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[硕士论文] 代鹏
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:轴向柱塞泵/马达作为液压系统中的动力元件,其重要性不言而喻。随着现代工业的发展,对轴向柱塞泵/马达的性能提出了更高的要求。而一类具有高压、大流量、平衡性能好等优点的新型多排式轴向柱塞泵/马达将成为未来液压领域发展的趋势。因此,以普通轴向柱塞泵/马达的原理和设计理论为基础,提出了一种新型三排式轴向柱塞泵/马达,其特有的三排柱塞结构可更好地适用于高压、大功率等要求更高的工况环境。由于新型结构更加复杂,其对配流副的润滑性能也提出了更高的要求。本文以第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副油膜为研究对象,研究其润滑特性,主要工作如下:
  分析了新型三排式轴向柱塞泵/马达的结构和原理,以普通轴向柱塞泵/马达配流盘的设计理论为研究基础,分析和设计出新型配流盘结构,并对其进行干涉校核。
  分析了第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副的泄漏途径,并建立楔形油膜体数学模型。对两种油膜体的泄漏量分别进行计算,并分析缸体倾角、密封带宽度等参数对泄漏量的影响。
  对第一类三排式轴向柱塞泵/马达平面配流副进行受力分析,并分别计算干摩擦和液体摩擦引起的摩擦转矩,得出了总摩擦转矩的计算公式。以已经建立的三维模型为例,计算和分析油膜厚度、缸体转速、工作压力等参数对总摩擦转矩的影响。
  基于Reynold润滑方程,运用牛顿-拉弗森迭代和边界条件积分两种求解方法对缝隙内各润滑区域的流场压力进行分析和求解。建立CFD基本方程和离散差分模型,通过CFD对第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副的压力场和速度场进行模拟仿真,分析其对泄漏特性摩擦特性的影响。
[硕士论文] 李长鹏
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:现阶段前混合磨料射流切割系统的工作压力大致在30-50MPa的压力范围内,已经难以满足实际工况的需求,为此提出建立100MPa的超高压前混合磨料射流切割装置已经势在必行。超高压前混合磨料射流的核心所在于磨料混合装置。水经泵出后,沿着胶管注入超高压前混合磨料罐中进行水与磨料的混合,形成局部流态化,水与磨料充分混合后途经喷嘴喷射而出,形成超高压前混合磨料射流。超高压前混合磨料罐作为一种压力容器,不仅要储存磨料,还要承载磨料与水混合形成局部流态化时产生的压力,为此对超高压前混合磨料罐的强度具有十分高的要求,需要对其进行合理的设计与研究,由此引出本课题。本论文对超高压前混合磨料罐的进行了理论设计和研究。主要做了以下工作:
  对纤维缠绕超高压前混合磨料罐进行了力学分析,通过网格理论设计方法分析磨料罐纤维铺层筒身段和封头段力学特性,推导出磨料罐筒身段罐体段缠绕纤维厚度缠绕角的计算方程,为纤维缠绕超高压前混合磨料罐的有限元建模提供理论基础。
  通过solidworks软件建立磨料罐三维模型,运用ANSYS软件的APDL参数化语言完成纤维缠绕超高压前混合磨料罐的有限元分析。因为磨料罐的几何结构、约束条件以载荷参数等存在对称性,所以选择磨料罐的1/4模型进行有限元分析计算,得到纤维缠绕超高压前混合磨料罐在100MPa(工作压力)和120MPa(安全压力)两种工作环境下磨料罐以纤维缠绕层的应力应变情况,并对结果进行分析研究。
  优化磨料罐上罐口结构,将上罐口由外螺纹连接结构改为内螺纹连接结构,通过solidworks建立结构模型,运用ANSYS软件对其进行有限元分析,分析结果,并与传统结构磨料罐的分析结果进行对比分析,发现优化上罐口结构的纤维缠绕超高压前混合磨料罐所受到的最大等效应力值、最大等效应变值、最大节点位移值整体上小于传统结构的纤维缠绕超高压前混合磨料罐,最终确定优化结构的超高压前混合磨料罐的内径300mm,内衬壁厚6mm,碳纤维铺层层数为18层,采用正反螺旋缠绕的缠绕方式。
[硕士论文] 张志远
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:液压支架是综采中最重要的设备之一。液压支架的可靠和稳定支撑不仅关系到煤层的开采成本,而且关乎相关工作者的人身安全。传统液压支架的四连杆构型,虽然也能起到基本的支撑作用,但由于自身结构存在不合理之处,承载能力有限,且不能承受侧向压力,产生了诸多不良影响,造成了各种不同的损害。与此同时,并联机构以其高稳定性、高承载能力、高精度等优点逐渐进入机构研究者的视野。在这样的背景下,相关工作者创造性将并联机构运用于液压支架,开展了相关工作并取得了一定成果。并联液压支架更有利于实现电液控制,控制顶梁下沉速度,降低对支架造成的冲击力,充分利用岩层自身的承载能力,这些都有利于支架保持持久、稳定的工作性能,提高支架可靠性,延长支架使用寿命。因此,并联液压支架研究对于提高液压支架性能、提高煤炭一线工作者安全保障以降低煤炭开采成本,具有重大理论意义和实际应用价值。
  本文在前期工作者的理论基础上,将两种新的并联机构应用于液压支架,提出两种新型构型的并联液压支架,并从理论和模拟两个角度研究了新机构的可行性和可靠性。为液压支架的发展提供了新的思路,使并联液压支架的研究又向前迈进了一步。
  第一,对3-SPS/PPS、3-SPS/PS并联机构的自由度分别进行了精确的推导,并得到两机构分别是五自由度三转动两移动的并联机构和四自由度三转动一移动的并联机构。后又对机构的消极运动副、驱动副等逐个进行了分析。构型确认无误后,将并联机构成功应用于液压支架的并联支撑机构,完成其在顶梁和底座位置布局。最后,确定了液压支架的总体三维模型并介绍其主要零部件和功能。
  第二,雅可比矩阵对于机构的位形研究具有相当重要的参考价值。从3-SPS/PS和3-SPS/PS构型出发,选择适用于它们机构自身的求解方法分别求解出各自的机构雅可比矩阵。再令各自的雅可比矩阵为零,求解出机构的奇异位形,为避免机构卡死提供了有效的参考。
  第三,在Solidworks中建立机构模型,利用与ADAMS软件的Exchange/Pro接口成功将模型导入ADAMS中,在赋予机构低副和驱动后进行仿真,得出机构的正反解运动曲线图。
  第四,将在Solidworks中建立好的模型导入到ANSYS中,分别对其进行模态分析、静力分析和预应力模态分析。分别得出机构自然状态下的固有频率、机构承载能力和承受载荷下的固有频率,为机构的实物设计提供了很好的理论支撑,避免了不必要的设计失误,大大减少了研发费用。
  总之,本文的研究是并联液压支架研究领域的新成果,设计的新型构型并联液压支架具有重要的实际应用价值。将有望应用到井下和相关领域的实际工作中去,为使用者提供便利。
[硕士论文] 邓传奇
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:社会的高速发展和能源需求的提高,对绿色环保提出了新的要求。推动低碳生活,寻求清洁能源,优化能源结构已是刻不容缓。液态天然气LNG是一种值和经济性较高的清洁能源,对环境污染很小。LNG动力船舶的使用大大降低了河流区域的水污染和空气污染,降低了燃料成本,具有很强的发展潜力。因此,对船用双层C型LNG储罐的分析研究具有重要价值。
  基于相关设计规范,对LNG储罐内主要结构和附件进行了设计、选取。建立储罐三维模型,在四种船舶航行工况下,利用有限元方法对储罐内罐体、外罐体、支撑结构和鞍座等主要部件进行了强度分析,确定了模型的危险区域,研究了内压和介质惯性力对各部件的影响。然后基于船级社相关规范,给出疲劳累积损伤的计算流程,通过公式计算和有限元分析得出各主要部件的疲劳累积损伤度,验证了LNG储罐主要部件的安全性。最后通过有限元软件ANSYS的CFX模块对液体介质晃动情况进行晃动模拟,研究船舶遭受向上颠簸工况时内罐气液分布情况和前封头处静压力变化情况,为储罐安全设计提供参考。
  以安全为目标的船用双层C型LNG储罐的研究,对主要部件进行了设计,为LNG动力船舶的广泛使用提供了理论支持。另外,多工况下的数值计算结果对其他LNG储罐的设计也有一定的参考价值,在天然气储运安全方面有其实用意义,为我国天然气领域的进一步拓展贡献了力量。
[硕士论文] 王坤
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:T型槽干气密封在非接触运转过程中,气膜流动和密封环变形之间是相互耦合作用的。单纯的分析气膜流场或密封副固体场,都会影响对干气密封性能研究的准确性。为了减少干气密封研究时限定假设的个数,提高计算精度,以期得到更符合干气密封实际工况的性能参数,从而为干气密封的优化设计提供理论依据。本文分别在第三章、第四章对T型槽单一的气膜流场和固体变形场进行数值模拟分析,为第五章的流固耦合分析打下坚实的基础,同时将流场和固体场耦合后的T型槽与单一场模拟下所得到的气膜压力场,静环变形量进行对比。更加直观的看出在流固耦合情况下对T型槽的密封性能的影响。
  主要的研究工作如下:
  (1)本文详细研究了T型槽干气密封气膜流场在进行数值模拟分析时的网格划分方法,运用网格无关性险验的方法,在Gambit中以端面开启力和气体质量泄漏率的相对变化率为标准,得出了划分T型槽气膜流场最佳的面网格密度、槽区气膜和非槽区气膜网格的层数。为第三章的后续的流场分析、第五章的流固耦合分析中的网格划分提供了精准的数值。
  (2)在网格无关性检验的基础上,将基于单螺杆压缩机的T型槽和经典的T型槽的流场分别在Fluent中进行数值模拟,比较在三种不同气膜厚度下的密封性能参数,同时还模拟出T型槽的结构参数周向比在单螺杆压缩机不同转速下对密封性能的影响。通过两种T型槽对比的研究方法更加具体全面的分析了干气密封中T型槽单一的气膜流场的情况,以气膜厚度对密封性能的影响。为第五章的流固耦合分析中的流场分析打下坚实的基础。
  (3)采用数学计算的方法对经典的T型槽干气密封的静环变形量进行求解,结合皮采诺环形轴对称变形理论和压力控制雷诺方程带入静环的具体结构尺寸,在MATLAB中计算出在四中密封间隙下的偏转角度。说明在T型槽干气密封分析中,静环的变形是必须要进行研究的内容,同时也为第五章的流固耦合分析后的变形量提供对比数据。
  (4)采用Ansys Workbench的流固耦合模型对T型槽干气密封的气膜流场和静环固体场的相互影响进行分析,将流固耦合后的气膜流场的压力分布和静环变形量同单一流场下数值模拟的流场压力分布和数学计算的静环偏转量进行对比。同时分析了气膜流场等温与不等温流动对流场的影响。
[硕士论文] 刘肖
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:生物质能的开发利用可以有效地缓解当前能源短缺、环境污染的问题。其中,稻壳作为一种生物质能源在中国储量丰富,其解利用在行业内应用非常广泛。研究表明,在稻壳进行生物质解之前对其进行干燥预处理可以有效增强稻壳解过程、提升解产品质量。但是,目前行业内解前干燥预处理并不被重视,与解匹配的干燥设备较少。当前,风干燥运用技术成熟、干燥效率极高,可以用于解前处理,但传统风干燥设备垂直高度大、气流速度高、由此造成运行成本较高,制造、安装、维修难度大。
  本文首先总结干燥理论成果,介绍干燥的基础理论知识,其中包括与干燥有关的基本概念、基本公式以基本理论。传方面,介绍了干燥传有效膜理论,引出牛顿冷却公式,该公式为传计算基础公式;传质方面,采用类比方法,引出物料干燥传质有效膜理论对物料干燥传质过程进行解释。最后介绍干燥实验以干燥实验曲线,据此,将干燥过程分成三个阶段,并介绍了各个阶段的特点。在此基础上,提出厚度水膜理论,以准确解释干燥过程中干燥速度变化以影响因素,通俗易懂,能够较好契合其他学者研究所得结论。
  在干燥曲线的指导下,论文设计出一种稻壳干燥装置,该装置能够克服传统气干燥装置设备高大、气体流速高等不足,在与解炉配合工作中,还能够一定程度去除解气中焦油粒子进行二次裂解,压缩稻壳物料中空气优化解材料。通过对干燥装置进行结构功能分析,能够得出影响干燥效率的主要因素是干燥气的温度;通过对设备进行结构尺寸设计,能够表明,该装置垂直高度较低、设备制造成本不高。
  论文最后,以设计的稻壳干燥装置为研究对象,通过对牛顿第二定律、牛顿冷却公式、干燥传质速率方程等基本公式进行处理,使用MATLAB辅助计算,针对稻壳干燥装置中稻壳的运动、传、传质问题进行深入分析,得出实际干燥设备中的干燥曲线。该曲线是对恒定条件下干燥实验曲线的一个补充,对于进一步研究干燥理论,设计干燥设备都具有一定的指导意义。
[硕士论文] 王静文
动力工程工程物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着人们对粉体需求量的增加,破碎所消耗的能源也越来越多。料床粉碎因其可以大大降低生产能耗,提高工作效率,现已被广泛应用于破碎生产中。为了将料床粉碎理论与粉磨设备更好地结合在一起,发挥出更大的功效,本文基于FPP800盘辊磨机建立的立式辊磨机模型,利用离散元软件EDEM(Engineering Discrete Element Method)对料床粉碎过程进行研究。主要工作结论如下:
  (1)根据立式辊磨机料床粉碎过程中料床的变化,可以将粉碎过程分为三个阶段:料床密实阶段、料床粉碎阶段和料床结团阶段;通过对料床粉碎过程料床高度的变化进行研究,得出料床高度的收缩性与物料的引入角有关;
  (2)分析立式辊磨机中物料的运动和料床粉碎各阶段物料的受力情况,建立相应的数学模型,总结出影响物料运动状态的因素是磨盘半径和物料与磨盘的摩擦系数,立式辊磨机料床粉碎时各阶段的受力主要和物料的性质、物料强度、料床厚度、料床粉碎各阶段的料床密度、单位受载面积上的最终压力等因素有关。
  (3)基于FPP800盘辊磨机构建立式辊磨机三维模型,并依据BPM(Bonded Particle Model)模型创建用于破碎的石灰石物料模型;为了减少仿真料床粉碎过程时变量的干扰,建立了统一的料床模型,同时,给出了在EDEM中判定立式辊磨机料床形成的两个判断准则,即料床厚度保持稳定和液压缸工作压力达到要求。
  (4)对影响料床粉碎过程的因素进行仿真分析。通过仿真物料性质对料床粉碎的影响,得到在仿真的三种物料粒径中,物料粒径为50mm时料床粉碎效果最好;不同形状的物料进行料床破碎仿真,方块状的物料比扁平状的物料更易破碎。通过仿真立式辊磨机的工作参数和结构参数对料床粉碎的影响,发现磨盘转速和磨辊个数都存在一最佳值,并非磨盘转速越高和磨辊个数越多,料床粉碎效率就越高,从本文比较的几组数值来看,磨盘转速为55r/min,磨辊个数为2个时,立式辊磨机的料床粉碎效率最高。
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