路灯车出租   路灯车热能发生器上轴承外壳、定子和转子是主要过流部件，具有较复杂的结构   路灯车出租, 路灯车租赁, 路灯车公司     由于受到流场的作用，应力分布较为复杂，对于热能发生器结构的优化及失效情况的分析中，这些过流部件上的温度、应力、变形参数是相当关键的。因此对应力场、湿度场的分析十分重要。采用热流固三个物理场的賴合，综合考虑了热能发生器材质和结构影响因素。建立了热能发生器进口环形流道、定子和转子等主要过流承压部件与流体介质锅合的计算模型，利用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｄｉ平台进行热能发生器热流固賴合的数值计算。研究了额定转速下不同材质和结构参数下热能发生器主要过流部件的温度场、热应力和变形情况及叶片强度问题，为热能发生器的优化设计提供参考依据由于热能发生器在工作过程中，过流部件的应变问题属于小变形问题，叶片的变形对周围压力场、温度场等的影响较小，因此本文采用单向热－流－固縄合分析的方法对热能发生器主要过流部件进行分析。最后将上文汽蚀分析的结果与本章热流固賴合分析的结果相结合，综合考虑后优选出单因素情况下热能发生器性能较佳的结构参数，然后将这些参数进行排列组合后再进行分析，最后得出一个最佳的组合参数。

  

     首先在Ｐｒｏ／Ｅ三维建模软件中分割出轴承外壳、定子、转子固体模ｇ以及相对应的进口环形流道、定子域和旋转域的流体区域，并对模型的各个边界行命名，再在Ｍｅｓsｉｎｇ模块中对流场进行网格划分；然后，导入ＣＦＸ，使用传热模型和揣流模型，按照上文流场分析情况设置边界条件和流－固锅合交界面，进行流场计算。流场计算结束后进入Ｓｔｅａｄｙ－ＳｔａｔｅSＴ三ｅｒｍａｌ模块，将流场计算得到的流－固賴合交界面上的湿度载荷加载到热能发生器固体部件相应的流－固帮合交界面上，再没置过流部件上的其他热边界，解算得到热能发生器过流部件固体壁面上的温度场和热通量场，最后在ＳｔａｔｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ模块中，将流场分析计算得到的流－固稱合交界面上的压力分布加载到相应的固体壁面上，同时将Ｓｔｅａｄｙ－ＳｔａｔｅSＴ三ｅｒｍａｌ模块中计算得到的温度场加载到相应的固体区域上，并设置相应的约束条件，计算得到固体区域的变形、应力及应变情况。

     由于热能发生器模型左右对称，因此取模型的一半进行分析。模型中包括流域部分和轴承外壳、定子以及转子三个主要过流部件。分别对各部分进行网格划分，划分网格时采用适应性较强的自动划分方法，控制全局网格大小，划分结果得到流域的６６５５５９个网格，轴承外壳３４８１６３个网格，定子１００８６０个网格，转子６５１８２个网格。  热能发生器内部过流部件几何形状复杂，所要承受的主要载荷有离心力载荷、热载荷及水流的压力载荷等；显然，要进行精确的应力分析所需要的计算工作量和数据准备都很大，而且计算周期很长；因此，为满足方案设计的要求，需要对热能发生器实际承受载荷的情况进行合理简化，Ｗ便采用简便的应力分析方法，得到准确的应力分析结果。 只要给定材料密度并施加一个旋转角速度，ＡＮＳＹＳ软件就会自动计算各单元的离心力。(2）热载荷由于热能发生器工作时转子高速旋转对水流加热，热传递到过流部件上发生变形并相互制约，因而产生热载荷。热载荷产生的热应力与过流部件的温度梯度和所受的几何约束有关。几何约束越紧，温度梯度越大，相应的热应力越大。热载荷与几何边界条件息息相关，常用温度场的形式来描述。本文采取顺序帮合的方法进行热－结构的賴合计算，将计算得到的温度场分布作为温度边界条件，并考虑实际情况和边界条件，计算出热应力. （３）压力载荷压力载荷是一种表面分布压力（非均布力，它沿径向或轴向的分布是不均匀的），它作用在各个表面，可通过三维流场计算得到。通过上述分析，对热能发生器过流部件强度的分析研究主要根据离心力、热应力及压力载荷考虑其承受的静载情况。轴承外壳和定子工作时静止，在轴孔处和螺栓孔处施加固定约束即可。转子工作时Ｗ额定转速４０００ｒ／ｍｉｎ高速旋转，对其施加旋转驱动和旋转速度，并在轴孔与轴肩相接触的地方施加轴向约束。

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      热能发生器原采用ＺＧｌＣｒｌ８Ｍ９材料，由于在这种材料下，热能发生器产生严重脱落失效，因此第六章中采用实验手段，模拟实际工况条件，得到四种材料的汽蚀状况，优选出最佳材料。本节将在其基础上，采用热流固輔合的方法，对四种材质的安全裕度进行分析，从而对以上优选材料的使用安全性进行评价。四种材质的相关参数如下表所示：利用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃ三软件对离心力、温差应力及流场压力共同作用下的热能发生器主要过流部件进行分析后，得到一下结果：通过ＣＦＤ计算可以得到热能发生器内部流动和传热情况，进而通过热分析得到热能发生器固体结构上的温度分布。 热能发生器三个主要过流部件上温度的分布云图，轴承外壳、定子内壁面与流体接触传递溫度，外壁面与空气接触散热；转子整体都置于流场中，其外壁面即为流－固交界面进行温度载荷的传递面。 轴承外壳上的温度分布，从进口环形流道上的２５．００９°Ｃ向外壁面逐渐降低至１９．９６８°Ｃ，因为外壁面与空气接触散热；定子温度分布，定子叶片上的温度最高达到４７．９１３°Ｃ，在三个进口通道处温度低于其他位置，因为进口处为冷流体，最高温度为进口环形流道上的流体温度，由叶片至定子外壁面的温度呈一定梯度降低；转子上的温度分布，由图可见转子上的温度分布范围较小，在３７．０６１- ４７．９７３°Ｃ之间变化。因为转子整体均处于流场中，温度变化不大，转子叶片上有三个接近定子进口流道的区域上温度相对其他区域较低，由于进口流体为冷流体，且源源不断地流进，降低了此处旋转域上的溫度。上表为不同材料下各部件上的最高温度值，表中显示不同材料在各部件上的温度值不变，表明材料对部件上温度的影响不大。热通量是指单位传热面积上的传热速率，热通量越大表明温度变化越大。 轴承外壳上的热通量分布，在环形流道的内壁上以及轴承外壳外壁面上的热通量较大，因为进口温度为２５°Ｃ高于空气温度２０°Ｃ，从内壁面到外壁面上存在散热，这些地方散热最大，温度变化较大，因此热通量较大。 定子上的热通量分布，图中显示在进口的工个流道上热通量大于其他区域，因为这三个进口流入的是冷流体，当冷流体进入时突然与热流体混合，会发生温度的剧烈变化，因此这三个进口上的热通量较大。 转子上的热通量分布，转子叶片上与定子进口接触的三个区域上热通量较大，因为这Ｓ个地方是冷流体与热流体接触，温度变化较大。不同材料热能发生器上各部件的热通量值，热通量大小顺序为碳素钢Ｑ２３５Ａ＞铸铁刖２５０＞铁合金ＴＣ４＞不锈钢０Ｃｒｌ３，表明不锈钢的温度变化最小，碳素钢的温度变化最大，铸铁次之，其次为铁合金。因为碳素钢的热导率最大，传热效果好，因此湿度变化也越大，热通量较大；不锈钢的热导率最小，传热差，因此温度变化越小，热通量越小。为保证热能发生器工作的稳定性，提高工作效率，选择温度变化较小的材料，从这里热通量的分析来看，不锈钢０１３是最佳的选择。

       热能发生器上轴承外壳、定子与转子上的热应力分布图。轴承外壳上最大热应力为２１．１８６ＭＰａ，主要分布在螺栓孔和内部进口环形流道上；定子上最大热应力为１５９．５９ＭP，主要分布在螺栓孔、叶片轮穀及叶片吸力面上；转子最大热应力为１８４．９９MP，主要分布在叶片轮穀、叶片吸力面上，在叶片轮穀根部靠近轴肩的地方出现应力集中。以上热应力较大区间是容易产生失效的部位，同时与前文热能发生器失效分析中各部件上的失效情况吻合，验证了文章采用热流固賴合分析方法的可靠性。不同材料下热能发生器三个主要过流部件上的最島热应力值。在额定工况下，不同材料的热应力值均在材料的极限强度Ｗ内，表明此时四种材料的强度均满足要求。不同材料的热应力也不同，不锈钢〇Ｃｒｌ３＞碳素钢Ｑ２３５Ａ＞铸铁Ｔ２５０＞铁合金ＴＣ４，这与材料密度和硬度呈正比关系。即使不锈钢的热应力最大，但是也在材料的极限强度以内，所以从这里来看，四种材料均满足要求。热能发生器主要过流部件上的总变形情况。轴承外壳的变形情况，图中显示在两螺栓孔中间变形最大，因为螺栓孔中受到螺栓的挤压应力，两螺栓孔受力同时往中间挤压造成中间变形较大．定子上的变形情况，图中表明叶片轮毅中间部位以及锅坑底部中也的变形较大。转子上的变形情况，转子变形由中也孔沿直径往外延伸，转子外边缘上的变形最大，因为转子工作时在离速旋转受离心力的影响较大，转子的转动使得外缘变形量大。表７－５所示为不同材料热能发生器主要过流部件上的总变形量，表中所示转子的变形量最大，明显大于定子和轴承外壳。因为转子在工作过程中高速旋转，在受到流场压力的同时还受到较大的离心力，离心力是引起转子变形的主要因素。而轴承外壳和定子受到转子引起的离也、力影响较小，因此转子的变形量会明显高于其他两个部件。对于同一部件上不同材料的变形情况来说，变形量的大小顺序为铁合金ＴＣ４＞铸铁钢２５０＞不铸钢０打１３＞碳素钢Ｑ２３５Ａ，不锈钢和碳素钢的变形量相差不大，都比较小，因此变形上来看这两种材料性能较好。利用热流固禪合分析结果，根据计算得到热能发生器上相当应力的极值点，进而得到四种材质的安全系数。由以上表格得到四种材质的安全系数，与最小安全系数做对比可以看出：铸铁和碳素钢的安全系数均小于最小安全系数，安全裕度达不到要求；不铸钢和镜合金安全系数大于最小安全系数，满足强度要求。同时，考虑第六章中采用实验方法得到不铸钢〇Ｃｒｌ３材料更经济可靠，因此热能发生器制造材料选择不绣钢〇Ｃｒｌ３。

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