程、质量守恒方程、热量守恒方程、边界条件以及最大拉应力破坏准则建立基于热流固耦合的Laplace空间的岩石起裂压力计算模型；根据目标地层的基本参数、基于热流固耦合的Laplace空间的岩石起裂压力计算模型以及Stehfest数值反演方法确定岩石起裂压力。本发明充分考虑了井筒中流体渗流、热扩散与岩石变形之间的耦合关系；能够更准确的计算地层起裂压力，为压裂施工设计提供高精度的参数，满足储层评价和压裂改造指导需要。

摘要： 一种应用于聚变堆包层的核热流固耦合分析方法，首先对包层结构进行处理，构造分离几何模型和整体几何模型；针对分离几何模型建立元素质量比均匀的栅元作为核反应分析计算域，建立流固耦合热工水力网格作为热工水力分析计算域；针对整体几何模型建立支撑结构机械应力网格作为机械应力分析计算域；核反应分析为热工水力分析提供体积均匀热源，热工水力分析为核反应分析提供体积平均温度，二者相互迭代收敛后，将热工水力分析获得的包层温度分布及压力分布传递给机械应力分析作为温度及压力载荷，进行机械应力分析；最终获得包层产氚、核热、屏蔽核性能与温度、压力、流量热工水力性能以及应力、应变机械性能。本发明方法可实现包层的精确性能分析。

摘要： 本发明涉及基于热流固耦合仿真的电主轴生热/散热优化分析方法，该方法通过热‑流‑固耦合仿真考虑到循环冷却液对主轴散热的影响，综合考虑电主轴结构的生热‑散热效应，在分析电主轴生热率的基础上，进而可分析出主轴生热‑散热配比及净流入主轴结构热量等信息。本发明以对仿真软件二次开发的手段，并结合使用成熟的优化算法工具箱，实现利用任意现代优化算法对仿真软件中的载荷参数做优化修正；以此方法可保证使用者能够根据模型特性对优化算法进行选择，并根据模型的复杂度及已知的参数间关系选择最适合的优化算法。本发明对于瞬态仿真模型提供分步优化方法对仿真模型中的随时间变化的参数进行优化，进一步提高优化后模型的精度。

摘要： 本发明公开了受载煤岩体热流固耦合CT三轴试验方法，该方法基于应用医用CT进行动态观测的热流固耦合三轴试验系统进行，试验系统设有三轴试验单元、医用CT单元和装载单元，该方法包括以下步骤：试样及设施准备：制作岩石试样并将试验单元翻转至竖直状态；试件安装：打开三轴压力室装设岩石试样并恢复压力室的密封状态；试验单元就位：将试验单元翻转成水平状态并推到医用CT单元；加载与扫描：在加载过程中利用CT扫描机进行扫描；卸载与拆件：在竖直状态打开压力室，拆下岩石试样。本发明的有益效果是，三轴试验单元可采用推拉方式推入和拉拽出CT扫描机，无需起吊设备起吊，装拆试件在装载单元上完成，岩石试样装拆方便，且操作简单、方便，安全性好。

摘要： 本发明涉及传热、磁流体动力学等技术领域，特别是一种涉及磁热流固多场耦合实验系统及测量方法，包括：导电流体循环系统和测量系统；导电流体循环系统用于在磁场环境下形成导电流体循环，导电流体在循环中进行加热并在循环过程中形成磁热流固耦合现象；测量系统包括温度场测量装置、速度场测量装置和形变场测量装置，温度场测量装置、速度场测量装置和形变场测量装置分别用于测量导电流体腔内导电流体的温度场分布、速度场和柔性件在磁热流固耦合作用下的固体形变场。磁热流固多场耦合实验系统及测量方法可以实现对不同磁场、不同热流密度、不同扰流件下的流场、热场、柔性件变形场的相互作用的研究。

摘要： 本发明提供了一种点涡流场条件下井眼周围热流固耦合载荷改变的自适应加载试验装置和方法，所述装置包括点涡流场控制模块、高压流体密封模块、应力场施加模块、渗流场施加模块、温度场施加模块和数据处理模块；通过螺旋叶片螺旋间距的可控，结合依照车行道分界线设置的流体分割板，实现流体公转点涡流场的可控，解决了室内试验难以模拟公转点涡流场的问题；采用基于矩形阵列排布的三棱柱状凹凸啮合的密封结构，啮合处设置耐水层充分阻碍流体泄漏，解决了热流固耦合试验中流体潜在泄漏的问题。本发明提供的试验方法，解决了钻井液点涡流场引起的热流固耦合载荷改变难以模拟的问题，所述自适应分步加载试验方法的加载精度能够达到94％以上。

摘要： 本发明涉及一种求解强热流固耦合问题的并行无网格方法及系统。所述方法基于最优输运理论进行时间离散和物质点法进行空间离散，并采用了局部最大熵插值函数作为形函数。本发明在时间离散上严格符合质量守恒和动量守恒，并在边界上满足克罗内科属性，在求解材料大变形、流固耦合等问题中表现出极高的精度和稳定性。