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Numerical and experimental investigations of weld pool geometry in GTA welding of pure aluminum 被引量:2
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作者 A.H.Faraji A.Bahmani +2 位作者 M.Goodarzi S.H.Seyedein M.O.Shabani 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第1期20-26,共7页
A 2-D numerical model was developed to predict the shape of weld pool in stationary GTA welding of commercial pure aluminium, without considering fluid flow in the weld pool. A Gaussian current density and heat input ... A 2-D numerical model was developed to predict the shape of weld pool in stationary GTA welding of commercial pure aluminium, without considering fluid flow in the weld pool. A Gaussian current density and heat input distribution on the surface of the workpiece were considered. The parameters of Gaussian distribution were modified by comparing calculated results with experimental ones. It was found that these distribution parameters are fimctions of applied current and arc length. Effects of arc length, applied current and welding time on the geometry of the weld pool were investigated. To check the validity of the model, a series of experiments were also conducted. In general, the agreement between calculated overall shape of the weld pool and the experimental one was acceptable, especially in low applied currents. Therefore, it can be concluded that in pure aluminium, the heat conduction is dominant mechanism of heat transfer in the weld pool. 展开更多
关键词 numerical model GTA welding pure aluminium weld pool
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基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟
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作者 申俊琦 张帆 +1 位作者 胡绳荪 耿辉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期147-156,共10页
针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验... 针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形. 展开更多
关键词 动网格 电弧增材制造 熔滴过渡 熔池流动 数值模拟
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激光电弧复合焊接熔池的数值模拟与实验研究
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作者 霍佳雨 李倩倩 +1 位作者 席静 刘列 《激光杂志》 北大核心 2025年第8期26-32,共7页
激光电弧复合焊接技术作为集高能量密度、高效率与低变形等优势于一体的先进连接技术,在低碳钢结构制造领域具有重要应用价值。本研究以Q235低碳钢为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,系统研究了激光电弧复合焊接过程中熔... 激光电弧复合焊接技术作为集高能量密度、高效率与低变形等优势于一体的先进连接技术,在低碳钢结构制造领域具有重要应用价值。本研究以Q235低碳钢为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,系统研究了激光电弧复合焊接过程中熔池的热流耦合特性,建立了综合考虑电弧压力、电磁力等多物理场耦合作用的三维瞬态数值模型。研究结果表明,数值模拟与实验结果具有良好的一致性,验证了组合热源模型的可靠性;复合焊接相比单一热源焊接可显著改善熔池形貌,提升焊接质量;通过正交实验优化获得最佳工艺参数组合(激光功率8 000 W、焊接速度0.03 m/s、光斑半径1.5 mm、焊丝直径1.5 mm),该参数下熔池稳定性最佳,熔深与熔宽差值最小。本研究揭示了核心焊接参数与熔池动态演变的内在作用规律,为激光电弧复合焊接工艺的精准优化提供了科学依据,同时开发了具有实际应用价值的技术方案。 展开更多
关键词 激光电弧复合焊接 熔池形态 低碳钢 数值模拟 实验研究
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同步气体冷却下薄板激光熔覆数值模拟及实验研究 被引量:1
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作者 吴志鹏 乌日开西·艾依提 张宇涛 《表面技术》 北大核心 2025年第5期176-187,共12页
目的解决薄板在激光熔覆过程中产生复杂残余应力、变形及晶粒粗大等问题,提高熔覆层的质量和零件装配可靠性。方法提出一种液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源,综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、... 目的解决薄板在激光熔覆过程中产生复杂残余应力、变形及晶粒粗大等问题,提高熔覆层的质量和零件装配可靠性。方法提出一种液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源,综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、光粉相互影响、凝固过程中相变潜热的作用,建立同步气体冷却的激光熔覆三维数值模型,对不同冷却距离(d)下的瞬态温度场、熔池流场及应力演变过程进行数值计算。同时,利用热电偶对温度场分布进行验证,并采用扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪分析其显微组织及涂层的硬度。结果引入冷却氮气增强了熔池表面与外界环境之间的热交换,从而改善了熔池的温度分布,加快了熔池的冷却速度。常规激光熔覆和同步气体冷却激光熔覆的熔池流场变化趋势基本相同,呈现中心向四周流动,中心流速小,边缘流速大,熔池前方的流速大于熔池后方。当冷却距离为5mm时,基体横向最大残余应力由204 MPa降至181 MPa,熔覆层顶部残余应力从190 MPa降至172 MPa,界面结合区残余应力从234 MPa降至211MPa,基板两侧翘曲变形量减少了50%。当冷却距离为10mm时,涂层的晶粒组织明显细化,中部柱状晶的无序排列程度明显增大,涂层的显微硬度从348.2HV0.2提高到375HV0.2。结论该方法可以有效减小基体的残余应力和变形,为更好控制激光熔覆涂层的晶粒和微观组织提供了一种新方法。 展开更多
关键词 激光熔覆 同步气体冷却 残余应力 熔池流场 显微组织 数值模拟
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同步辐射技术在熔池内部信息实时表征中的应用现状
5
作者 徐斌 肖伯宇 +1 位作者 蒋凡 陈树君 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第11期1304-1316,共13页
同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势,为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。该文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态行为、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域... 同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势,为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。该文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态行为、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域的应用进展。研究表明,同步辐射技术可突破传统表征手段的时空分辨率与穿透深度限制,揭示熔池内部多物理场耦合机制及缺陷形成规律,为工艺参数优化与数值模型验证提供高精度实验基准。此外,人工智能与同步辐射技术的结合显著提升了数据解析效率。然而,现有技术仍面临时空分辨率不足、多模态协同性有限及全生命周期观测缺失等挑战。未来,第四代同步辐射光源的普及和多模态联用技术的开发以及人工智能的深度赋能将推动该技术向全周期、多尺度、高保真方向发展,为熔焊与金属增材制造工艺优化与工业应用提供更强支撑。 展开更多
关键词 同步辐射 熔焊 增材制造 熔池 原位表征 数值模拟 人工智能
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等离子弧焊的数值模拟研究现状 被引量:1
6
作者 鲍文 杨蕾 +2 位作者 刘红兵 王飞 杜金红 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第5期913-919,共7页
等离子弧焊是一种高能量密度的电弧焊技术,采用水冷喷嘴压缩电弧形成具有较大冲击力的等离子体,可以不开坡口直接实现单面焊双面成型。采用常规的数理解析法和试验的方法研究电弧和熔池具有局限性,数值模拟的方法更为快速、有效,很大程... 等离子弧焊是一种高能量密度的电弧焊技术,采用水冷喷嘴压缩电弧形成具有较大冲击力的等离子体,可以不开坡口直接实现单面焊双面成型。采用常规的数理解析法和试验的方法研究电弧和熔池具有局限性,数值模拟的方法更为快速、有效,很大程度上可反映出等离子弧焊接过程中复杂的物理机制,可为实际的等离子弧焊接过程提供理论指导与参考。从等离子弧焊接过程中的电弧、熔池、电弧与熔池的耦合这3个方面阐述等离子弧焊在数值模拟方向所取得的研究进展,并指出未来发展趋势。 展开更多
关键词 电弧焊 熔池 等离子弧 数值模拟
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SLM成形316L不锈钢微观组织演化模拟与试验验证
7
作者 李东虎 蒋玮 +1 位作者 吴浩楠 翟海峰 《焊接学报》 北大核心 2025年第4期72-81,共10页
为研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)中工艺参数对成形过程及成形质量的影响,文中以316L不锈钢粉末为材料,设计了SLM成形316L不锈钢对照试验,并以试验为基础进行了数值模拟分析,首先采用离散元法(discrete element method,... 为研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)中工艺参数对成形过程及成形质量的影响,文中以316L不锈钢粉末为材料,设计了SLM成形316L不锈钢对照试验,并以试验为基础进行了数值模拟分析,首先采用离散元法(discrete element method,DEM)建立单层厚度为40μm的粉末模型,其次采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法模拟了激光对粉床的熔化过程,最后基于仿真温度场通过元胞自动机(cellular automaton,CA)对熔化区域微观组织进行模拟.结果表明,当激光热输入范围为136.4~250.0 J/m时,单道质量较高.当选定扫描间距为70μm时,激光热输入不应低于181.8 J/m,微观组织模拟结果表明,熔池内部的晶粒尺寸与激光功率和扫描速度密切相关.在合理的激光热输入范围内,当工艺参数组合为铺粉厚度为40μm,扫描间距为70μm,激光功率为200 W,扫描速度为1.1 m/s时,熔池微观组织中晶粒尺寸最小.文中采用的热流体流动模型和微观组织演化模型能够在不同尺度上对SLM成形结果进行准确的预测,并能在试验的基础上对工艺参数优化提供指导. 展开更多
关键词 激光选区熔化 316L不锈钢 熔池 元胞自动机 数值模拟
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TiNbZr难熔中熵合金激光熔覆过程温度场和流场模拟
8
作者 陈育钒 刘晋 +3 位作者 刘艳 胡登文 杨川 王雷 《表面技术》 北大核心 2025年第9期138-151,共14页
目的激光熔覆可以通过精确控制熔池中能量的分布和熔池的流动,改善涂层的凝固特性和成分分布。基于其快速熔化凝固过程的复杂性,难以实时监测熔池的熔凝行为,数值模拟成为研究熔池演化的重要工具。方法结合数值模拟与实验验证,建立考虑... 目的激光熔覆可以通过精确控制熔池中能量的分布和熔池的流动,改善涂层的凝固特性和成分分布。基于其快速熔化凝固过程的复杂性,难以实时监测熔池的熔凝行为,数值模拟成为研究熔池演化的重要工具。方法结合数值模拟与实验验证,建立考虑熔池传热、流体动力学和自由表面的激光熔覆三维有限元模型,模拟在TC4上熔覆TiNbZr难熔中熵合金的过程。结果通过模型和实验对比发现,成形参数平均偏差为5.15%,最大偏差为8.88%。研究了激光热源、对流换热、辐射散热和基体热传导对熔池温度场和熔池轮廓的影响,表明基体中热传导是主要的热损失方式。进一步分析熔池凝固界面可知,从熔池底部到顶部,形态参数(G/R)逐渐减小,而冷却速率(G×R)逐渐增大,验证了凝固组织从平面晶向柱状晶,最后到等轴晶的变化情况,且尺寸逐渐减小。结合涂层各位置元素分析的物理实验结果可知,马兰戈尼对流导致熔池两侧及底部存在拐点,阻碍了元素的混合,基体中V元素在熔池中心偏聚,粉末中的Zr元素在熔池上边缘偏聚,发生宏观偏聚。结论基于数值模拟和物理实验,对温度场和速度场进行了定量评估,激光熔池中的热传导对涂层的凝固形貌具有显著影响。平顶光束激光源的独特能量分布影响了熔池内的质量传输,进一步对涂层的成分分布产生了影响,这种定量评估有利于精确控制熔池中的能量分布和流体流动,以预测并改善涂层的凝固特性和成分分布。 展开更多
关键词 激光熔覆 数值模拟 激光熔池 温度场 流场模拟
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激光熔融沉积GH4169合金熔池形态及微观组织形貌模拟和实验研究
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作者 闫学伟 金银满 +3 位作者 胡文学 杨雪梅 孙德建 刘仕龙 《精密成形工程》 北大核心 2025年第6期225-237,共13页
目的探究激光功率及扫描速度对激光熔融沉积(LMD)GH4169合金熔池宏观形貌及微观组织的影响,获得最佳工艺参数。方法基于COMSOL软件建立了LMD温度场数值模型,对不同工艺方案LMD过程的温度场开展数值模拟研究,探究激光功率和扫描速度对沉... 目的探究激光功率及扫描速度对激光熔融沉积(LMD)GH4169合金熔池宏观形貌及微观组织的影响,获得最佳工艺参数。方法基于COMSOL软件建立了LMD温度场数值模型,对不同工艺方案LMD过程的温度场开展数值模拟研究,探究激光功率和扫描速度对沉积层熔宽、熔高、宽高比以及稀释率的影响规律。通过控制变量法,开展LMD单道沉积实验,分析激光功率和扫描速度对沉积层微观组织及Laves相形貌的影响规律。结果随着激光功率的增大,一次枝晶臂间距(PDAS)逐渐增大,Laves相由颗粒状转变为块状或长链状;随着扫描速度的增大,PDAS逐渐减小,Laves相由块状或长链状转变成颗粒状。当激光功率为1400 W、扫描速度为6 mm/s时,LMD过程中熔池内的最高温度约为2750 K,熔宽约为2976μm,熔高约为833μm,宽高比约为3.57,稀释率约为38.5%,沉积层的平均硬度约为266.36HV,室温和高温条件下试样的屈服强度约为623.60 MPa和581.66 MPa,抗拉强度约为955.92 MPa和823.83 MPa,延伸率约为39.08%和24.60%。结论实验结果与模拟结果吻合较好,验证了本文所建立模型的准确性。熔宽和熔高与激光功率呈正相关性,与扫描速度呈负相关性;宽高比和稀释率与激光功率和扫描速度呈正相关性。当激光功率为1400 W、扫描速度为6 mm/s时,所制备的GH4169合金试样的力学性能较好。 展开更多
关键词 激光熔融沉积 工艺参数 数值模拟 熔池形态 微观组织
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潜水搅拌机环形池流速试验及CFD模拟研究
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作者 陈斌 许智 +3 位作者 杨陈 罗燕 张帅 杜沁熹 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第2期163-169,共7页
根据国标《潜水推流式搅拌机》(GB/T 33566—2017)的相关要求,潜水搅拌机检测需在环形检测水池中进行,而环形检测水池造价昂贵,且水体测速难度较高,导致现阶段潜水搅拌机的流场特性研究缺乏有力的试验支撑.为此,以QJB7.5/12-620/3-480/... 根据国标《潜水推流式搅拌机》(GB/T 33566—2017)的相关要求,潜水搅拌机检测需在环形检测水池中进行,而环形检测水池造价昂贵,且水体测速难度较高,导致现阶段潜水搅拌机的流场特性研究缺乏有力的试验支撑.为此,以QJB7.5/12-620/3-480/S型潜水搅拌机作为研究对象,依托绍兴质检院现有的环形检测池进行流速试验,对比CFD软件进行的全流场数值模拟,得到结论:在潜水搅拌机的标准池流场范围内,试验与计算的流动特性具有高度的相似性,此型号潜水搅拌机在有效推流段内,流道中心区域流速随着推进距离的增加先增大后减小,并在推进距离5.0 m处附近,流速出现极大值约为0.600 m/s;受不均匀来流的影响,潜水搅拌机轴向推流存在一定偏差,导致外墙壁一侧水体流速低于内挡板侧;试验中,当推进距离达到15.0 m时,所有测速点流速均低于0.300 m/s;结合数值计算结果,此型号潜水搅拌机当量有效推流长度为13.64 m,当量有效容积为218.24 m^(3),比功率为32,环形池内平均流速约为0.153 m/s.研究推动了潜水搅拌机有关标准的执行和不断完善,对潜水搅拌机的性能认知和应用发展具有重要意义. 展开更多
关键词 潜水搅拌机 环形池 流速分布 当量有效推流长度 数值计算
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铝合金电子束焊接钉尖缺陷形成机理分析
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作者 王廷 崔宏健 +2 位作者 宋德斌 任科先 曾如川 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期9-14,共6页
文中采用数值模拟方法研究了5B70铝合金电子束焊接钉尖缺陷特征及其形成过程与熔池流动和匙孔演变的关系.首先提出了基于射线追踪的电子束焊接热源模型,同时模型中考虑了功率密度在金属蒸气中的衰减,其次建立了综合的焊接流场模型,考虑... 文中采用数值模拟方法研究了5B70铝合金电子束焊接钉尖缺陷特征及其形成过程与熔池流动和匙孔演变的关系.首先提出了基于射线追踪的电子束焊接热源模型,同时模型中考虑了功率密度在金属蒸气中的衰减,其次建立了综合的焊接流场模型,考虑了表面张力、重力、浮力、反冲压力和马兰戈尼对流等主要作用力.分析了钉尖缺陷产生的原因.结果表明,钉尖缺陷的动态演化过程受液态金属流动、温度变化和固/液界面推进速率的综合影响.钉尖缺陷内壁不光滑特征源于冷却速率和液体流动引发的非均匀凝固行为.熔池底部液态金属有限的体积和较差的流动性导致钉尖缺陷容易出现在焊缝根部位置.通过适当工艺使匙孔保持张开的状态,降低熔池底部温度梯度,可以提高匙孔稳定性,改善熔池底部流动性,有助于抑制钉尖缺陷的产生. 展开更多
关键词 电子束焊接 钉尖缺陷 数值模拟 熔池流动 电子束热源 铝合金
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池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究综述 被引量:2
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作者 张钰浩 赵海琦 +4 位作者 沈熙昊 袁晓晓 宋海洁 陆道纲 隋丹婷 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期271-283,共13页
钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大,但结构较为复杂,其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点,给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来,计算流体力学(CFD)的快速发... 钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大,但结构较为复杂,其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点,给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来,计算流体力学(CFD)的快速发展为解决上述问题提供了重要技术路径,本文对池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究进行综述。对于全堆一体化整体计算,获取池式钠冷快堆典型对称/非对称工况下的三维温度场分布及关键热工参数瞬态变化,评价其余热排出能力;对于局部部件或区域精细化计算,获取局部三维流动与传热特征参数,也为全堆一体化计算提供关键输入。相关研究为池式钠冷快堆安全稳定运行及设计优化提供重要支撑。 展开更多
关键词 池式钠冷快堆 池式复杂空间 多路径流动 传热特性 三维数值模拟
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竖缝式鱼道桩柱结构过鱼效果探究 被引量:4
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作者 柳松涛 李广宁 +2 位作者 石凯 孙双科 石小涛 《水生态学杂志》 CSCD 北大核心 2024年第2期148-158,共11页
为优化鱼道池室结构,提升鱼类洄游效果,以常规竖缝式鱼道为原型,以齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为试验对象,通过数值模拟和对照性过鱼试验,比较分析了4种池室内部增加与未增加桩柱的水流结构。结果表明,在鱼道主流中间增设桩柱结... 为优化鱼道池室结构,提升鱼类洄游效果,以常规竖缝式鱼道为原型,以齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为试验对象,通过数值模拟和对照性过鱼试验,比较分析了4种池室内部增加与未增加桩柱的水流结构。结果表明,在鱼道主流中间增设桩柱结构,可以有效减小回流区面积,减幅达49%,并可减小竖缝处的紊动能,最大减少18%;增加鱼类上溯路线分布,提高了池室空间利用率。2种结构的上溯轨迹分析发现,齐口裂腹鱼多选择回流区外侧上溯,避免进入回流区中心,即选择较高的水力应变与紊动能区域作为上溯方向,且上溯路线中偏好较低水力因子区域,上溯偏好流速为0.01~0.09 m/s,紊动能为0.001~0.008 m^(2)/s^(2),水力应变为0.2~3.0/s。体型Ⅱ鱼道通过在主流位置增加桩柱结构,形成了多股水流,有效减小回流区的占比,提高了鱼道池室空间利用率,为鱼类的上溯路径提供了更多选择。 展开更多
关键词 竖缝式鱼道 桩柱结构 数值模拟 水力学特性
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竖缝式鱼道90°~180°转弯段水力特性及优化研究 被引量:3
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作者 李国岭 陈胜 +3 位作者 贺蔚 刘卫 杨振冰 张健 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第5期113-121,共9页
受鱼道进出口位置、工程地质、枢纽布置等因素限制,鱼道工程需要布置不同角度的转弯段池室,以适应复杂多变工程环境。采用数值模拟的方法,研究了同侧竖缝式鱼道不同转角α(90°≤α≤180°)的转弯段池室流场分布规律,并对不同... 受鱼道进出口位置、工程地质、枢纽布置等因素限制,鱼道工程需要布置不同角度的转弯段池室,以适应复杂多变工程环境。采用数值模拟的方法,研究了同侧竖缝式鱼道不同转角α(90°≤α≤180°)的转弯段池室流场分布规律,并对不同转角池室提出了系统的优化措施。结果表明,当转弯角度α大于90°时,均出现主流冲击外侧边壁,池室中部伴有大尺度回流区的现象,并随着转弯段角度α增大,主流冲击程度加剧,回流区尺度也进一步扩大。针对上述流场问题,采用加设整流导板的措施进行优化,提出转弯角度α介于90°~140°之间时,整流较好的导板位置α_(0)/α值由1/4.0增加至1/2.8,当α介于140°~180°之间时,α_(0)/α值基本稳定于1/2.8~1/3.0之间,即随着转弯角度α的逐渐增加,较优的α_(0)/α值呈现先增加后趋于稳定的变化趋势,可为转弯段结构相似布置鱼道优化设计提供参考。 展开更多
关键词 竖缝式鱼道 90°~180°池室转弯段 整流导板 数值模拟 水力特性
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激光选区熔化铜合金多道成形的熔池行为和缺陷机理 被引量:2
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作者 傅广 李舒玥 +4 位作者 李泓历 任治好 彭庆国 肖华强 李少波 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期118-128,共11页
目的针对激光选区熔化成形铜合金零件中孔隙缺陷的质量问题,研究不同扫描间距下多道熔池的动力学行为,以及不规则未熔合孔隙缺陷的生成机制。方法构建多物理场的高保真数值模型,采用离散元法搭建粉末床,结合两相流法追踪金属相自由表面... 目的针对激光选区熔化成形铜合金零件中孔隙缺陷的质量问题,研究不同扫描间距下多道熔池的动力学行为,以及不规则未熔合孔隙缺陷的生成机制。方法构建多物理场的高保真数值模型,采用离散元法搭建粉末床,结合两相流法追踪金属相自由表面,并通过射线追踪算法研究多道成形时的全局吸收率,深入分析扫描间距对熔池演变以及未熔合孔隙缺陷的影响。结果前一熔道的扫描对后一熔道有预热效果,因此第2熔道的宽度和吸收率总是大于第1道。随着扫描间距的增加,热积累效应减弱,第2道熔池的宽度和深度随之减小。扫描间距小会增加熔道间的重叠部分,不利于提升零件的构建速率,但无限地增加扫描间距会导致未熔化孔隙缺陷。通过对比70、100、130μm扫描间距下的成形熔道发现,70μm熔道的搭接率接近50%,100μm能形成良好的搭接,且没有缺陷生产,而130μm熔道有明显的孔隙缺陷及未完全熔化的粉末。结论扫描间距的变化会造成液态熔体流动、传热和传质的改变,进而改变激光选区熔化铜合金多道成形的熔池动力学行为与吸收率,最终影响成形件的质量。选用合适的扫描间距可以有效地避免未熔合缺陷,并保证相邻熔道间有良好的搭接率。 展开更多
关键词 激光选区熔化 数值模拟 铜合金 吸收率 孔隙缺陷 熔池动力学
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溢洪道转弯段消力池水力特性优化模拟 被引量:2
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作者 史修府 牧振伟 +2 位作者 吕智 张猛强 张红红 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第12期91-100,共10页
溢洪道转弯段消力池受弯道离心力和惯性力影响,往往会出现流态不佳、两岸水深和流速分布不均等不良水力现象。为探索该复杂水流问题,以新疆XBT水库溢洪道消力池为研究对象,设计17个模拟方案,将流态、水深、平均流速和消能率作为研究指... 溢洪道转弯段消力池受弯道离心力和惯性力影响,往往会出现流态不佳、两岸水深和流速分布不均等不良水力现象。为探索该复杂水流问题,以新疆XBT水库溢洪道消力池为研究对象,设计17个模拟方案,将流态、水深、平均流速和消能率作为研究指标进行分析与评价。研究表明:不同模拟方案对转弯段消力池内部水力特性影响不同;为改善转弯段消力池内不良水力现象,将池深加深至6.55 m、采用矩形敞口出口型式并联合9根交错糙条可取得最佳流态,即中后段壅水问题得到解决并消除了凹岸水流溢出边墙现象,此时凹岸水深相较原方案降低30.22%,两岸水位差仅为0.02 m;通过对消力池内典型断面平均水深和动能计算,消力池出口断面平均水深相较原方案降低了49.97%,消能率由18.97%提高至62.63%。 展开更多
关键词 转弯段消力池 辅助消能工 水力特性 消能率 数值模拟 溢洪道
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Al-Si镀层22MnB5激光焊的熔池流动特性及元素分布 被引量:2
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作者 朱李斌 汪乾 +4 位作者 潘宣军 李思良 葛星 张衡 刘海江 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-11,共11页
熔池流动行为对镀层元素在焊缝中的分布起决定性作用.采用建立激光焊熔池三维瞬态数值模型的方法,分析AlSi镀层22MnB5高强度钢激光焊的熔池流动行为及其对焊缝中Al元素分布的影响规律.在焊接试验中,根据能谱仪对焊接接头的扫描数据验证... 熔池流动行为对镀层元素在焊缝中的分布起决定性作用.采用建立激光焊熔池三维瞬态数值模型的方法,分析AlSi镀层22MnB5高强度钢激光焊的熔池流动行为及其对焊缝中Al元素分布的影响规律.在焊接试验中,根据能谱仪对焊接接头的扫描数据验证数值模型的可靠性.结合模拟结果与试验结果对激光焊熔池流动行为及焊缝Al元素分布规律进行研究.结果表明,根据激光焊热输入与功率密度阈值的不同,熔池形貌呈现无匙孔、未完全贯穿匙孔和完全贯穿匙孔3种特征,并存有不同的温度场、流场、流速和稳定性.无匙孔熔池由于流速分布均匀,涡流产生较少,稳定性最好.镀层Al元素在焊接接头上下焊趾区域易产生偏聚,较之上表面镀层,下表面镀层进入熔池后Al元素偏聚现象更明显.因此,上部Al元素均质化分布显著优于下部. 展开更多
关键词 Al-Si镀层22MnB5高强度钢 数值模拟 熔池流动 Al元素均质化
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导流兼泄洪冲沙洞消力池体型优化及河床冲刷研究 被引量:3
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作者 梁朋林 金瑾 +2 位作者 祁明洋 马勇勇 王淑娟 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第5期53-60,69,共9页
导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲... 导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲刷情况,分析不同方案对消力池水力特性的影响并进行物理试验验证。结果显示:消力池末端在增设矩形尾坎后水流流态得到改善;同时池内进出口流速降幅最大为7.66 m/s,而压强分布均匀、无负压产生,且消能率达到80.60%。在设计和校核工况下,增设矩形尾坎后河床冲坑范围相较于原方案分别减少12.20 m和13.30 m,其最大冲坑深度分别较原方案减少0.48 m和1.00 m,对下游防护效果明显。研究表明:所设的体型优化方案均能有效的提高消力池的消能效果,在增设矩形尾坎后流场分布均匀且减轻下游河床冲刷的效果最佳。该研究成果可为导流兼泄洪冲沙工程提供参考。 展开更多
关键词 数值模拟 水力特性 消力池 模型试验 下游河床
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波浪环境下应急救援艇入水砰击的运动特性研究 被引量:1
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作者 史禹 洪亮 马如相 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期135-146,共12页
基于5阶Stokes波理论,采用速度入口造波法与阻尼消波法,建立效果良好的3维波浪数值水池。研究波浪参数对救援艇入水过程产生的影响,研究结果表明:救援艇垂直入波浪水面时,相对波浪的方位对入水砰击载荷产生的影响大,垂直于波浪入水各相... 基于5阶Stokes波理论,采用速度入口造波法与阻尼消波法,建立效果良好的3维波浪数值水池。研究波浪参数对救援艇入水过程产生的影响,研究结果表明:救援艇垂直入波浪水面时,相对波浪的方位对入水砰击载荷产生的影响大,垂直于波浪入水各相位的砰击载荷均小于静水面;平行于波浪入水,各相位中仅波谷位置入水的砰击载荷小于静水面,平衡位置(下行速度)处的砰击载荷最大,约为静水面情况的1.375倍,随着海况等级的增大,波浪对救援艇入水过程的扰动加剧,砰击载荷增大。救援艇具有水平速度以倾斜姿态入波浪水面时,相比于波浪的传播方向,入水相位对救援艇的砰击载荷产生的影响大,随着海况等级的增加,救援艇各方向的砰击载荷增大,入水过程俯仰角的变化幅值逐渐减小。 展开更多
关键词 数值水池 入水砰击 数值模拟 运动响应
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激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟 被引量:2
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作者 陈海俊 朱刚贤 +1 位作者 贺继宏 王丽芳 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期190-199,208,共11页
目的提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律。其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对... 目的提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律。其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算。通过施加质量源项引入同步送粉,施加能量源项模拟激光热输入,选取姿态角为30°、60°、90°进行计算,对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析。最后,基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定。结果粉斑内粉末量呈“中间均匀,两端密集”的分布规律。熔池流动为“双环流”分布特征,但流动方向受重力影响,产生偏转。取3种姿态角计算时间同为0.3 s时,熔池中心处流体的偏转角分别为2°、4°、6°,并且随着倾斜角的增大,熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%,熔覆层宽度减小了1.19%、1.28%、1.73%,熔覆层顶点偏移量增大到48.08、86.54、105.76μm。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的“双环流”分布特征,非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转。随着基板倾斜角增大,熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加。为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导。 展开更多
关键词 激光熔覆 光内送粉 变姿态 熔池流场 数值模拟
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