固体火箭发动机喉衬流场及热结构耦合分析 被引量：18

1

作者 张晓光 王长辉 +1 位作者 刘宇 任军学 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期579-583,共5页

为了准确预示固体火箭发动机喉衬在燃气环境中的烧蚀传热及热结构行为,建立了基于FLUENT流体计算软件和ANSYS结构分析软件的流场及热结构耦合分析模型。由FLUENT采用整场离散、整场求解的方法进行流固耦合烧蚀传热模拟,得到的压强及温... 为了准确预示固体火箭发动机喉衬在燃气环境中的烧蚀传热及热结构行为,建立了基于FLUENT流体计算软件和ANSYS结构分析软件的流场及热结构耦合分析模型。由FLUENT采用整场离散、整场求解的方法进行流固耦合烧蚀传热模拟,得到的压强及温度分布导入ANSYS进行结构分析,实现了流场与烧蚀传热的双向耦合以及流场、热到结构的单向耦合。算例结果表明,在发动机工作过程中,喉衬内壁对流换热系数因壁温升高而逐渐降低;内壁温度及烧蚀率遵循内壁热流密度的分布规律,在喉部上游达到峰值;喉部区域对流换热严重,固相材料温度梯度高,是应力集中区。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 喉衬 流场及热结构耦合 烧蚀

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高超声速复杂气动问题数值方法研究进展 被引量：16

2

作者 王江峰 伍贻兆 +3 位作者 季卫栋 樊孝峰 赵法明 吕侦军 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期159-175,共17页

高超声速流场具有复杂流动特征,其中真实气体效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等对气动力分析产生了重要影响。将流体力学研究扩展到分子动力学、电磁流体力学以及流固耦合等交叉学科领域,这给数值模拟方法带来了巨大挑战。针对... 高超声速流场具有复杂流动特征,其中真实气体效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等对气动力分析产生了重要影响。将流体力学研究扩展到分子动力学、电磁流体力学以及流固耦合等交叉学科领域,这给数值模拟方法带来了巨大挑战。针对高超声速气动力/热分析的热点问题,重点关注高温效应与低密度流动效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等,结合算例分析了相应的数值求解技术;在气动热方面主要比较了3类求解方法(纯工程方法、纯数值方法和基于Prandtl边界层理论的方法),并给出了相应算例;对于气动力/热/结构耦合问题,从耦合模型及耦合计算方法两方面开展了分析。最后指出了高超声速复杂气动问题数值求解技术未来需重点关注的几个方面。 展开更多

关键词 高超声速 数值模拟 气动加热 磁流体力学 气动热弹性力学 气动力/热/结构耦合

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高超声速进气道前缘流场-热-结构耦合分析 被引量：7

3

作者 张胜涛 陈方 刘洪 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期436-443,共8页

通过分析高超声速流场-热-结构耦合问题的机理过程,对多场耦合模型进行了数学物理描述,以此发展了松耦合分析策略框架。在此基础上,采用自适应耦合计算时间步长、混合插值策略和复杂外形网格变形等方法,实现了多场耦合分析平台。针对高... 通过分析高超声速流场-热-结构耦合问题的机理过程,对多场耦合模型进行了数学物理描述,以此发展了松耦合分析策略框架。在此基础上,采用自适应耦合计算时间步长、混合插值策略和复杂外形网格变形等方法,实现了多场耦合分析平台。针对高超声速飞行器进气道前缘结构的耦合特征进行了初步分析研究,计算结果揭示了在持续长时间飞行条件下流场-热-结构耦合的时空分布特征,为深入开展高超声速飞行器热防护系统的综合性能评估及优化提供了理论与技术支撑。 展开更多

关键词 高超声速流动 进气道 流场-热-结构耦合 热防护 自适应耦合步长 耦合策略 激波相互作用

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多场耦合效应对高超声速进气道入口参数影响 被引量：7

4

作者 代光月 贾洪印 +2 位作者 曾磊 刘磊 邱波 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1267-1274,共8页

为了研究多场耦合效应对高超声速进气道入口参数的影响,采用自主开发的热环境/热响应耦合计算分析平台FL-CAPTER,对吸气式高超声速进气道前体进行了数值仿真研究。介绍了采用的多物理场耦合分析策略及不同物理场求解方法,通过圆管和两... 为了研究多场耦合效应对高超声速进气道入口参数的影响,采用自主开发的热环境/热响应耦合计算分析平台FL-CAPTER,对吸气式高超声速进气道前体进行了数值仿真研究。介绍了采用的多物理场耦合分析策略及不同物理场求解方法,通过圆管和两级压缩楔外形,初步验证了多场耦合分析方法的可靠性。以此为基础,研究了进气道前体在长时间巡航飞行条件下的结构温升情况和宏观变形量,分析了进气道结构变形对入口参数的影响。结果表明:进气道前体迎风区域和背风区域不均匀的温度分布引起热应力变化,进气道前体压缩面在多场耦合效应作用下上翘约20mm,考虑变形影响后,进气道偏离设计状态,激波边界层干扰效应增强,喉道附近的分离区域有所增大,进气道入口的质量流量增加约4.2%,喉道平均马赫数降低,静压升高,总压恢复系数降低。 展开更多

关键词 多场耦合 高超声速进气道 气动热 热响应 变形 入口参数

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排盐泵热流固耦合特性分析 被引量：5

5

作者 王勇 李雨 +3 位作者 罗凯凯 严骏 陈杰 唐晓晨 《流体机械》 CSCD 北大核心 2017年第12期22-26,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 排盐泵 诱导轮 热流固耦合 应力应变

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考虑力/热/结构多场耦合效应的飞行弹道预测 被引量：4

6

作者 代光月 曾磊 +3 位作者 刘深深 冯毅 唐伟 桂业伟 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期95-106,共12页

高超声速飞行器气动力/热/结构多场耦合的一个典型效应是热弹性变形,从而引起气动力变化及配平变化,并进一步改变飞行弹道与控制方案。将FL-CAPTER高超声速多场耦合分析软件拓展至飞行力学领域,建立了考虑气动力/热/结构多场耦合效应影... 高超声速飞行器气动力/热/结构多场耦合的一个典型效应是热弹性变形,从而引起气动力变化及配平变化,并进一步改变飞行弹道与控制方案。将FL-CAPTER高超声速多场耦合分析软件拓展至飞行力学领域,建立了考虑气动力/热/结构多场耦合效应影响的弹道模拟新方法,并针对给定舵偏角下自主配平控制的助推-压缩楔组合体外形,开展不同耦合时间尺度下的飞行弹道特性研究,初步探讨分析了多场耦合效应对飞行弹道的影响。研究结果表明:对于助推-压缩楔组合体外形,考虑多场耦合效应后,变形将带来配平迎角增大,飞行器升力、阻力同时增大,升阻比降低,弹道飞行高度增加,飞行马赫数降低,航程变短等一系列影响;同时,气动/弹道耦合计算时间步长的选取对弹道仿真结果存在较大影响,当步长选取过大时,会带来非物理振荡,导致计算结果失真;所提出的基于变形量回溯插值技术的双时间步修正方法能够有效提高弹道仿真精度,削弱因时间步长选取过大造成的非物理振荡。相关研究对认识多场耦合效应与飞行弹道的耦合机理及弹道设计等可提供重要参考。 展开更多

关键词 力/热/结构多场耦合 飞行弹道 时间步长 气动/弹道耦合 高超声速

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汽轮机阀门活动试验工况下高压第一级动叶热应力分析

7

作者 石睿 乔志刚 +1 位作者 姜伟 谢诞梅 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期49-56,共8页

针对阀门活动试验工况下的叶片安全问题,以某1 000 MW核电汽轮机组高压缸第一级动叶片及其进汽腔为研究对象,通过商业仿真软件ANSYS,对机组额定工况以及95%和85%额定工况下的阀门活动试验工况进行了数值模拟,并通过瞬态流-热-固耦合方法... 针对阀门活动试验工况下的叶片安全问题,以某1 000 MW核电汽轮机组高压缸第一级动叶片及其进汽腔为研究对象,通过商业仿真软件ANSYS,对机组额定工况以及95%和85%额定工况下的阀门活动试验工况进行了数值模拟,并通过瞬态流-热-固耦合方法,对进汽腔后第一级动叶进行了热应力及变形分析。结果表明:在全周进汽下,调节阀关闭使进汽腔后出现非均匀流场,动叶热应力受流场影响有较大波动,3种工况下叶片所受极值热应力在18~55 MPa之间,叶片瞬态最大变形量在0.498~0.52 mm之间;降低至机组额定功率的95%和85%进行阀门试验,使叶片平均极值热应力分别上升15.1%和23.2%,由于热应力极值小于材料的疲劳极限,认为95%和85%额定功率下的阀门活动试验对叶片安全运行产生威胁不大。 展开更多

关键词 核电汽轮机 阀门活动试验 流-热-固耦合 动叶热应力

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飞行器前体-进气道热变形效应对进气性能影响的流/热/固耦合数值模拟

8

作者 李思逸 刘磊 +3 位作者 杨肖峰 王梓伊 杜雁霞 桂业伟 《气体物理》 2023年第4期18-26,共9页

进气性能是吸气式高超声速飞行器进气道设计的重要指标。在长时间气动热载荷作用下,飞行器前体和进气道均会产生不同程度的热变形现象,改变进气道内部气流组织和流场结构,影响进气性能甚至危及飞行安全。基于自主研发的热环境/热响应耦... 进气性能是吸气式高超声速飞行器进气道设计的重要指标。在长时间气动热载荷作用下,飞行器前体和进气道均会产生不同程度的热变形现象,改变进气道内部气流组织和流场结构,影响进气性能甚至危及飞行安全。基于自主研发的热环境/热响应耦合计算分析平台,开展了飞行器典型前体-进气道结构的流/热/固耦合数值模拟,分析了前体压缩面和唇口构型的热变形效应对进气道波系结构和进气性能的影响规律。分析表明:长时间巡航状态下,考虑热变形影响时,进气道唇口会偏离设计状态,波系随局部变形而发生位移和振荡,导致进气道入口流量系数上升,总压恢复系数下降,升压比上升。热变形导致进气性能相关影响需在吸气式飞行器设计中予以重点关注。 展开更多

关键词 前体-进气道 流/热/固耦合 高超声速 热变形 进气性能

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基于流固热耦合的硅基微通道散热器特性分析 被引量：3

9

作者 黄豪杰 钱吉裕 魏涛 《中国电子科学研究院学报》 北大核心 2022年第9期842-847,共6页

通过对高热流度散热条件下内嵌平行微通道和岐管式微通道结构的两层多芯片硅基微通道散热器进行仿真分析,对比两种结构的流动和传热特性差异,进而对该晶圆级键合的硅基板进行热应力耦合仿真,分析两种不同结构下各层硅基板的应力分布。... 通过对高热流度散热条件下内嵌平行微通道和岐管式微通道结构的两层多芯片硅基微通道散热器进行仿真分析,对比两种结构的流动和传热特性差异,进而对该晶圆级键合的硅基板进行热应力耦合仿真,分析两种不同结构下各层硅基板的应力分布。系统设计中单芯片热流密度为1000 W/cm^(2),芯片热耗共640 W,流道采用串并联对称设计。平行微通道和岐管式微通道的特征宽度为0.2 mm,高度/深度为0.35 mm。结果表明,相比平行微通道,岐管式微通道可获得更低的芯片温度,更陡峭的流阻特性曲线,但均温性相当;不同结构和温度分布导致的应力集中区域和翘曲变形方向不一致。 展开更多

关键词 高热流密度散热 平行微通道 岐管式微通道 流固热耦 硅基微通道

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基于分解协调移动极值响应面法的多构件结构动态可靠性分析 被引量：2

10

作者 马楠 路成 《航空工程进展》 CSCD 2020年第4期540-548,共9页

多个构件装配而成的复杂结构可靠性分析存在计算流程繁琐、计算效率低的问题。基于极值响应面法、移动最小二乘法和分解协调的策略,提出分解协调移动极值响应面法(DCMERSM),对考虑流-热-固耦合作用的航空发动机高压涡轮叶盘径向变形进... 多个构件装配而成的复杂结构可靠性分析存在计算流程繁琐、计算效率低的问题。基于极值响应面法、移动最小二乘法和分解协调的策略,提出分解协调移动极值响应面法(DCMERSM),对考虑流-热-固耦合作用的航空发动机高压涡轮叶盘径向变形进行动态可靠性分析,通过对比直接模拟和分解协调极值响应面法(DCERSM),对DCMERSM在建模特性和仿真性能方面的有效性和适用性进行验证。结果表明:DCMERSM不仅适用于转子机械动态可靠性分析,同时还可以用于复杂机械多构件结构可靠性分析。 展开更多

关键词 动态可靠性 多构件结构 分解协调移动极值响应面法 涡轮叶盘 流-热-固耦合

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“Ⅳ型”激波干扰中流-热-固耦合问题一体化计算分析 被引量：1

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作者 李佳伟 王江峰 +2 位作者 杨天鹏 李龙飞 王丁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期59-71,共13页

针对高超声速进气道前缘"Ⅳ型"激波干扰产生的气动加热与结构传热多物理场耦合计算问题,发展了一种基于有限体积法的流-热-固一体化计算方法。该方法采用一体化控制方程组统一离散求解外部高速流场与内部结构温度场,规避了传... 针对高超声速进气道前缘"Ⅳ型"激波干扰产生的气动加热与结构传热多物理场耦合计算问题,发展了一种基于有限体积法的流-热-固一体化计算方法。该方法采用一体化控制方程组统一离散求解外部高速流场与内部结构温度场,规避了传统分区耦合算法在时间域内交替迭代的繁琐数据交换策略。另外,提出一种新的双温阻模型计算流-固交界面的物性参数以保证计算准确性,采用LU-SGS隐式时间迭代和自适应时间步长以提高计算效率。采用经典高超声速二维圆管流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,计算结果与试验值和参考文献数据吻合较好,证明了该方法的可靠性和正确性。利用一体化方法对高超声速前缘"Ⅳ型"激波干扰流-热-固耦合问题进行定常/非定常计算与分析,给出了温度与热流的时变特性,计算结果表明,激波干扰作用产生的超声速"喷流"不断冲击壁面,使得壁面最大压力系数增大约9倍,壁面最大热流增大约4.7倍,给高速飞行器的热防护设计与选材带来严峻挑战。同时,也表明了一体化计算方法可以较好地用于长航时飞行条件下与复杂飞行环境下的高超声速热防护系统的热环境特性分析与综合性能评估。 展开更多

关键词 “Ⅳ型”激波干扰 流-热-固耦合 一体化计算方法 高超声速 有限体积法

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PECVD装置的有限元分析及结构优化 被引量：1

12

作者 吴晓松 褚学宁 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第7期1-3,共3页

针对PECVD装置在真空高温工作环境下存在的热变形问题,运用有限元流—热—结构耦合分析方法,对装置结构进行流固耦合传热特性分析,得出装置的稳态温度场分布情况,将分析结果作为装置流—热—结构耦合分析的边界条件加载到装置结构上,求... 针对PECVD装置在真空高温工作环境下存在的热变形问题,运用有限元流—热—结构耦合分析方法,对装置结构进行流固耦合传热特性分析,得出装置的稳态温度场分布情况,将分析结果作为装置流—热—结构耦合分析的边界条件加载到装置结构上,求得装置在热载荷和结构载荷综合作用下的变形情况。基于原有装置结构的分析结果,分析装置变形的主要原因,提出可行的优化改进方法。有限元分析结果表明,装置变形是热载荷和结构载荷综合作用的结果,其中热载荷为装置变形的主要因素;减小热载荷是控制装置变形,保证装置正常工作及可靠性的一个非常重要的因素。 展开更多

关键词 PECVD装置 热变形 流—热—结构耦合分析 有限元 结构优化

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基于MEMS技术的气动式红外探测器的计算机模拟

13

作者 吴峻苗 邹德恕 +1 位作者 徐晨 沈光地 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第z1期416-417,419,共3页

提出了一种可工作于室温环境下、基于MEMS技术的气动式红外探测器,它由束缚于微型腔体内、对特定波段的红外辐射具有吸收作用的气体介质构成。通过气体介质热膨胀引起的弹性薄膜形变,可获得包含红外辐射源信息的信号。建立了符合器件工... 提出了一种可工作于室温环境下、基于MEMS技术的气动式红外探测器,它由束缚于微型腔体内、对特定波段的红外辐射具有吸收作用的气体介质构成。通过气体介质热膨胀引起的弹性薄膜形变,可获得包含红外辐射源信息的信号。建立了符合器件工作机制的物理模型,并通过有限元模型和流体-热-结构耦合模拟获得了微型腔体内气体介质的温度、速度场分布以及弹性薄膜的形变。 展开更多

关键词 微机械 气动式红外探测器 流体-热-结构耦合

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