主蒸汽阀是一个重要的关键设备。在单纯进行有限元分析时,其一般方法是定义所有简单的边界条件——将整个阀门内表面传热系数设置为一个固定的相同值(如α = 10.000 W/m2K)。在结果方面:疲劳程度高,也无法评估这种处理方法是否对所有的情况都是保守的。

流固耦合计算可以提供可靠的边界条件,避免单纯有限元仿真的弱点。从耦合仿真结果看出流速存在巨大的差异,最大流速为85m/s。最小流速区域不到10m/s,这一区域壁面上的热传递和热载荷没那么强烈。低于1.000 W/m2K的传热系数会在壁面和蒸汽之间产生相当的温度差,因此简单的边界条件(10.000 W/m2K)过于保守。

使用基于MpCCI的流固耦合方法,通过使用流体仿真的计算结果作结构分析的边界条件施加于蒸汽阀上,将更加接近于真实的情况。疲劳仿真的结果也将更加准确。

蒸汽阀结构及流速仿真结果图

涡轮和发动机的热固耦合分析

发动机燃烧室等部件在工作过程中承受了非常严重的热负荷,流固耦合分析可以自动确定流体和固体之间(及燃烧室内壁面)的温度,获得准确的温度场和热应力,为发动机热设计提供依据。

发动机舱热固耦合计算模型图

发动机冷却水套耦合分析与非耦合分析的结果对比图

在流固耦合换热分析过程中,由于耦合分析通过流体和固体的反复迭代自动寻找在热平衡时时发动机内壁的温度,避免了人为假定边界条件对计算结果的影响,同时得到流体区域和固体区域精确的温度场分布。