核燃料棒焊接时的气体流场及其保护效果

核燃料棒焊接时的气体流场及其保护效果 上海大学 硕士学位论文核燃料棒焊接时的气体流场及其保护效果 姓名:郑舒 申请学位级别:硕士 专业:流体力学 指导教师:胡国辉 20061001上海大学硕,学位论文 摘要 制造业是一个国家工业的基础，而焊接技术则是制造技术的重要组成部分。在核电工业中，核电燃料棒的制造过程中所应用的焊接技术中涉及到很多力学方面的问题。对核电燃料棒进行焊接时，周围惰性气体的保护效果对焊件质量起着至关重要的作用。 通过分析制备核燃料棒的过程中现有的工艺缺陷，本文从流体力学原理出发，基于,,,,,,,,,,,,,方程，并采用贴体坐标和交错网格系统，用,，,,,,算法对核电燃料棒周边以及焊接腔体内部的流场进行了计算，通过对氦气和空气的多组分流场的数值模拟，研究了流场涡结构的主要特征和演化过程，分析了多组分气体和热量输运对瞬态流场的影响。结果表明在焊腔内部低雷诺数圆柱绕流问题中，当轻流体(氦气)流入重流体(空气)时，圆柱尾涡的形成有所减缓。焊接中的高温使得圆柱尾涡尺寸和分离角减小。对这些结果本文进行了直观的物理解释。 通过分析焊件附近氦气质量分数的变化情况，发现了原有结构存在的不足之处，并针对此缺陷提出了优化的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。最后研究了不同入口速度、焊腔几何尺寸、温度等物理参数对于提高核电燃料棒焊接质量的影响。 目前，基于这些计算结果设计的气体保护焊焊机已投入生产。工程实际表明该设备较好地实现了本文的设计思想，提高了生产效率和成品率。关键词:计算流体力学，核电燃料棒，钨极电弧惰性气体保护焊，有限体积 法，,，,,,,算法 , 上梅大学硕士学位论文 ,,,,,,,, ,,,,,,;,,,, ,,,,,勰, ,,,,,,,,,,, ,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,, ;,,;,,, ,, , ,,,,,,,， ,,, ,,, ,,,,,,, ,,;,,,,,,, ,, ,, ,,,,,,,,, ,,,, ,, ,,(，, ,,, ,,;,,,, ,,,,, ,,,,,,,,， ,,,,, ,,,, ,, ,,;,,,,;,, ,,,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,,, ,,;,,,？,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,;,,,,,, ,,,;,,, ,, ,,, ,,;,,,, ,,,, ,,,;,(,,, ,,,,,;,,,, ,,,,;, ,, ,,,,, ,,, ,,,,,, ,,, ,,;,,,, ,,,, ,,,;, ,, ;,,,,;,, ,, ,,, ？,,,,,, ,,,,, ;,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,,;,,,,,( ,,, ,,;,,,;,, ,,,,;,, ,, ,,, ,,,,,,;,,,,,, ,,,;,,, ,, ,,, ,,;,,,, ,,,, ,,,;, ,,, ,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,(,,,, ,,, ,,,,;, ,, ,,,,, ,,;,,,,;,，,,, ,,,,,,,,,,,,,,？,,,,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,, ,,, ,,;,,,, ,,,, ,,,;, ,,, ,,,,,,,,,, ;,,,,, ,, ,,, ,，,,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,鲥, ,,,,,,(,,, ,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,;,, ,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,—;,,,,,,,, ,,,, ;,,,,,,, ,, ,,, ,,, ,,,,,, ,,, ,,,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,;,,, ,, ,,, ,,,,,, ,,,,;,,,,(，, ,,, ,,,,,,,,, ,,, ,,,,,—;,,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,;,, ,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,(,,, ,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,, ,,, ,,,, ,,,,,, ,,, ;,,,,,,, ,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,,，,,,, ,,,,, ,,,(,,,,,,),,,,, ,,,, ,,, ,,,,, ,,,(,,,)，,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,,, ,, ,,,,,;,, ,, ,,, ,,,, ,, ,,, ;,,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,, ,,,,，,,, ,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,;,,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,(,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,( ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,, , ,,, ,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,, ,,,;,,,, ,, ,,, ,,,,,, ,,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,;,，,,, ,,,,;,,,;, ,, ,,, ,,,,,,, ,,,,;,,,, ,, ,,, ;,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ;,,,,, ,,,,;,,,, ,,,，,,, , ,,, ,,,,,,,,, ,,, ,,,,;,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,(,,,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,;,, ,, ,,, ,,,,,,,,, ;,,,,, ,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,,,;,, ,,,,,,,,,，,,;, ,, ,,,,, ,,,,;,,,，,,, ,,,,,,,, ,,,,;,,,, ,,,,,,,,, ;,,,,,，,,,,,,,,,,,( ,,, ,,,,,,,, ,,,,,,, ,,;,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,, ,,,,,;,, ,,,,, ,,, ;,,;,,,,,,, ,，上海大学硕士学位论文,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,(，, ,,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,,,,, ,, ,,,, ,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,(,,, ,,,,,;,,,,,, ,,, ,,, ,,;;,,,,,, ,,,, ,,,,, ,,;,,,, ,,,, ,,,;, ,,,,,,,, ,,,,,,,,(,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,,,;,，,,;,,,, ,,,, ,,,;,，,,,,,,,,,,,; ，,,,, ,,, ,,,,,,,，,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,，,，,,,, ,,,,,,,,, ,，，上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名:茎王～受三日期:加正协，， 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论 文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容。 (保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名:塑导师签名:墨立～翌?鱼期:乒州‖(,(，, ，，上海大学硕士学位论文 第一章绪论,(,核工业和气体保护焊接工艺概述 核电是现代能源供应中重要的组成部分，也是高科技造福人类的典型代 表。现代电力工业的发展状况是一个国家是否发达的重要标志之一，而核电技术 的发展程度则在一定意义上反映了该国高新技术水平的高低。 虽然我国核电起步较晚，但近年来发展较为迅速。目前，中国核电工业由 原先的适度发展进入到加速发展的阶段，由于我国国民经济发展的需要和核电的 巨大优越性，国家有关部门规划到,,,,年将建成核电总装机容量,,,,万千瓦， 从而容量占全国电力总装机容量的比例由,,,,年的,,上升到,,左右。“十 五”期间，我国启动了百万千瓦级压水堆核电站国产化依托项目。对能源需求的 日益增加以及对火电带来的大气污染问题的关注决定了核电发展的广阔前景“,。 本课题所生产的电弧焊机是为了生产核电燃料棒而研制的。由于核电工业的特殊性，在焊接核电燃料棒的过程中，我们使用了气体保护焊接技术。 气体保护焊是最近,,年来发展起来的一种先进的焊接方法。现代工业，特别是汽车、电力、石油化工等工业的发展，推动了这种技术的发展。气体保护焊是通过电极与母材间产生电弧熔化焊丝及母材，形成熔池和焊缝金属的一种焊接方法。焊枪喷出的保护气体用来保护电极，使得电弧和焊接熔池不受杂质气体的影响。气体保护焊在工业生产中的应用种类很多，可以根据气体、电极、焊丝等进行分类。如果按照选用的保护气体进行分类，可以分为钨极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、熔化极混合气体保护焊等。钨极氩弧焊也称作,，,焊(,,,,,,,,,,,; ，,,,,—,,, ,,,,,,,)，在我们的设备的研制过程中采用此技术。它的工艺特点是,，: (,)焊接过程稳定，电弧能量参数可精确控制。氩气是单原子分子，高温下上海大学硕士学位论文不分解，不吸热，热导率很小。因此，电弧的热量损失少，电弧一旦引燃就能稳定燃烧。另外钨棒本身不会产生熔滴过渡，弧长变化干扰因素相对较少，也有助于电弧的稳定燃烧。 (,)焊接质量好。氩气是一种惰性气体，高温稳定性好。在高温下它不易与金属起化学反应，被焊金属材料中的合金元素很少烧损。氩的相对原子质量较大，有利于形成良好的气体隔离层，有效地阻止氧、氮等侵入焊缝金属，不易引起气孔。 (,)适于薄板焊接，全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形工艺。 (,)焊接过程易于实现自动化。钨极氩弧焊的电弧是明弧，焊接过程参数稳定，易于检测及控制，是理想的自动化乃至机器人化的焊接方法。 (,)焊缝区无熔渣，焊工可清楚的看到熔池和焊缝的成形过程。 不过,，,也有一些诸如抗风能力差，对工件清洗要求较高，和生产效率低等缺点。在本课题中，我们通入的保护气体是氦气(因为在相同的条件下，钨极氦弧焊的焊接速度比钨极氩弧焊的焊接速度高出,,,,,,,)，被保护的金属材料是锆。 锆及锆合金是核反应堆工程中常用的材料，有较好的加工性能和焊接性能，因此它对高温水冷反应堆是一种非常有价值的材料。目前，在反应堆工程中，它经常用来作为核燃料的元件包壳，元件盒以及高压工艺管道等结构部件。当锆合金中含有少量的氢、氧、氮时会使其显著的脆化，为了抵消这些元素的有害作用，加入锡、铁、镍、铬、铌等元素能大大改善锆合金的机械性能和耐腐蚀性能。锆合金主要分为四大类，即锆一锡二元及多元合金:锆一铌;锆一铜二元及多元合金;锆一铝一锡一铜合金。在核反应堆中，常用的是锆一,和锆 一,。 由于锆及锆合金的特殊性质，影响其焊接质量的因素有很多，主要有以下,点:,(大气对焊缝的影响。锆与锆合金在温度超过,,,。,以后，立即与氧气、氮气、 氢气以及二氧化碳等发生化合反应，从而导致合金的脆化。同时，为了防止焊 接加工时大气污染，焊缝应隔绝空气，并使焊缝均匀速冷，以缩短过热的金属 与大气的接触时问?。 ,上海大学硕士学位论文,(杂质对焊接接头的影响。焊接时若有杂质进入焊缝中，则焊缝的耐蚀性能大大 下降。尤其是碳，当其含量超过,(,,,时，焊缝的耐腐蚀性能就急剧下降。因 此，锆材的含碳量应小于,(,,,，焊接时必须将工件表面的油脂洗干净，防止 与有机物接触?。,(,国内外研究进展,(,(,焊接工艺中的数值模拟进展 在核电工业中的焊接过程里，焊接电弧造成的高温、电离等一系列复杂的物理条件使得相应的实验研究难于实现。随着电子计算机的发展，数值模拟技术逐渐应用到了焊接技术的研究中。数值模拟能够处理焊接过程中各种复杂的边界条件、热源分布和非线性问题。因此很多研究者„“运用它对焊接熔池进行研究，并提出了许多不同的准稳态和瞬态数值计算模型，取得了显著的成果。 国外，,,;,,,,,““等对熔池表面变形情况下的流体流动与传热准稳态和瞬态过程进行了一系列的数值模拟研究。他使用离散元分析技术(,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,)建立了二维和三维,，,焊接熔池流场和热场的数值模型。模型将浮力、表面张力和电磁力视为流体流动的驱动力，把熔池的表面看作是可自由变形的。他们预测了焊接后焊缝表面的变形，计算了在固定电弧和运动电弧作用下熔池内流体的流动和传热过程，并对具有规则和复杂几何外形的工件的焊接过程进行了分析。他们的研究表明熔池内流体流动和传热过程以及工件的形状对熔池的形成有着重大的影响。 ,,,,””,提出了固定电弧作用下二维,，,焊接熔池的瞬态模型。该模型根据作用于熔池自由表面两侧的电弧压力、表面张力、剪切力和内部压力的平衡关系推导出自由表面变形方程，计算了未熔透和熔透条件下熔池的表面变形。在模型中，将重力归于体积力，认为引起熔池内流体对流流动的驱动力主要由电磁力、表面张力梯度、浮力、等离子流的压力和剪切力组成。他考虑了工件金属的熔化潜热，并且利用映射关系将变形的熔池转换成规则的形状，使用上一时问步的信息来求解新时上海大学硕士学位论文间步上相互耦合的流场、热场和熔池的固液以及气液界面。 在国内，,,,,年，蔡洪能，唐慕尧“”建立了运动电弧作用下三维焊接温度场的计算机数值分析模型。在他们的分析中，引入了热焓的概念和表面双椭圆分布的热源模型，计算出了,，,焊接熔池的形状，尺寸和热影响区的温度分布。,,,,年，曹振宁“”根据流体力学理论和变分法原理，建立了,，,焊接熔透熔池流场与热场的三维数值分析模型，在采用了非正交贴体曲线坐标系处理了熔池表面的曲面边界后，将熔透情况下熔池上下表面变形的计算与熔池流场与热场的计算相结合，然后计算出了熔池流场与热场，同时求得了焊接熔池的上下表面的变形，最后与实验进行了比较取得了较好的吻合效果。 随着商业软件的兴起，近年来，人们开始用,,,,,、,,,,,，,,等软件模拟焊接过程中的各种现象。商业软件优点是能够快速有效的解决工程中较为成熟的问题，但是对于新兴的探索性问题还是缺乏灵活性。,,,,年，阎风洁“,应用,,,,,，,,软件进行了二次开发，建立了运动电弧作用下三维瞬态未熔透熔池的数值分析模型，对,,,焊接熔池的形态进行了数值模拟。,,,,年，芦凤桂、姚舜等人“”以,，,焊电弧为研究对象，依据磁流体动力学理论构建了电 弧 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 模型，用,,,,,对,，,焊接电弧等离子体流场进行了有限元分析，并对等离子体流动产生的原因，不同电流，锥角和弧长下的速度场进行了研究。他们发现:“离子体速度场的分布情况是解释电弧压力大小的主要原因”。,,,,年，姜泽东、周方明等人用有限元分析软件,,,,,对接间隙对钽薄板,，,氦弧焊熔池形态影响进行了数值分析,“，针对钽薄板微间隙,，,氦弧焊接方法，用数值模拟的方法计算了钽薄板,，,氦弧对接焊过程中对接间隙存在时温度场的分布以及不同对接间隙时熔池表面形态的变化。他们的计算结果表明: “间隙的存在造成温度场分布不均，是熔池表面形态呈现椭圆形的一个决定性因素，这种影响随焊接时间的增加更为明显”。 以上的工作对于焊接熔池的研究都起了很大的推动作用，但是对于,，,的焊接过程中保护气的流体动力学问题却似乎被人们忽略了。据笔者调研所知，以往的研究多停留在处于冷态状况下的一些实验结果之上，而在热影响下关于保?て ?/B>对于焊接物件的瞬态流动过程以及气体的保护效果的研究较少。 在实验方面，,,,,年,,,,?,,,,,,,,、,,,,,,,,,“” 大学硕士学位论文铝合金部件焊接接点上成孔性研究了保护气体压力对于 ,上海 的影响作用，认为增加入流气体的压强在一定程度上会使的铝合金焊接中的孔的数目减少。,,,,年，,,等人“,,作了添加其他成分后的二氧化碳气体对钨电极惰性气体保护焊的焊接效果的研究，发现增加二氧化碳可以增加焊接金属的含氧量，并最终改变熔池的形状。对于计算方面，,,,,年陈光锋、郭奋颖“”对惰性气体整体保护焊接室内气体压力变化分析，它们讨论了焊接操作带来的对焊接室内气体压力的影响，指出为了在各种情况下使焊接工作室内保护环境免遭破坏必须采用的措施。,,,,年，,,,,,,,,,,、,,,,,,,,,,,“”对氩弧焊中的保护体喷嘴作了一些数值模拟的研究。综上所述，数值模拟用于,，,焊接过程中的保护气体的研究还不是非常充分。,(,(,低雷诺数圆柱绕流问题研究进展简介 在气体保护焊工艺过程中，保护气体从入口处喷入焊接腔体的过程可以看成流体绕过钝体这一类流体力学问题。钝物大致可分成两类:一类如方柱、三角柱等，对于此类钝体，分离点总是固定在前缘的角点处。另一类以圆柱为代表，分离点不固定，其分离现象、尾流中涡层的发展，旋涡脱落规律等都依赖于雷诺数。 圆柱绕流是开放流动体系中一个经典的流动范例，它的流场形态发生在很大程度上决定于雷诺数,,,眈,,,，其中来流速度以为特征速度，圆柱直径,为特征长度，,为流体的运动粘性系数。 当,,很低时，流动无分离。 随着雷诺数的增加(,,,“,,)，圆柱的尾流是由两个在圆柱后对称分布的稳定回流涡结构组成(见图，,，)，其长度随着雷诺数的升高而增长„…“。 图，,, ,,,,,,,时，绕圆柱流动状态(稳定回流涡结构)示意图上海大学硕士学位论文 当继续增大雷诺数，使其高于,,,,,时，原本对称的稳定尾流分叉为不对称的、具有周期性波动涡结构的运动。在圆柱尾部生成交替分离的涡团，并向远处流动扩散，形成众所周知的卡门涡街(见图,,,)。 图,,,卡门涡街示意图 当雷诺数继续升高，尾迹变得更加不稳定，三维运动特征也愈加表现出来。从上世纪,,年代后期开始，很多学者致力于研究圆柱尾流湍流三维转捩问题。,,,,,,,,,,删。”在实验中确定了圆柱尾迹由二维运动向三维运动转捩的临界雷诺数在,,,左右。,,,,年，,,,,,,,,,,发现近尾流区流向涡的形式存在着两种与三维转捩相关模式。第一种模式发生在,,大于,,,时，尾涡出现不连续的变化，主涡不稳 定，并生成大尺度涡环结构。第二种模式发生在,,数大于,,,时，出现小尺度流向涡。两种模式的流向涡结构的长度尺度都要小于涡街的一个主波长。他还进一步发现尾迹转捩中存在大尺度、不同类型的图斑状(,,,,一,,,,)旋涡结构，称之为“旋涡位错(,,,,,, ,,,,,;,,,,,,)”。旋涡位错是在展向具有不同脱落频率单元(;,,,)间形成并在下游发展演化的。该成果对于圆柱尾迹研究有重要的意义，此后人们进行了大量的实验和数值计算揭示圆柱尾迹三维转捩机理幽…。,,,,年,,,,,,,,,…的稳定性分析将圆柱尾迹由二维运动向三维运动转捩的临界雷诺数精确于,,,(,士,。为了研究三维性对流场的影响，,,,,年,,,,,,,,,,,,,,,”,计算比较了常用的圆柱绕流特征参数，如升力系数、阻力系数、,,频率、速度矢量、涡团在圆柱上分离点和压力系数等等。结果证实，当雷诺数为,,,时，二维计算结果与三维计算结果基本一致;但当雷诺数升至,,,时，它们的计算结果就有不同;当雷诺数为,,,时，这种差异就更加明显。 ,上海大学硕士学位论文 在本文研究的课题中，入口处通入的惰性气体喷向到旋转的核电燃料棒上的过程与旋转圆柱绕流问题类似。对于圆柱绕流问题，早期的研究主要关注圆柱没有旋转的情况。在认识到绕旋转圆柱的流动是一种典型的非定常分离流动，它在提高升力、减小阻力、降低流动引起的振动、改变旋涡的释放规律等一系列现代流动控制研究中有着重要价值之后，人们开始对旋转圆柱进行了研究。圆柱的旋转能够产生,,,,,,效应，即抑制在圆柱某一边流动的分离和旋涡的释放，同时增强在圆柱另一边流动的分离和旋涡的释放，从而使的整个流动在垂直来流方向成为不?猿频模 ?谠仓 喜 桓錾 ψ饔谩,嗣腔狗?郑撼 死着凳 酝猓 俣缺龋幔ǎ矗剑颍悖铮 眨 蛭 仓 刖叮 纾撸镂 撬俣龋 ǎ 戳魉俣龋?芄挥跋炝鞫 牟问 ,杂谌菩 仓 牧鞫 奈侍猓 缙诘难芯看蠖嗉 性谛? 俣缺群偷屠着凳 姆段А,纾桑睿纾瑁幔怼,保 摹 停澹螅螅椋铩 车热说墓ぷ鳌,杂谛 仓 屏鞯奈榷ㄐ晕侍猓 缘热耍铮镅芯苛诵 仓 屏髦械亩ǔ,庥墒 裙 傻街芷诮獾亩 ρХ植婀 獭,ü 扑愫蠓?衷仓 男 嵩黾樱遥澹 沟梦械耐崖溲映伲 晕薪值牟 不崞鸬揭种频淖饔谩, 狗?衷冢幔剑埃 疵挥行 那榭鱿碌牧俳缋着凳 遥澹 剑矗担 叮 笨诮闲〉那榭鱿拢 遥宓谋浠 淮螅?比 ,，时,(,当如 , ,,,(,,,(,; 当,进一步增加到,,,(,时，,,,(。从他的结论可以看出，当; ,,,,小于,(,时，,,。最大的增幅不超过,,，在我们的课题中由于,,,(,,,,,，所以本文中圆柱的旋转对于流场的影响基本可以忽略。之后，,,,,等人…,在,,,,年研究了雷诺数为,,、,,、,,,、,,,的情况下，,介于,,,(,,,间的流动问题，其关于稳定性的结论与胡国辉的结论有很好的一致性。但是，,,,,发现在雷诺数为,,的时，,,,,,,,,数并不依赖于能够抑制涡脱落的,值，而这与胡国辉的结论并不相符。针对上述情况，,,,,,,,”用实验的方法研究了低雷诺数下旋转圆柱尾迹的涡脱落现象，发现当雷诺数为,,时，实验结果与,,,,的计算结果相一致(见图,,,)。此外，,,,,,,还研究了在流体的雷诺数介于,,,,,之间时，能够抑制涡脱落的口值。 ,上海大学硕士学位论文 ,,图,,,文献„”中，,为胡国辉计算结果;口为,,,,计算结果一有涡脱落的情况;?为,,,, 计算结果一无涡脱落的情况; ,为实验结果,有涡脱落的情况;?为实验结果一无涡 脱落 的情况;图中的实线段表示,,,,计算结果所得到的近似稳定边界，点划线段表示实验结果所一 得到的近似稳定边界 在本课题所研制的焊机中，焊机腔体内部的焊枪端部产生的高频电弧所造成的高温效应对于核电燃料棒附近以及整个焊腔内部的流场形态都会产生影响。这样的现象相当于加热圆柱绕流问题。,,,,年，,,,,,,啪,较早地发现了低雷诺数下给圆柱表面加热后能够改变涡街的脱落形式。,,,,和,,,,,,,,汹,，,,,,,,,,,,;,,,,“,的研究也得到了类似的结果。,,,,,,认为造成这种现象的原因是加热圆柱能够增加附近气体的动力粘性系数，从而相应的减小了临界雷诺数,;，，进而改变了涡街脱落形式。不过上述的研究没有给出对粘性系数产生影响的精确的有效温度值, (,,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,)，即在圆柱的表面温度瓦，和来流的温度,共同作用下影响流体粘性系数的温度。之后，,,;,,,,,,。”， ,,,,,,,汹,，,,,,,,,,,,”,，,,,,,;,,, ,“对前人工作的基础上进行了研究，发现,?并不是瓦与,的算术平均，在考虑到动力粘性系数的影响之后，,,,,,,,,“”给出了,?的计算上海大学硕士学位论文公式:,,„，(,(,,，,(,,),,,，其中?乙,瓦一,。 ,,,,年，蒋小勤、董宇飞、魏中磊嘲,…等人作了加热对圆柱绕流影响的热线测量。,,,,年，他们在低湍度风洞及水槽中，对低雷诺数下电加热圆柱尾迹涡的流动显示进行了研究。它们的实验发现在水介质中，均匀加热圆柱可以促使尾涡的脱落。而在,,,,,时，水介质中局部加热圆柱流场中会出现三维涡结构。他们认为;是由于加热局部的涡脱落频率增大，涡脱落的相位较其了两侧有所超前，从而导致涡街在局部发生错位。相反，由于空气的粘性系数随着温度的增加而增加，因而在空气中加热圆柱对旋涡脱落有遏制作用。以上的研究多着重于加热圆柱表面对于流场的影响，而对于本文涉及的来流方向上点源加热流体对于圆柱周围流场的影响研究并不很多见。,(,本文拟研究的内容 本文所研究的,，,焊机是为核燃料棒氦弧焊接所设计的特种电弧焊机。如前所述，在焊接过程中核电燃料棒周围的惰性气体的保护效果对于焊接质量而言十分重要，为了使核电燃料棒尽可能少的与外界空气接触，工程中通常在焊接腔体中焊接核电.