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关键词： 超薄壁不锈钢圆管   交变横向磁场   微束等离子弧   数值模拟  

摘要： 超薄壁不锈钢圆管因其轻质、高强度、耐腐蚀等优异特性，成为高精度焊接要求的重要材料。由于其壁厚较薄、热敏性强，传统的微束等离子弧焊接工艺在焊接过程中容易出现焊接接头性能不稳定等问题。因此，采用数值模拟方法对超薄壁不锈钢圆管的磁控微束等离子弧焊接过程进行研究，能够为优化焊接工艺、提高焊接质量提供理论指导。在交变横向磁场下的超薄壁不锈钢圆管微束等离子弧焊接过程中，微束等离子体电弧中的热传递过程受到感应磁场、内部电场、流场和外部磁场的共同作用，形成了"电-热-流-磁"的多物理场耦合。根据磁控微束等离子弧放电的多物理场耦合关系，建立了二维磁流体动力学模型，应用COMSOL软件对磁控微束等离子弧放电的多物理场进行了二维数值模拟，得到了微束等离子体电弧在放电区间的温度场，流场、电场分布以及超薄不锈钢圆管被加热处的温度分布。计算结果表明，交变横向磁场能改变微束等离子电弧的形态从而改变超薄壁不锈钢圆管表面的热输入，最终有效的改善了焊接成形质量。

关键词： 颗粒流润滑   喷粉式   集束行为   气流速度   数值模拟  

摘要： 颗粒流润滑是一种新型的润滑技术，喷粉式作为颗粒流润滑方法中常见的颗粒介质输送及导入方法，在输送过程中产生的颗粒发散现象不仅降低颗粒的利用率而且影响操作人员健康。为探究气流速度对颗粒物集束行为的影响规律，采用数值模拟与实验相结合的研究方法，基于Fluent软件k-omegaSST湍流模型和离散相模型，对粒度为20μm的二硫化钼与氧化铝颗粒在不同气流速度条件下的运动轨迹及扩散特性进行系统分析。数值模拟表明：高速条件下二硫化钼与氧化铝颗粒阈值面积内集束长度分别达13.36mm和13.19mm，较低速提升181.86%和180.64%；硬质氧化铝颗粒中速下集束长度较软质二硫化钼提升17.37%，其抗发散能力更优。实验验证显示，高速工况下二硫化钼与氧化铝颗粒沉积形貌的覆盖面积较低速分别减少27.77%和18.91%，与模拟结果吻合。该研究为颗粒 润滑介质的有效导入和定量控制提供了理论支持，对抑制工程领域中颗粒输送的发散现象、推动颗粒流润滑技术的实际应用发挥着积极作用。

关键词： 水利工程枢纽   泄水闸   弧形闸门   安装技术   底槛安装   侧轨安装   牛腿安装  

摘要： 弧形闸门是水利工程枢纽泄水闸的重要基础结构,对于水利工程的整体运行效能和安全性具有关键作用。安装弧形闸门时,通过合考虑工程质量、进度、成本及效益等多方面因素,以水利工程枢纽泄水闸弧形闸门安装项目为例,探讨弧形闸门的安装技术。弧形闸门安装时通过设置弧形闸门安装点,采用底槛安装技术确保闸门底部稳固,结合侧轨安装技术保证闸门运行平稳,并运用牛腿二等安装技术增强闸门支撑结构,确保水利工程枢纽泄水闸弧形闸门安装项目的顺利实施。

关键词： 动量激励盘方法   非定常方法   螺旋桨滑流   高升力构型   数值模拟  

摘要： 为了快速、准确分析螺旋桨滑流对增升装置的影响,采用实桨非定常方法(full blades method,FBM)和定常动量激励盘方法(actuator disk method,ADM),数值计算分析了前进比J=0.7、1.0,攻角α=–4°~24°工况下螺旋桨滑流对高升力构型的影响。研究表明:虽然从单独螺旋桨获取的时均化激励盘载荷分布与从高升力构型螺旋桨获取的存在局部差异,但将来源不同的激励盘载荷应用于ADM计算时,所得高升力构型的压力分布、升阻力结果基本一致,全机升力系数差异不超过4.3%,阻力系数偏差小于5.4%,说明采用单独螺旋桨获取激励盘载荷对全机气动力计算影响不大,从而避免了复杂的网格生成。ADM将非定常计算转化为定常计算,在保持网格量相当(3300万)的条件下,其计算结果与FBM结果在失速前(α<20°时)基本吻合,同时计算核时约降低至FBM的1/18(170/3100)。因此ADM方法能够高效、合理评估出螺旋桨滑流对增升装置产生的影响。

关键词： 内螺纹   冷挤压   复合振动   数值模拟  

摘要： 针对挤压内螺纹过程中存在扭矩大、表面质量难以控制、挤压时间长等问题,提出一种复合振动辅助挤压内螺纹的新型挤压工艺。利用塑性成形软件建立了内螺纹振动挤压的有限元模型,对传统挤压与复合振动挤压分别进行了模拟仿真,得到了传统挤压和复合振动挤压的内螺纹牙型轮廓、扭矩、等效应变以及牙型侧面、牙顶法线和牙侧法线3个位置的金属流动速度,并对比分析了挤压扭矩时间、等效应变云图、金属流动速度曲线以及挤压牙型质量。结果表明,复合振动挤压比传统挤压平均扭矩降低了15%,等效应变明显降低,各位置金属流动速度较快,挤压后牙型轮廓清晰且牙顶缺口明显减少;通过复合振动辅助挤压内螺纹试验,发现平均牙高率达90%,进一步验证了该工艺的可靠性。

关键词： 扭带   传热强化   纳米流体   数值模拟  

摘要： 为提高换热器传热效率,提出螺旋扭带与纳米流体协同强化传热的方法,研究了复合强化方案的传热性能。以Al2O3-H2O纳米流体为工质,基于经典纳米流体热物性模型计算密度、比热容、黏度及导热系数等参数。通过计算流体力学(CFD)方法建立三维数值模型,模拟内插扭带换热管的流动与传热特性,并采用文献试验数据验证模型可靠性(最大相对误差为10.9%)。对比分析表明:相较于纯水-光管基准组,纳米流体-螺旋扭带管复合方案使表面传热系数提升35.18%,但压降增加576 Pa。研究揭示纳米颗粒体积分数与质量流量的耦合影响规律:纳米颗粒体积分数从0.5%增至4%时,努塞尔数(Nu)从57.1降至51.5,归因于黏度激增削弱对流效应;质量流量从0.1 kg/s增至0.4 kg/s时,螺旋扭带管较光管的Nu值增益从4.3%扩大至11.7%,验证了高流量工况下二次流与纳米颗粒热输运的协同机制。研究成果可为高效换热器设计提供理论支撑。

关键词： 宏观模拟   离散元模拟   介观模拟   拓扑优化   粉末床熔融  

摘要： 激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)是金属增材制造的一种成熟技术,具有成形精度高、零件致密度接近100%等优势,适用于制备复杂结构、小尺寸和高精度零件,已应用于航空航天、汽车、模具和医疗等领域。LPBF成形过程集成了从纳米、微米到宏观尺度下的复杂多物理与化学现象,属于极速冷却、微熔池的非平衡凝固行为,在成形过程中,温度、熔池尺寸等难以通过试验手段分析与测量,因此数值模拟是研究LPBF成形机理的重要手段。首先,总结了LPBF铺粉、打印和后处理过程中传热、传质、碰撞等典型物理和化学现象;其次,综述了LPBF成形过程中宏观力学数值模拟、粉末床离散元数值模拟、风场数值模拟、熔池介观数值模拟、微观组织数值模拟,以及结构优化数值模拟技术的研究现状及发展趋势。

关键词： 非能动余热排出换热器   流量分配   热分层   数值模拟  

摘要： 非能动余热排出换热器(PRHR HX)是第三代先进压水堆核电站非能动专设安全设施中的关键设备。PRHR HX一次侧传热管数量众多且长短布置不一,流量分配及阻力特性各不相同。二次侧发生着自然对流、混合对流及沸腾传热等多种物理过程,极大影响了换热器自然循环和余热排出能力。目前PRHR HX数值分析方法对于一次侧流量分配及阻力特性考虑不足。本研究建立了多孔介质-管道级耦合计算方法,引入并联C形管道级流量分配及阻力迭代求解模型,提出了两侧网格控制体匹配及物理场通信策略,开发了适用于PRHR HX的自然循环及两相沸腾工况数学物理模型,实现了PRHR HX一次侧管道级分辨率物理场与二次侧多孔介质计算域间耦合分析计算。基于PRHR HX缩比实验台架数据进行了模型验证,研究了AP1000反应堆PRHR HX两侧耦合工况下的一次侧流量分配及阻力特性,分析了二次侧热分层特性随两侧各运行参数的变化规律。本研究能为PRHR HX的数值模拟分析和优化设计提供参考。

关键词： 安全工程   氢安全   氢气爆炸   车库  

摘要： 为研究车库内氢气意外泄漏后发生的爆炸事故,采用Hy RAM软件建模,对氢气爆炸进行了数值模拟。研究了不同环境温度、通风体积流量、通风口面积及通风口高度对氢气爆炸超压的影响,并针对降低氢气爆炸风险提出了安全措施。结果表明:泄漏直径越大,氢气爆炸风险越高;车库内氢气泄漏的爆炸超压与环境温度及通风条件等因素密切相关;环境温度越高,产生可燃氢气云的时间越快,氢气最大爆炸超压越小;增大通风体积流量、通风口面积与通风口高度均有利于氢气向车库外扩散,在一定程度上降低氢气最大爆炸超压,降低爆炸风险。研究结果可为氢燃料电池汽车车库等受限空间的设计及相关安全措施的制定提供参考。

关键词： CFD-DEM   淹没射流   流固耦合   敏感性分析   数值模拟  

摘要： 为研究砂质海床土体射流冲刷破坏过程,采用计算流体动力学与离散元耦合方法(CFD-DEM),建立了淹没条件下的射流破土流固耦合模型,利用正交试验设计和方差分析(ANOVA),深入探究了射流水速、喷嘴直径和靶距等参数对射流冲刷坑深度的影响。结果表明:CFD-DEM耦合模型数值计算结果与试验数据吻合较好;由参数分析可知,射流水速对坑深的影响效果明显;相同条件下较大的喷嘴直径有助于提高坑深,但这种效果会随着直径的持续增加而减弱;靶距存在最优值,在最优靶距条件下,冲刷坑深达到最大值;文章从数学上引入的敏感性参数分析方法,表明各参数对冲刷坑深影响的强弱程度为:射流水速>喷嘴直径>靶距。研究结果为水下淹没射流破土过程提供了一定的理论参考依据,同时有助于提高水下射流施工作业装备的效率和精度。