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超高转速机械密封热力耦合变形分析

润滑与密封 2024年第8期49卷 175-181页

作者：谢星王永乐丁思云李香梁彦兵彭骞合肥通用机械研究院有限公司安徽合肥230031 通用机械关键核心基础件创新中心(安徽)有限公司安徽合肥230031 合肥通用环境控制技术有限责任公司安徽合肥230031

针对超高转速机械密封热力耦合变形问题,建立机械密封环三维结构模型,根据实际运行工况与经验计算公式确定密封环热载荷与力载荷边界条件。采用有限元方法,开展常温与高温工况下密封环温度与变形场计算,分析不同转速与冷却水压力下密封... 详细信息

针对超高转速机械密封热力耦合变形问题,建立机械密封环三维结构模型,根据实际运行工况与经验计算公式确定密封环热载荷与力载荷边界条件。采用有限元方法,开展常温与高温工况下密封环温度与变形场计算,分析不同转速与冷却水压力下密封环端面最高温度与最大轴向变形量变化。结果表明:常温工况下,密封环温度分布受端面摩擦热影响,密封端面最高温度为220℃,密封环变形量较小,且端面最高温度和轴向变形量随着转速的增大而增大;高温工况下,密封环温度分布受端面摩擦热和高温介质传热影响,密封端面最高温度为746℃,密封环变形量大,且端面最高温度随着转速的增大而增大,最大轴向变形量随着转速的增大而减小;内静环端面最大轴向变形量随冷却水压力的增加呈先减小后增大。

关键词：机械密封超高转速有限元计算热力耦合变形分析

CF_(4)-GMET和G-PT处理对AR+AF涂层耐磨性能的影响

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表面技术 2024年第13期53卷 104-117页

作者：陈立郑学军贺楚才黄乐彭井泉左滨槐湘潭大学湖南湘潭411105 湘潭宏大真空技术股份有限公司湖南湘潭411104

目的在兼顾涂层抗反射性和疏水性的前提下,通过强化抗反射(AR)多层复合膜系与抗指纹(AF)涂层之间的黏附力,提升复合涂层的机械耐久性能。方法采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积AR多层复合膜系,首创性地采用CF_(4)气体微刻蚀(CF_(4)-Gas Mi... 详细信息

目的在兼顾涂层抗反射性和疏水性的前提下,通过强化抗反射(AR)多层复合膜系与抗指纹(AF)涂层之间的黏附力,提升复合涂层的机械耐久性能。方法采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积AR多层复合膜系,首创性地采用CF_(4)气体微刻蚀(CF_(4)-Gas Micro-etching Treatment,CF_(4)-GMET)与石墨等离子体(Graphite Plasma Treatment,G-PT),依次对AR膜系表面进行处理后,将AF试剂蒸镀附于AR层表面并冷却,即可得到具有超强耐磨性的AF/CF_(4)-GMET&G-PT SiO_(2)/AR抗反射疏水涂层。结果CF_(4)-GMET对AR表层SiO_(2)处理后,其表面“柱状尖峰”消失,得到低粗糙度针状表面,并增大了SiO_(2)与AF涂层的接触比表面积。G-PT处理大幅提高了表层SiO_(2)亲水性,从而使得SiO_(2)表面黏附功增大。经2道工艺处理后,SiO_(2)表面粗糙度降低,黏附功先降后升为最大值,蒸镀AF疏水涂层后界面结合最为稳定,耐磨性能显著增强。在负载为1000 g的钢丝绒摩擦10000次后,抗反射疏水涂层的水接触角(WCA)从117.7°下降至113.6°,磨损率仅为3.4%,耐磨性能极佳。结论对AR膜系表层SiO_(2)进行CF_(4)-GMET和G-PT处理,能显著提高抗反射疏水涂层的耐磨性能,而对光学透过率基本无影响。

关键词：疏水性 CF_(4)气体微刻蚀石墨等离子体处理抗反射疏水涂层耐磨性

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新型工业微反应器的开发研究

流体机械 2024年第2期52卷 40-47页

作者：张秋双陈永东韩冰川于改革合肥通用机械研究院有限公司合肥230031

针对目前工业领域的微反应器存在处理能力小、设备耐压耐温能力有限、紧凑度低和流速低等缺陷,开发了一种应用于特定领域的新型工业微反应器,“蚀刻+扩散焊”工艺使其具有极好的耐压耐温性能,制造工艺使设备高度紧凑且内部通道灵活多变... 详细信息

针对目前工业领域的微反应器存在处理能力小、设备耐压耐温能力有限、紧凑度低和流速低等缺陷,开发了一种应用于特定领域的新型工业微反应器,“蚀刻+扩散焊”工艺使其具有极好的耐压耐温性能,制造工艺使设备高度紧凑且内部通道灵活多变,在特定的化工工艺中具有巨大的优越性。针对新型工业微反应器的开发提出了拱形混合结构(AFMS),矩形混合结构(RFMS)和碰撞流混合结构(CFMS)3种混合结构,采用数值模拟方法研究其混合性能。结果表明,混合效果随着雷诺数的增加而增加,在湍流条件下可以获得理想的混合效果;与AFMS相比,RFMS和CFMS在一定程度上可以促进混合过程,但会带来较大的压力损失,混合指数与压降比进一步验证了AFMS是最佳结构;当100研究结果为新型微反应器原型的结构设计提供重要参考。

关键词：新型微反应器混合指数压降数值模拟

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考虑相变的晶体塑性有限元模型开发及验证

塑性工程学报 2024年

作者：杨浩唐伟琴李大永合肥通用机械研究院有限公司上海交通大学机械与动力工程学院

为从理论角度研究变形诱发马氏体相变规律,将相变机制与位错滑移机制结合,从单晶层面建立了考虑相变的晶体塑性本构模型,通过有限元法将单晶耦合,建立了考虑相变的多晶体塑性有限元模型。基于原位中子衍射实验结果,通过模拟退火法可以... 详细信息

为从理论角度研究变形诱发马氏体相变规律,将相变机制与位错滑移机制结合,从单晶层面建立了考虑相变的晶体塑性本构模型,通过有限元法将单晶耦合,建立了考虑相变的多晶体塑性有限元模型。基于原位中子衍射实验结果,通过模拟退火法可以有效标定模型的硬化参数和相变参数。结果表明,该模型能够有效复现QP1180钢塑性变形过程中的宏观应力-应变曲线和微观结构演化,如残余奥氏体体积分数演化、各相不同晶面晶格应变和衍射强度演化,并且能够预测各相的织构演化。此外,通过建立不同相分布和网格数量的代表体积元模型,还验证了模拟结果具有相随机分布和网格无关性。

关键词：晶体塑性马氏体相变晶格应变衍射强度织构

夏热冬冷地区典型城市住宅冬季室内环境热舒适性研究

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流体机械 2024年第5期52卷 91-98,104页

作者：柯瑶王汝金张欢聂颖王寿川宋哲合肥通用机械研究院有限公司合肥230031 合肥通用环境控制技术有限责任公司合肥230031

针对夏热冬冷地区城市住宅建筑冬季室内热环境舒适度较差的现状,在典型城市合肥进行了冬季住宅室内空气温度、黑球温度、相对湿度与空气流速等客观热环境参数的测试,并对测试现场居民的室内着装、主观热感觉评价与热期望等进行问卷调查... 详细信息

针对夏热冬冷地区城市住宅建筑冬季室内热环境舒适度较差的现状,在典型城市合肥进行了冬季住宅室内空气温度、黑球温度、相对湿度与空气流速等客观热环境参数的测试,并对测试现场居民的室内着装、主观热感觉评价与热期望等进行问卷调查统计。结果表明:地区住宅室内环境普遍偏冷,低于现行建筑热环境标准规定的热舒适范围,客观热环境条件较为恶劣,受访者虽对室内热湿环境接受度良好,但仍存在接近半数人员期望室内环境能够更加温暖,居民对冬季住宅热环境的改善需求较高。运用统计学方法对样本数据进行回归分析,得出预测平均热感觉指标PMV和热感觉投票TSV与室内操作温度关系,基于理论预测模型结果与实测值差异分析,确定该城市居民冬季实际的热中性温度为18.5 ℃,在可接受率为90%下的地区室内操作温度舒适范围为14.4~22.6 ℃。研究结果可为夏热冬冷地区家居环境热舒适的设计、营造与评价提供参考依据。

关键词：夏热冬冷地区室内热环境热舒适预测平均热感觉指标热感觉投票

基于湍流模型的螺旋槽机械密封端面流动特性分析

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流体机械 2024年第9期52卷 31-38页

作者：谢星张翊勋丛国辉刘杰王永乐丁思云李鲲合肥通用机械研究院有限公司合肥230031 合肥通用环境控制技术有限责任公司合肥230031 中广核工程有限公司广东深圳518124

为了研究高转速液膜润滑螺旋槽机械密封湍流流动特性,基于k-ω湍流模型,计算了密封端面液膜相对速度、压力与湍动能分布,并分析了不同转速与膜厚下密封开启力、泄漏率与端面各流动熵产损失占比。结果表明:槽区位置流体速度小,密封堰区... 详细信息

为了研究高转速液膜润滑螺旋槽机械密封湍流流动特性,基于k-ω湍流模型,计算了密封端面液膜相对速度、压力与湍动能分布,并分析了不同转速与膜厚下密封开启力、泄漏率与端面各流动熵产损失占比。结果表明:槽区位置流体速度小,密封堰区流体速度大;液膜压力分布呈周期性,在螺旋槽背面前1/2流向位置处产生了空化;螺旋槽入口湍动能较大,在螺旋槽深度方向上,越靠近密封动环螺旋槽底壁面,流体湍动能越大;流体膜区域总熵产损失明显大于螺旋槽区域,总壁面熵产损失占比≥60%,总湍流流动损失占比≥30%;随着转速增加,开启力与泄漏率增大,壁面熵产损失增加,直接熵产损失降低,当转速≥10000 r/min时,湍流与脉动熵产损失相对稳定,占比35.64%~37.24%;随着膜厚增加,开启力降低,泄漏率增大,壁面熵产损失先增大后减小再增大,直接熵产损失降低,当膜厚≥4μm时,湍流与脉动熵产损失相对稳定,占比40.26%~42.15%。研究结果可为高转速低能耗机械密封结构设计提供理论指导。

关键词：机械密封螺旋槽湍流流动损失

SOFC阴极空气预热器耦合传热特性及参数影响分析

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流体机械 2024年第6期52卷 25-32页

作者：宋嘉梁陈永东于改革邹宏伟合肥通用机械研究院有限公司合肥230031

针对固体氧化物燃料电池(SOFC)高温区碳化硅基阴极空气预热器这一新型换热设备,开展极高温工况下的烟气-空气的辐射-导热-对流耦合传热特性及参数影响分析,基于ANSYS Fluent采用DO模型分析高温气体辐射换热及气体吸收系数对换热器性能... 详细信息

针对固体氧化物燃料电池(SOFC)高温区碳化硅基阴极空气预热器这一新型换热设备,开展极高温工况下的烟气-空气的辐射-导热-对流耦合传热特性及参数影响分析,基于ANSYS Fluent采用DO模型分析高温气体辐射换热及气体吸收系数对换热器性能的影响,并与S2S模型及不考虑辐射换热模型的计算结果进行对比;同时研究了壁面发射率及烟气进口温度对耦合传热的影响规律。结果表明,烟气进口温度800~1100℃条件下,辐射换热的影响较大,但烟气吸收系数及气体辐射的影响可以忽略;壁面发射率、烟气入口温度对耦合传热的影响非常明显,壁面发射率和烟气入口温度越高,空气出口温度越高。研究结果可为碳化硅基阴极空气预热器的设计提供理论依据。

关键词： SOFC 阴极空气预热器碳化硅热辐射耦合传热特性

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旋流通道内超临界氮的换热性能研究

流体机械 2024年第8期52卷 31-38页

作者：夏春杰陈永东吴晓红宋嘉梁邓靜程沛合肥通用机械研究院有限公司传热技术与装备研究所合肥230031

为了研究超临界氮在旋流通道内的换热性能,通过试验和数值模拟的方法,分析了超临界氮物性变化在螺旋管沿程及周向引起的流动传热变化,以及流动参数、结构参数对换热系数h、流体温度Tf、壁面温度Tw、压力P1的影响,并对各结构参数的灵敏... 详细信息

为了研究超临界氮在旋流通道内的换热性能,通过试验和数值模拟的方法,分析了超临界氮物性变化在螺旋管沿程及周向引起的流动传热变化,以及流动参数、结构参数对换热系数h、流体温度Tf、壁面温度Tw、压力P1的影响,并对各结构参数的灵敏度做了量化分析。结果表明,流体温度位于临界温度127.15 K附近时,换热系数达到峰值;管径d对h,Tout,P1的灵敏度值最大分别约为2.47,0.42,2.15,说明d值变化对流动传热影响最大;对数据进行处理,拟合出基于螺旋管结构特性的超临界氮传热关联式,模拟值和公式值最大误差为12%。研究结果可为螺旋管换热器的应用推广提供参考。

关键词： LNG气化器螺旋管超临界氮数值模拟换热性能

焊接工艺对LNG储罐用高锰钢焊接接头组织和性能的影响

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压力容器 2024年第5期41卷 29-35页

作者：郭广飞章小浒任明皓房务农莫德敏肖辉英合肥通用机械研究院有限公司合肥230031 舞阳钢铁有限责任公司河南平顶山462500 天津市金桥焊材集团股份有限公司天津300300

为了推动新型国产低温高锰钢及相应焊材在LNG储罐国产化中的应用,利用扫描电子显微镜、光学显微镜并通过常温拉伸、弯曲、低温冲击以及显微硬度等试验,研究了熔化极气体保护焊(GMAW),埋弧焊(SAW)和焊条电弧焊(SMAW)3种不同的焊接工艺对... 详细信息

为了推动新型国产低温高锰钢及相应焊材在LNG储罐国产化中的应用,利用扫描电子显微镜、光学显微镜并通过常温拉伸、弯曲、低温冲击以及显微硬度等试验,研究了熔化极气体保护焊(GMAW),埋弧焊(SAW)和焊条电弧焊(SMAW)3种不同的焊接工艺对LNG储罐用低温高锰钢焊接接头组织和性能的影响。结果表明,3种焊接工艺的热影响区组织为奥氏体与少量夹杂物颗粒,熔合线附近晶粒粗大且狭长,焊缝组织为柱状晶。硬度最低值均位于焊缝中心,拉伸试验断裂位置均为焊缝部位。3种焊接工艺焊接接头抗拉强度分别为839.2,863.8,675.2 MPa,拉伸和弯曲性能均能满足要求。-196℃时的焊缝冲击吸收能量值分别为123,100,83.7 J,冲击断口均为韧性断裂。在焊接低温高锰钢时应严格控制热输入,从而保证低温高锰钢的焊接质量。

关键词： LNG储罐低温高锰钢焊接工艺力学性能显微组织