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The heat-fluid-solid coupling erosion mechanism for the optimal spray distance and jet angle in high-pressure water jets
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作者 Mu-Kun Li Cai-Yun Xiao +2 位作者 Xue Sun Hong-Jian Ni Yu-Kun Du 《Petroleum Science》 2025年第12期5097-5113,共17页
Focusing on the conversion of pressure energy and internal energy under viscous dissipation,a heat-fluid-solid coupling method is established to study the flow and stress fields of 100 MPa submerged water jets.Results... Focusing on the conversion of pressure energy and internal energy under viscous dissipation,a heat-fluid-solid coupling method is established to study the flow and stress fields of 100 MPa submerged water jets.Results indicate that pressure energy to internal energy conversion primarily occurs at three locations:the nozzle wall,the potential core edge,and the impact wall,with the most intense conversion occurring at the impact wall.The impact temperature of the jet can reach 200℃,and the high-temperature region covers an area more than 4 times that of the high-pressure.Thermal stress can especially amplify erosion stress by more than 100%and expand the erosion area by more than 400%.Therefore,it serves as a dominant factor determining the optimal spray distance and jet angle in hard rock(E≥40 GPa).With increased spray distance or jet angle,impact pressure decreases,while the high-temperature zone moves toward the high-pressure region,thus increasing the overlap between the two regions.This extended overlap enhances the temperature-pressure coupling effect,consequently reducing the threshold pressure for jet-breaking rock.Therefore,the maximum erosion stress increases first and then decreases,and an optimal spray distance and jet angle exist.The optimal jet angle,defined by the maximum tensile stress,decreases with the dimensionless spray distance increase,ranging between 0°and 40°.This temperature-pressure coupling reduces rock-breaking threshold pressure by 15%-75%for elastic moduli of 40-80 GPa,with maximum erosion stress peaking at a dimensionless spray distance of 9 and jet angles of 15°-20°.When the overlap region decreases,the area affected by the temperature and pressure fields increases,leading to an increase in the rock-breaking area.It is important to note that reducing the rock-breaking threshold pressure and increasing the rock-breaking area are mutually exclusive objectives.It is necessary to optimize the design of the spray distance and jet angle according to the on-site rock-breaking requirements. 展开更多
关键词 High-pressure water jet Erosion stress heat-fluid-solid coupling Viscous dissipation Temperature field Pressure field
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Numerical Simulation and Experimental Study of Heat-fluid-solid Coupling of Double Flapper-nozzle Servo Valve 被引量:19
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作者 ZHAO Jianhua ZHOU Songlin +1 位作者 LU Xianghui GAO Dianrong 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期1030-1038,共9页
The double flapper-nozzle servo valve is widely used to launch and guide the equipment. Due to the large instantaneous flow rate of servo valve working under specific operating conditions, the temperature of servo val... The double flapper-nozzle servo valve is widely used to launch and guide the equipment. Due to the large instantaneous flow rate of servo valve working under specific operating conditions, the temperature of servo valve would reach 120℃ and the valve core and valve sleeve deform in a short amount of time. So the control precision of servo valve significantly decreases and the clamping stagnation phenomenon of valve core appears. In order to solve the problem of degraded control accuracy and clamping stagnation of servo valve under large temperature difference circumstance, the numerical simulation of heat-fluid-solid coupling by using finite element method is done. The simulation result shows that zero position leakage of servo valve is basically impacted by oil temperature and change of fit clearance. The clamping stagnation is caused by warpage-deformation and fit clearance reduction of the valve core and valve sleeve. The distribution roles of the temperature and thermal-deformation of shell, valve core and valve sleeve and the pressure, velocity and temperature field of flow channel are also analyzed. Zero position leakage and electromagnet's current when valve core moves in full-stroke are tested using Electro-hydraulic Servo-valve Characteristic Test-bed of an aerospace sciences and technology corporation. The experimental results show that the change law of experimental current at different oil temperatures is roughly identical to simulation current. The current curve of the electromagnet is smooth when oil temperature is below 80℃, but the amplitude of current significantly increases and the hairy appears when oil temperature is above 80℃. The current becomes smooth again after the warped valve core and valve sleeve are reground. It indicates that clamping stagnation is caused by warpage-deformation and fit clearance reduction of valve core and valve sleeve. This paper simulates and tests the heat-fluid-solid coupling of double flapper-nozzle servo valve, and the obtained results provide the reference value for the design of double flapper-nozzle force feedback servo valve. 展开更多
关键词 double flapper-nozzle servo valve heat-fluid-solid coupling numerical simulation warpage-deformation clamping stagnation zero position leakage
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Heat-fluid-solid coupling model for gas-bearing coal seam and numerical modeling on gas drainage promotion by heat injection 被引量:6
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作者 Ruifu Yuan Chunling Chen +1 位作者 Xiao Wei Xiaojun Li 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI 2019年第4期564-576,共13页
Improving the absorbed gas to active desorption and seepage and delaying gas drainage attenuation are considered as key methods for increasing drainage efficiency and gas output.According to the solid mechanics theory... Improving the absorbed gas to active desorption and seepage and delaying gas drainage attenuation are considered as key methods for increasing drainage efficiency and gas output.According to the solid mechanics theory,the nonlinear Darcy seepage theory and thermodynamics,the heat-fluid-solid coupling model for gassy coal has been improved.The numerical model was founded from the improved multi-field coupling model by COMSOL Multiphysics and gas drainage by borehole down the coal seam enhanced by heat injection was modelled.The results show that the heatfluid-solid model with adsorption effects for gassy coal was well simulated by the improved multi-field model.The mechanism of coal seam gas desorption seepage under the combined action of temperature,stress and adsorption can be well described.Gas desorption and seepage can be enhanced by heat injection into coal seams.The gas drainage rate was directly proportional to the temperature of injected heat in the scope of 30-150 ℃ and increasing in the whole modelleddrainage process (0-1000 d).The increased level was maximum in the initial drainage time and decreasing gradually along with drainage time.The increasing ratio of drainage rate was maximum when the temperature raised from 30 to 60 ℃.Although the drainage rate would increase along with increasing temperature,when exceeding 60 ℃,the increasing ratio of drainage rate with rising temperature would decrease.Gas drainage promotion was more effective in coal seams with lower permeability than with higher permeability.The coal seam temperature in a 5 m distance surrounding the heat injection borehole would rise to around 60 ℃ in 3 months.That was much less than the time of gas drainage in the coal mines in sites with low permeability coal seams.Therefore,it is valuable and feasible to inject heat into coal seams to promote gas drainage,and this has strong feasibility for coal seams with low permeability which are widespread in China. 展开更多
关键词 Gassy COAL heat-fluid-solid coupling model Heat injection GAS extraction Numerical modeling
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Heat-fluid-solid coupling mechanism of supercritical carbon dioxide jet in rock-breaking 被引量:1
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作者 LI Mukun WANG Gang +3 位作者 CHENG Weimin PU Shijie NI Hongjian SHI Xian 《Petroleum Exploration and Development》 CSCD 2021年第6期1450-1461,共12页
Aiming at the synergistic rock-breaking mechanism of supercritical carbon dioxide(SC-CO_(2))jet pressure and tem-perature difference,a heat-fluid-solid calculation model of rock-breaking stress was established and ver... Aiming at the synergistic rock-breaking mechanism of supercritical carbon dioxide(SC-CO_(2))jet pressure and tem-perature difference,a heat-fluid-solid calculation model of rock-breaking stress was established and verified to be effective,and the variations of jet flow field and rock stress with jet standoff distance of SC-CO_(2),water and nitrogen were studied.With the increase of jet standoff distance,the jet pressure of SC-CO_(2) decreases and the jet temperature difference increases.The SC-CO_(2) jet is higher in pressure than the nitrogen jet and differs little from the water jet.Temperature difference of SC-CO_(2) jet is 5 times that of water jet and more than 2.5 ti mes that of nitrogen jet when the jet standoff distance is larger than 10.The tem-perature stress is the main reason why SC-CO_(2) jet is superior to water and nitrogen jets in rock-breaking.The rock under the SC-CO_(2) jet has greater rock stress,effective rock-breaking jet standoff distance and rock-breaking area.The jet pressure plays a major role in rock-breaking when the jet standoff distance is small,while the jet temperature difference plays a major role in rock-breaking when the jet standoff distance is large.The SC-CO_(2) jet is an efficient volume rock-breaking method,which results in tensile and shear failure on the rock surface under short time jet and large area tensile failure inside the rock simultaneously under long time jet. 展开更多
关键词 supercritical carbon dioxide rock-breaking with jet rock stress jet pr essure jet temperature difference tem-perature stress heat-fluid-solid coupling
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基于纳米流体的板层AER器件性能研究
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作者 储召平 韩华 +1 位作者 邹永晴 陈浩 《工程热物理学报》 北大核心 2026年第2期426-436,共11页
电卡制冷作为新型固态制冷技术,广泛应用于芯片冷却等领域。本文对以纳米流体为传热介质的平行板主动式电卡回热器(AER)展开研究,采用流固比表征几何特征,着重分析循环周期及结构参数对器件性能影响。结果表明,存在最佳周期τ、最佳电... 电卡制冷作为新型固态制冷技术,广泛应用于芯片冷却等领域。本文对以纳米流体为传热介质的平行板主动式电卡回热器(AER)展开研究,采用流固比表征几何特征,着重分析循环周期及结构参数对器件性能影响。结果表明,存在最佳周期τ、最佳电卡材料层数NEC和最佳流固比κ。传热量达到最大可能传热量2/3左右时切换电场较佳(τ=9 s);相同周期下,NEC=10层时制冷量达到最大(8.49 W),COP为6.91。流道高度一定,κ>0.3时,PVDF导热能力提升无法补偿绝热温变下降,制冷量下降;材料厚度一定时,κ增大可提升换热面积,过大则无法补偿对流换热强度下降的影响,0.525时制冷量达到最大(4.72 W)。材料厚度较流道高度对COP的影响更显著,合理匹配电卡效应和导热能力可提升器件性能。 展开更多
关键词 主动式电卡回热器 流固共轭传热 温度分布差异 流固比 纳米流体
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考虑排气冲刷的对置二冲程柴油机气缸套流固耦合传热
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作者 曹宝生 向建华 朱岩 《内燃机工程》 北大核心 2026年第2期86-91,98,共7页
基于剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型并考虑排气口冲刷边界,开展了对置活塞二冲程柴油机冷却水–气缸套流固耦合传热仿真分析研究,获得了冷却水流动及气缸套温度分布特性。结果表明:排气口存在较强的排气冲刷,大... 基于剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型并考虑排气口冲刷边界,开展了对置活塞二冲程柴油机冷却水–气缸套流固耦合传热仿真分析研究,获得了冷却水流动及气缸套温度分布特性。结果表明:排气口存在较强的排气冲刷,大部分区域的传热系数达到600 W/(m^(2)·K);冷却水在水腔内流速整体分布较为均匀,而在排气口水道流速较高,最高为6.67 m/s;气缸套内壁面喷油孔附近和排气口区域温度较高,分别达到了665.7 K和637.5 K,且由燃烧室中心位置至两侧轴向呈两个波峰变化趋势。 展开更多
关键词 气缸套 排气冲刷 流固耦合传热 温度场
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H型钢轧后冷却及组织性能的研究
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作者 刘文达 马劲红 +2 位作者 程新超 王小巩 冯卓然 《锻压技术》 北大核心 2026年第2期97-108,共12页
为了降低H型钢轧后的断面温差、提高其组织性能,研究了轧后H型钢的冷却过程。首先,利用有限元软件DPM模块模拟了H型钢的喷雾冷却过程,建立了不同喷雾冷却条件下的热-流-固耦合模型,分析了不同气压、水压、喷嘴位置和喷雾角度等参数对喷... 为了降低H型钢轧后的断面温差、提高其组织性能,研究了轧后H型钢的冷却过程。首先,利用有限元软件DPM模块模拟了H型钢的喷雾冷却过程,建立了不同喷雾冷却条件下的热-流-固耦合模型,分析了不同气压、水压、喷嘴位置和喷雾角度等参数对喷雾冷却后H型钢温度场分布的影响。随后,在实验室装配了H型钢喷雾冷却实验平台,进行了多组H型钢喷雾冷却实验。实验结果表明:采用0.3 MPa气压与0.1 MPa水压的冷却参数时,最利于晶粒细化,喷雾液滴更为细小且分散;H型钢R角处和下翼缘处的抗拉强度分别提高了48和58 MPa。对H150×150×7×10钢的翼缘下方区域进行喷雾冷却,冷却会更加均匀。 展开更多
关键词 H型钢 喷雾冷却 热-流-固耦合 微观组织 力学性能
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某柴油发动机缸盖热负荷强度分析
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作者 李慧梅 《汽车实用技术》 2026年第1期85-88,共4页
文章对某型柴油机发动机缸盖局部结构的更改进行热负荷强度校验。首先应用GT-Suite软件进行一维热力学分析,得到燃气侧与进排气侧的温度及传热系数。其次应用Star CCM+软件对冷却水套模拟计算,得到流体域及固体域的温度分布及表面传热... 文章对某型柴油机发动机缸盖局部结构的更改进行热负荷强度校验。首先应用GT-Suite软件进行一维热力学分析,得到燃气侧与进排气侧的温度及传热系数。其次应用Star CCM+软件对冷却水套模拟计算,得到流体域及固体域的温度分布及表面传热系数。最后将缸盖的温度场作为温度载荷,进行强度分析得到缸盖热应力和热应变。结果表明,缸盖结构(尤其是鼻梁区)满足结构设计要求。文章采用简单高效的热力学方法估测缸盖火力面、进排气道及冷水水套侧的温度及传热系数,用于缸盖热负荷强度分析,规避经验值的不确定性,降低分析强度,最终完成对目标的分析。 展开更多
关键词 流固耦合 传热系数 热应力 热应变
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热-流-固耦合作用下岩石裂隙渗流演化数值研究
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作者 贺逸 杨永亮 +1 位作者 刘博 曹国庆 《市政技术》 2026年第2期138-154,共17页
为揭示废弃矿井粗糙裂隙在热-流-固全耦合条件下的渗流-传热演化机理,为地热开采提供理论依据,基于三维激光扫描获取的真实裂隙点云,在COMSOL中耦合Navier-Stokes-Forchheimer、能量与线弹性方程,建立了渗透压压力梯度0.05~0.60 MPa/m... 为揭示废弃矿井粗糙裂隙在热-流-固全耦合条件下的渗流-传热演化机理,为地热开采提供理论依据,基于三维激光扫描获取的真实裂隙点云,在COMSOL中耦合Navier-Stokes-Forchheimer、能量与线弹性方程,建立了渗透压压力梯度0.05~0.60 MPa/m、围压5~25 MPa、壁面温度20~90℃的单裂隙模型,并设置理想平行板与平行粗糙板模型作为对照。结果表明:真实粗糙板模型在Re≈1时即偏离达西流状态,其Forchheimer系数B较理想平行板模型高一个量级;当力学开度b由0.9235 mm增至1.3083 mm时,渗流的非线性程度降低40%;绝对粗糙度σ每增加0.1 mm,Forchheimer系数B提升15%~25%。相对粗糙度σ/b的增大使换热幂律系数n提升38%;在相同流量条件下,小开度高粗糙裂隙的对流换热系数h比大开度光滑裂隙高22%。当壁面温度由20℃升至90℃时,渗流的非线性程度再增加20%。围压升高促使裂隙接触面积占比ΔA^(*)由0.15增至0.42,导致渗透率降幅达1.6个量级。分析证实粗糙结构通过“惯性-通道化”竞争同时控制渗流与换热,可直接用于矿井地热储层模拟。 展开更多
关键词 裂隙粗糙度 热-流-固耦合 换热强化 COMSOL模拟 渗透率演化
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散热流道对转子泵密封性能影响的仿真及试验研究 被引量:1
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作者 黄志强 刘伯韬 +2 位作者 王美玲 王俊杰 米艳梅 《润滑与密封》 北大核心 2025年第3期58-67,共10页
输油转子泵作为油气集输技术中的关键设备,密封是影响其输送效率和使用寿命的核心。然而高温密封环境常导致其密封结构发生失效,从而引发介质泄漏。提出一种流道散热结构,以改善组合密封的高温工况;优化了二维单向流固热耦合仿真方法,... 输油转子泵作为油气集输技术中的关键设备,密封是影响其输送效率和使用寿命的核心。然而高温密封环境常导致其密封结构发生失效,从而引发介质泄漏。提出一种流道散热结构,以改善组合密封的高温工况;优化了二维单向流固热耦合仿真方法,结合仿真与试验研究散热流道对不同转速下组合密封性能的影响规律。结果表明:高温工况下,密封滑环偏磨程度大,翻边现象严重,O形圈永久压缩程度大,导致材料老化,表层脱落现象严重;转速越快,组合密封温度越高,增幅越大,最大增幅约为45%;流道散热结构温度降幅效果高达50%,可有效改善不同转速下组合密封高温工况,减小其应力集中,减少热作用对其影响,减缓其老化速度,并延长其使用寿命。 展开更多
关键词 输油转子泵 组合密封 流道散热结构 流固热耦合 密封散热试验
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节能燃气加热器中折流板的应力分析与优化
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作者 杜敏 张帅平 +2 位作者 张永春 王跃成 张嘉迪 《江苏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2025年第1期43-49,共7页
为了研究加热器中暴露在高温环境下折流板的应力分布规律与安全可靠性,基于有限元分析方法对其进行应力分析,选取危险截面路径进行应力线性化分析,并根据安全评定结果对折流板结构进行优化.结果表明:尖角造成的应力集中对折流板的应力... 为了研究加热器中暴露在高温环境下折流板的应力分布规律与安全可靠性,基于有限元分析方法对其进行应力分析,选取危险截面路径进行应力线性化分析,并根据安全评定结果对折流板结构进行优化.结果表明:尖角造成的应力集中对折流板的应力分布影响较大,其薄膜应力P L过高是导致应力评定危险的主要原因;折流板整体应力大小随着燃料进口速度的增大而增高,温度与热应力大小呈正相关,在不同速度下应力变化趋势相似,换热管束与折流板连接处的结构不连续会造成应力升高;优化方案中,当钝化尖角后,折流板最大热应力降低16.7%,再覆盖热障涂层时的最大热应力较钝化尖角时降低44.5%,较原始结构降低53.7%,且整体热应力下降,优化后折流板强度评定为合格. 展开更多
关键词 折流板 温度场 热流固耦合 热应力 应力评定 热障涂层
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空气冷凝影响下的超临界氢传热特性
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作者 薛明喆 刘家宁 +3 位作者 杨靖丞 吴昊 朱绍伟 张存满 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期1462-1470,共9页
采用数值模拟方法,利用Fluent软件和用户自定义函数(UDF)对内外流体及管壁的耦合二维传热过程建模并仿真。以理论计算得到的出口温度和传热系数结果作为参考,通过计算流体力学仿真计算方法,探究在管外存在空气液化现象的场景下,超临界... 采用数值模拟方法,利用Fluent软件和用户自定义函数(UDF)对内外流体及管壁的耦合二维传热过程建模并仿真。以理论计算得到的出口温度和传热系数结果作为参考,通过计算流体力学仿真计算方法,探究在管外存在空气液化现象的场景下,超临界氢在不同入口状态及不同外界空气域时的传热特性。结果显示,在空气液化现象为主导的液氢温度段(50~70 K),外界空气温度对整体传热效果的影响可忽略不计,即使空气流速达到8 m·s^(-1)时,对总换热系数的提升也仅为20%;采用强制对流提高空气流速,改变环境温度和入口端流量,都不能显著提升该温度段的总传热系数,该温度段的总传热系数主要受蒸汽液化传热系数的影响,即低温流体温度的影响占主导。 展开更多
关键词 高压超临界氢 空气冷凝 流固耦合传热 数值模拟
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基于格子Boltzmann方法的平板热管相变及耦合传热
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作者 侯永强 高涵 田野 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第31期13384-13392,共9页
平板热管是一种外部为平板结构壳体,内部通过气液相变进行高效传热的元件。为研究平板热管的流固耦合及相变传热过程,根据平板热管传热物理模型,建立平板热管耦合传热数学模型。使用多松弛伪势格子Boltzmann方法计算热管内流体的相变传... 平板热管是一种外部为平板结构壳体,内部通过气液相变进行高效传热的元件。为研究平板热管的流固耦合及相变传热过程,根据平板热管传热物理模型,建立平板热管耦合传热数学模型。使用多松弛伪势格子Boltzmann方法计算热管内流体的相变传热,结合分区求解、边界耦合求解方式对平板热管流固耦合传热过程进行数值求解。对比多松弛伪势格子Boltzman模型和理论模型求解V形空腔气泡成核过程的结果,求解结果最大误差小于13%,验证了多松弛伪势格子Boltzman模型的准确性。通过对平板热管内的沸腾现象的模拟,得到了平板热管内流体的动态耦合传热温度场分布规律,为平板热管流固耦合及相变传热研究提供新的理论方法。 展开更多
关键词 平板热管 格子BOLTZMANN 流固耦合 相变传热
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典型局部火灾场景下钢梁的CFD-FEM耦合研究 被引量:2
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作者 周靖罡 王伟 +1 位作者 周晅毅 丛北华 《建筑钢结构进展》 北大核心 2025年第3期38-45,共8页
对于局部火灾,需要考虑建筑物构件在不均匀受热情况下的热学与力学响应。以方钢管梁为研究对象,模拟其不同高度处承受底部火羽流冲击作用的热力学现象。不同于应用绝热表面温度概念来实现流固传热的单向迭代耦合,提出一种新的计算流体力... 对于局部火灾,需要考虑建筑物构件在不均匀受热情况下的热学与力学响应。以方钢管梁为研究对象,模拟其不同高度处承受底部火羽流冲击作用的热力学现象。不同于应用绝热表面温度概念来实现流固传热的单向迭代耦合,提出一种新的计算流体力学-有限元数值(computational fluid dynamics-finite element method,CFD-FEM)模拟手段,通过采用CFD方法统一分析火灾模块与热模块来实现流固传热界面的双向直接耦合。首先通过典型局部火灾试验验证了该数值方法的准确性。继而在火灾模块中探究了空间速度场与温度场的分布规律,在热模块中探究了不同高度处钢梁壁面热流的变化规律,以及辐射与对流热流随时间的变化规律。最后以固体温度为边界条件完成了结构模块分析,实现了固体域热力耦合,探讨了在此局部火灾场景下不同高度处钢梁的力学响应,探讨了其在受热后出现的屈服强度退化现象。 展开更多
关键词 计算流体力学 局部火灾 流固传热 钢梁 热力耦合 热流
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级数对刷式密封泄漏流动与传热特性影响数值与实验研究 被引量:1
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作者 林溪岳 孙丹 +3 位作者 郭海龙 李玉 杨艺潇 张静涵 《航空动力学报》 北大核心 2025年第6期125-136,共12页
级数对多级刷式密封泄漏流动与传热特性影响较大,推导级数对多级刷式密封泄漏流动与传热特性影响的理论公式,建立多级刷式密封求解模型并基于流固热耦合计算方法进行数值模拟,设计多级刷式密封泄漏量和压力分布测量实验,搭建多级刷式密... 级数对多级刷式密封泄漏流动与传热特性影响较大,推导级数对多级刷式密封泄漏流动与传热特性影响的理论公式,建立多级刷式密封求解模型并基于流固热耦合计算方法进行数值模拟,设计多级刷式密封泄漏量和压力分布测量实验,搭建多级刷式密封泄漏和压力分布特性实验装置,将实验结果与数值结果相互对比以验证数值模拟的准确性,分析对比不同级数刷式密封之间流场与温度场分布特性,研究级数对刷式密封泄漏特性,流动特性以及传热特性的影响规律。研究结果表明:在相同压比下,从一级到三级刷式密封,每增加一级,各级刷丝束所承担的压降值降低,刷丝束压降最大值降低30.0%~36.3%;流场最大速度出现在末级刷丝束后挡板下方,随级数增加,流场最大速度降低;相同压比下,随级数增加,刷式密封封严性能增强,每增加一级,泄漏量减小15.7%~22.0%;相同压比下,随级数增加,最高温度增大,每增加一级,最高温度增大3.7%~9.1%。 展开更多
关键词 多级刷式密封 级数 泄漏流动特性 传热特性 流固热耦合
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高速列车制动盘温度场数值模拟及热应力分析
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作者 卢耀辉 冯达 +2 位作者 王北昆 史潇博 黄彪 《大连交通大学学报》 2025年第6期77-85,共9页
随着我国高速列车运行速度的不断提高,制动盘的工作环境愈发恶劣,制动摩擦产生的巨大热量导致制动盘温度迅速升高,进而引发热疲劳与热裂纹。为获取高速列车制动盘在制动过程中的温度分布及热应力分布,采用流固耦合方法,建立制动盘与周... 随着我国高速列车运行速度的不断提高,制动盘的工作环境愈发恶劣,制动摩擦产生的巨大热量导致制动盘温度迅速升高,进而引发热疲劳与热裂纹。为获取高速列车制动盘在制动过程中的温度分布及热应力分布,采用流固耦合方法,建立制动盘与周围空气流场的流固耦合数值模型,计算出制动盘表面的对流换热系数分布;随后将表面对流换热系数及摩擦生热的热流密度作为载荷施加于制动盘表面,通过有限元法对制动盘的温度场和热应力进行分析。结果表明:与传统经验公式相比,制动盘表面对流换热系数与周围空气流速相关,其中散热筋迎风面的对流换热系数远大于背风面,且其表面对流换热系数沿轴向呈对称分布;制动盘表面先出现环形高温区,随着制动过程的推进逐渐转变为团状高温区,热量逐步向散热筋传递,应力场与温度场的变化趋势基本相同;最终确定的制动盘热应力较大区域,与制动盘典型失效位置基本相符。 展开更多
关键词 高速列车 制动盘 流固耦合 对流换热系数 温度场 应力场
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液氧电动屏蔽泵预冷流动换热与调控方法
17
作者 陆冠熙 张秉龙 +3 位作者 杨学森 项效镕 赵巍 赵庆军 《火箭推进》 北大核心 2025年第2期41-51,共11页
为了探究液氧电动屏蔽泵预冷过程中流动换热特性,建立液氧电动屏蔽泵流动换热模型,搭建低温介质预冷试验台,对液氧电动屏蔽泵预冷过程换热与流动特性开展数值模拟和试验研究。结果表明,电动屏蔽泵预冷时间主要受预冷介质流量、温度、压... 为了探究液氧电动屏蔽泵预冷过程中流动换热特性,建立液氧电动屏蔽泵流动换热模型,搭建低温介质预冷试验台,对液氧电动屏蔽泵预冷过程换热与流动特性开展数值模拟和试验研究。结果表明,电动屏蔽泵预冷时间主要受预冷介质流量、温度、压力影响。在预冷过程中,电机壁面预冷相对于泵体壁面更为困难,在排放预冷时应尽量采用较大流量进行预冷,以确保电机预冷效果。介质在电机流域的流动方式受预冷过程中泵内部压力变化发生改变,此变化会影响介质流动速率,从而影响介质与泵体换热;气化区域主要集中在电机两轴承间转子外壁面段以及泵后腔室处,受预冷流动方式影响气化介质对泵内流动影响显著;通过适当增大预冷流量,可以增大泵后腔室压力,从而有效提高电机流域介质流速,提高预冷效率,避免预冷介质过度消耗。 展开更多
关键词 电动屏蔽泵 排放预冷 数值计算 流场分析 流固换热
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基于CFD的双列调心滚子轴承温度场分析 被引量:1
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作者 陈婷 杨辉 +3 位作者 李海波 何伟伟 付成果 张亚奇 《湖北理工学院学报》 2025年第1期7-14,共8页
在摩擦学、轴承生热传热理论及有限元法的基础上,建立了轴承的流固耦合传热计算模型,利用Ansys-Fluent软件对脂润滑作用下的双列调心滚子轴承的温度场进行仿真分析和实验验证。结果表明,该模型的计算准确度高,相对误差为3.78%。温度场... 在摩擦学、轴承生热传热理论及有限元法的基础上,建立了轴承的流固耦合传热计算模型,利用Ansys-Fluent软件对脂润滑作用下的双列调心滚子轴承的温度场进行仿真分析和实验验证。结果表明,该模型的计算准确度高,相对误差为3.78%。温度场拟合结果显示,轴承整体温度分布不均,高温区域在内外圈滚道添加体热源处向外逐渐传递热量,滚动体传热较均匀。随着载荷与转速的增加,轴承各部件的平均温度呈线性增加,滚动体、轴承内圈的温度升高幅度大于轴承座和外圈。3号润滑脂粘度对轴承部件温度场分布的影响程度为:常数>粘温曲线>H-B流变模型。 展开更多
关键词 CFD仿真 流固耦合传热 温度场 脂气润滑
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20CrMnTi钢螺旋锥齿轮硬齿面热处理过程中的温度场分析 被引量:2
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作者 俞福超 刘赣华 《材料热处理学报》 北大核心 2025年第4期191-201,共11页
热处理畸变会显著影响螺旋锥齿轮的尺寸精度,而硬齿面热处理(渗碳-淬火-回火)过程中螺旋锥齿轮齿面及内部空间不均匀的温度分布,是导致热处理畸变的一个重要因素。基于热流固耦合模型对20CrMnTi钢螺旋锥齿轮硬齿面热处理过程进行数值模... 热处理畸变会显著影响螺旋锥齿轮的尺寸精度,而硬齿面热处理(渗碳-淬火-回火)过程中螺旋锥齿轮齿面及内部空间不均匀的温度分布,是导致热处理畸变的一个重要因素。基于热流固耦合模型对20CrMnTi钢螺旋锥齿轮硬齿面热处理过程进行数值模拟,使用预热、阶梯式升温和保温的方式研究螺旋锥齿轮硬齿面热处理过程温度场变化规律,并对螺旋锥齿轮淬火过程介质流场分布和温度场影响因素的参数进行优化设计。结果表明:通过预热、阶梯式升温和保温的方式可以显著减小螺旋锥齿轮渗碳加热时齿面各部位与心部的温差,提高齿面温度分布均匀性;通过淬火槽介质流场优化设计可以显著提高流场均匀性;采用正交试验方差分析法得到了影响因素的最优参数组合为介质温度为100℃、入口流速为2 m/s、淬火温度为850℃,通过淬火过程热流固耦合数值模拟验证,该参数组合下齿长与齿宽方向最小温度标准差分别为38.68和38.40℃,有效提高了螺旋锥齿轮淬火时齿面和内部空间温度分布均匀性,验证了该参数组合的合理性和准确性。 展开更多
关键词 螺旋锥齿轮 热流固耦合 硬齿面热处理 温度场
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低温管路预冷两相流瞬变规律仿真研究
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作者 李卓伦 应媛媛 +2 位作者 王磊 张淇栋 厉彦忠 《航空动力学报》 北大核心 2025年第7期191-200,共10页
为揭示低温管路预冷两相流态与沸腾换热的瞬变规律,建立了低温管路预冷瞬变过程的计算流体动力学(CFD)数值模型,采用不同传热模型考虑预冷不同阶段的流-固耦合换热速率。研究发现,低温管路预冷根据管内流态可分为液面抬升、膜态沸腾、... 为揭示低温管路预冷两相流态与沸腾换热的瞬变规律,建立了低温管路预冷瞬变过程的计算流体动力学(CFD)数值模型,采用不同传热模型考虑预冷不同阶段的流-固耦合换热速率。研究发现,低温管路预冷根据管内流态可分为液面抬升、膜态沸腾、过渡及核态沸腾、液面上涨至满液共4个阶段。在管内两相流发展过程中,受重力影响,管截面表现为局部“上翘”式反环状流、主体分层流的流型特征,其中,底部与侧壁气膜厚度分别由0.093 mm和0.124 mm波动减薄。截面内最大温差达90 K,进出口最大温差约50 K。由于管内存在膜态沸腾向过渡沸腾、核态沸腾转变区,可能造成局部含气率突增。 展开更多
关键词 两相流型 低温管路预冷 流-固耦合换热 反环状流 分层流
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