船舶结构优化设计的数值模拟

第２Ｏ卷第１期　２０１　３年２月　东莞理工学院学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＯＮＧＧＵＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖ０１．２Ｏ　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．　２０ｌ３　

基于ＣＦＤ数值模拟的磁选机内部结构的优化设计　

曹晓畅韩立发　

（东莞理工学院机械工程学院，广东东莞５２３８０８）　

摘要：利用计算流体力学（ＣＦＤ）数值模拟方法对高梯度磁选机内部的流场进行分析，观察料浆在不同　结构内部的流场，对尾料箱和精料管的结构进行改进设计，结果表明，ＣＦＤ技术的应用可磁选机内部的开发　设计提供理论依据，对提高设计效率具有现实指导意义。　关键词：ＣＦＤ；数值模拟；高梯度磁选机　中图分类号：ＴＤ３５７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—０３１２（２０１３）０１—００４６—０５　

磁选是利用被分选物料的磁性（磁导率和磁化率）的差异，在磁选机磁场中使矿物分离的一种选　矿方法。广泛用于金属矿石的分选、非金属矿石的提纯、二次资源的回收和环境保护等领域。　

高梯度磁选是２０世纪６０年代末在美国发展起来的一项磁选新技术，为解决品位低、粒度细、磁性　

弱矿石的选矿，开辟了新的途径。随着高梯度磁选理论和设备不断发展，它的应用已突破了磁选的传统　对象，进入医学界和生物界等领域…。　

计算流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）是以计算机数值计算为基础，对流体流动、传　

热以及相关现象进行分析的一种研究方法。涉及计算机科学、流体力学、偏微分方程的数学理论、计算　几何和数值分析等学科。这些学科交叉融合，相互促进和支持推动着彼此间的深入发展。在ＣＦＤ出现　

以前，流体研究主要有理论流体力学和实验流体力学两种手段。ＣＦＤ的出现不仅丰富了流体力学的研　究手段，而且由于其强大的数值运算能力，可以解算用解析方程不能求解的方程，解决了某些理论流体　

力学无法解决的问题。另外，ＣＦＤ的应用减少了实验测试次数，节省了大量的资金和时间，并能解决　

第２期２０１６年２月机械设计与制造

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ２２３

汽车外流场数值模拟及优化设计

张峰，王剑，黄霞，丁军

（重庆理工大学机械工程学院，重庆４０００５４）

摘要：利用三维建模软件ＵＧ建立阶背式轿车几何模型，并采取ＣＦＤ技术进行汽车动力学分析。得到轿车气动力分析

结果以及轿车压力分布和尾部速度分布结果。分析结果显示气流在尾部发生了分离，产生了涡流区，增加了汽车前后部的压差，使汽车阻力和升力增加。为了提升轿车的流场性能，采取了安装扰流板和导流板对汽车流场进行优化设计，并再次对其进行有限元分析。通过对比优化前后的有限元仿真分析结果，结果表明安装扰流板和导流板的汽车模型的尾部上方阻力明显增大。升力同时也减小了，大大增加了汽车行驶时的安全性以及汽车的易操控性。

关键词：汽车动力学；气动阻力；ＣＦＤ；优化设计；扰流板中图分类号：ＴＨｌ６；Ｕ４６文献标识码：Ａ文章编号：１００１—３９９７（２０１６）０２—０２２３—０５

ＣａｒＦｌｏｗＦｉｅｌｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎ

ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎ，ＨＵＡＮＧＸｉａ，ＤＩＮＧＪｕｎ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈｕｓｅｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｉｗａｒｅＵＧｔＯｅｓｔａｂｌｉｓｈｓｔｅｐｂａｃｋｔｙｐｅｅａｔｍｏｄｅｌ，ａｎｄａｄｏｐｔｅｄＣＦＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｔｓａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｏｌ＇ｓａｎｄｔａｉｌｖｅｌｏｃｉ０’ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄＡｎ矗ｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｌｏｗｓｅｐａｒａｔｉｏｎｈａｐｐｅｎｅｄ耐琥ｅｅｎｄ．ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｖｏｒｔｅｘａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔａｎｄｂａｃｋｏｆｔｈｅｅａｒ，ｍａｋｉｎｇｄｒａｇａｎｄｚ班ｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｅａｒｉｎｃｒｅａｓｅ．ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｉｍｐｒｏｖｅｆｌＯＷｆｉｅｌｄｐｅ咖ｍⅫ＂ｅｏｆｔｈｅｅａｒ，ｉｔｉｎｓｔａｌｌｅｄｔｈｅｓｐｏｉｌｅｒａｎｄｇｕｉｄｅｐｌａｔｅｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｅａｒｆｌｏｗ皿ｌｄ

研究船舶板架结构动力优化设计方法

随着我国现代化建设水平的不断提升，当前船舶板架结构作为船舶稳定性的重要结构来源，其优化设计的整体水平也得到了业内人士的广泛关注与重视。本文立足于船舶板架结构动力学，首先分析了船舶与海洋工程结构环境载荷的来源，然后介绍了船舶与海洋工程振动问题的研究现状，最后分别对应船舶与海洋工程的结构动力优化以及夹层结构力学的特性优化进行了阐述，也希望能够为船舶板架结构动力优化活动的顺利开展创设条件。

标签：船舶板架结构;动力优化设计;策略

工程结构在不同的工况条件下会受到地震、振动以及风浪等多种外界激励的影响，这些来自外界的载荷条件会严重导致船舶板架结构的疲劳时间，甚至会出现严重的动力破坏与损伤，这不但会导致船舶在正常服役期间出现主机与螺旋桨故障，同时还会影响设备的运行稳定性以及安全性。随着设计水平的不斷提升，为了进一步探究船舶板架结构动力优化的策略，就必须先来认识一下船舶与海洋工程结构环境的载荷来源以及相应的设计基本原理。

1 船舶与海洋工程结构环境载荷来源以及设计原理

船舶结构在服役期间会受到各种外界环境的激励作用，通过设备与海洋平台的相互作用可以产生多种复杂的环境载荷变化，严重时会导致船舶受损。结合研究的现状来看，船舶与海洋工程结构所受到的外界环境载荷在本质上都属于动载荷的范畴。既然属于动载荷，那么其势必成为结构性能设计的重要指标。在船舶与海洋工程平台的结构设计活动中，除了动力优化本身的特点之外，还需要结合静力优化设计的相关要求与内容，通过理论与方法的融合与创新来实现相应的设计目标。一般来说，频率变化较快且动态特性较为稳定的结构可以实现约束目标的效果，动力响应速度、優化约束效果以及目标的结构动力都将成为优化设计工作的主要目标之一。

2 船舶与海洋工程结构振动问题的研究现状

随着船舶工程的不断发展以及船舶与海洋工程结构稳定性研究工作的不断深入，当前许多研究人员与学术人员也将注意力集中在了工程结构的振动方面。其中，张生明等人通过使用流体边界法结合结构有限元的方式对于振动的计算特征进行了分析，同时得到了板架结构的相关参数，包括变长比、边界条件以及阻尼参数等不同的内容。另外，邹春萍等人通过结合流固耦合的技术内容实现了用有限元技术对船舶模态分析与动态数值计算的工作，同样为实现在船舶的设计阶段对船舶结构震动进行预测与评估提供了技术依据。目前，板架结构作为船舶与海洋平台结构应用过程中最为重要的结构形式之一，其在结构动态优化中也逐渐成为了核心实践环节。一些学术研究人员开始考虑静载荷与动载荷之间的作用关系，通过对船体的板架结构进行优化设计解决了结构在动力优化中的问题，同时也实现了结构对于振动的基本要求，这同样为计算实例提供了数据支撑。随着研

２０１３年第５期　液压与气动　９　

ＤＯＩ：１０．１１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．０５．００２　

煤气化核心调节阀的数值模拟与结构优化　

颜震，汪欢，黎玉飞，王志刚，刘永良　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｋｅｙ　

Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖｅ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｃｏａｌ　Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　

ＹＡＮ　Ｚｈｅｎ，ＷＡＮＧ　Ｈｕａｎ，ＬＩ　Ｙｕ—ｆｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｇａｎｇ，ＬＩＵ　Ｙｏｎｇ－ｌｉａｎｇ　

（北京航天长征机械设备制造有限公司，北京１０１１１１）　

摘　要：该文以航天煤４Ｌ＿ｖ－系统中的某型号笼式调节阀为研究对象，应用ＣＦＤ数值模拟方法研究了调　节阀的内流场特性。通过模拟给定压差下阀门不同开度的流量特性，得到调节阀的流量特性曲线，并与试验　

测定的数据进行比较分析，模拟值与试验值吻合较好。根据流场特性对流道做了优化并对新结构做了数值　

模拟，结果表明，优化后的流道流阻减小、涡流强度减弱、进而减少了能量损失。　关键词：调节阀；数值模拟；流量特性；优化　

中图分类号：ＴＨ１３７　文献标志码：Ｂ文章编号：１０００４８５８（２０１３）０５－０００９－０４　

弓ｌ言　调节阀又称为控制阀，是过程控制系统中用动力　操作去改变流体流量的装置，随着自动化程度的不断　

提高，调节阀已广泛地应用于冶金、电力、化工、石油等　领域。在化工生产过程中，一个工艺过程的控制是否　平稳，超调量、衰减比，扰动是否在规定的范围内，除了　

工艺设计合理、设备先进外，重要的一点就是调节阀能　

否按照主体控制意识准确动作，从而精确地改变物料　或能量。如果调节阀的流量特性差、渗漏大、动作不可　靠，就会使自动控制过程的质量变差，甚至失去调节作　

用，从而增加了劳动强度，给生产带来重大的经济损　失。而航天煤化工系统中的主氧路氧气调节阀，系统　对其调节的稳定性，可靠性及灵敏度有着更高的要求。