基于CFX的调节阀空化数值模拟及结构优化

为减少某核电站调节阀最高运行参数工况下的空化损伤,基于CFX软件采用多相流模型和空化模型对结构优化前后的调节阀的空化情况进行数值模拟,分析了阀门内部不同结构对空化区域分布和空化程度的影响.结果 表明:作为关键部位的阀芯密封线处易受空化损伤;优化后的阀门结构可以使阀芯密封线处的空化发生一定的转移,有效降低了阀芯密封线附近的空化率,保护了阀芯密封线的完整性.     

喷油器喷油嘴偶件空化穴蚀仿真分析

通过数值模拟方法,基于流体体积函数(VOF)多相流模型对某型柴油机喷油器喷油嘴偶件(以下简称喷油嘴)的空化穴蚀进行仿真,得到了喷油嘴产生空化穴蚀的关键区域,以及影响空化穴蚀的关键结构,仿真空化区域与可靠性试验结果基本一致。通过减小喷油嘴密封角度、增大喷油嘴压力室圆角半径、减小喷孔锥角,使得密封面处空化现象得到改善,喷孔处空化强度及空化区域明显减小。     

针阀升程对乙醇柴油的空化现象及近场喷雾特性的影响

基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台,以乙醇柴油为流动介质,通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度,对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程(3mm、6mm和8mm)所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现:喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段(初生-发展-超空化)和柱塞流阶段;同等燃油流速下针阀升程越小,则喷嘴孔内越易发生空化,且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势;同等燃油流速下针阀升程越大,则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势;在柱塞流发生之前,同等燃油流速下针阀升程越小,则近场喷雾锥角越大,且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。     

长短叶片水轮机转轮气液两相流的数值模拟

为降低水轮机运行过程中的空化现象并提高经济效率,以长短叶片混流式水轮机HLA351 LJ 170原型机为研究对象,采用完整的空化流模型和商用CFD软件FLUENT中的Mixture多相流无滑移模型,在大流量工况下对长短叶片混流式水轮机进行了气液两相流数值模拟。计算结果表明,该工况下长短叶片水轮机转轮流速、压力分布合理,水力性能较好。由此预测了长短叶片水轮机空化发生的部位和程度,对水轮机优化设计或改型等具有重要的指导意义。     

大型双吸式离心泵内流场空化特性数值模拟分析

为探究大型双吸式离心泵的内流场空化特性,使用CFD技术的数值计算方法,在设计工况下,选用标准κ-ε湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对某大型双吸式离心泵内流场空化特性进行数值模拟,经后处理得到离心泵在不同有效汽蚀余量时内部流动的压力分布、空泡体积分数分布情况,并结合试验结果进行对比分析。结果表明,利用CFD进行三维湍流数值模拟可有效反映出双吸式离心泵内流场的空化特性,数值模拟结果与试验结果较一致,为通过CFD数值模拟方法研究大型双吸式离心泵空化特性提供了参考。     

基于气液两相流大涡模拟研究柴油喷射的雾化过程

采用气液两相流大涡模拟对燃油雾化过程进行数值模拟.通过建立不同的计算边界研究了喷油器结构对喷孔内流及近喷孔区域燃油雾化特性的影响.在对比分析射流结构和喷孔内外流计算结果的基础上,讨论了射流初始扰动的产生机理及燃油雾化机理.根据计算结果发现:喷油器结构对喷孔内流有重要影响,实际喷油器的复杂结构会使燃油在离开喷孔前发展为湍流,湍流是导致初始扰动具有复杂频率和振幅组成的原因.边界突变是产生喷孔出口区域轴对称初始扰动的原因,该类型初始扰动具有单一的频率和振幅.     

柴油耦合喷嘴内空化流动对近场喷雾影响的模拟

柴油机共轨压力的提高使空化现象快速发生而影响柴油近场喷雾的初次破碎,进而对后续燃烧和排放产生作用.因此搭建了单孔柴油喷油器内外流耦合喷嘴三维数值模型,并进行了验证.在此基础上,模拟研究了针阀开启初期不同喷油压力下空化流动对近场喷雾特性的影响.模拟结果表明,喷孔内空化发展经历了3个阶段:单相流区(Fv<0.3％)、空化发...     

潮流能水平轴水轮机空化数值模拟

以50 k W潮流能水平轴水轮机为例进行叶片设计,采用计算流体力学软件Fluent分别模拟全湿流模型和空化流模型的水轮机水动力学性能,数值模拟结果表明水轮机运行过程中存在空化现象,空化首先发生在背流面叶片尖端,由叶片尖端向叶片中部发展,空化的发生可降低水轮机的功率系数和扭矩系数,增大水轮机的轴向力系数,工程上应采取相应的措施。     

V锥流量计水力空化气液两相流场数值研究

基于CFD多相流空化模型,对V锥流量计内流体的空化流动进行数值计算,分析了不同入口压力、等效直径比、前、后锥角对流场空化率的影响.研究表明:由于锥体的节流作用使流场中最低压力出现在锥后一定位置处,且降低入口压力、增大等效直径比,适当增大前、后锥角均可有效抑制空化的形成和发展.计算结果可为工程实际应用提供一定理论指导.     

压力室结构对断油阶段空化及气体倒流的影响

断油阶段的空化现象对喷油间隔期的流场有重要影响,空化引起的高温燃气倒流会造成孔内结焦,进而影响缸内射流雾化.基于可视化试验和流体体积(VOF)方法两相三组分多相流求解器,对柴油喷嘴断油阶段的流动过程进行试验和模拟,分析3种不同压力室壁面曲率结构的喷嘴对断油阶段空化及气体倒流的影响.结果表明:在断油阶段喷孔和压力室依次发生空化现象,其中压力室内空化量较大,并呈现为涡空化和带状空化两种形态,壁面曲率小的狭直结构以带状空化为主;压力室结构较为狭直的喷嘴空化体积变大,但其低压持续时间延长使柴油流出量变小,最终导致倒流气体量下降;在发生涡空化时,速度梯度张量第二不变量Q与涡空化体积呈正相关,涡核区域越小则流场中磨擦耗散越少,越易于压力室内空化的形成.     

基于欧拉多流体模型对喷嘴内流和射流破碎的研究

在Open FOAM的框架下,采用多流体模型和大涡模拟方法研究不同背压对喷嘴内流和射流破碎的影响.利用已修正的空化模型考虑了空化现象,利用界面压缩法对两相界面进行捕捉,进而分析燃油的一次破碎过程.结果表明:降低背压有利于喷嘴内部空化的形成与发展,但会导致喷嘴喉部有效流通面积减小,流动阻力增加,质量流量降低.射流破碎中气/液相界面处气/液两相存在很大的速度差,导致产生很强的阻力,大大促进了一次破碎过程中主喷雾区和蘑菇头的破碎.背压越高,空气密度越大,则燃油受到的阻力越大,液柱破碎越剧烈且射流破碎角越大.因此,同时提高喷射压力和背压可以促进燃油与空气的混合,也可以有效抑制空化来避免空蚀现象以及流量系数降低,从而延长喷嘴的使用寿命.     

柴油机喷油器内部空化流动的数值模拟研究

柴油机喷油器内部的空化流动现象对燃油雾化、燃烧及排放有重大的影响,而针阀运动又直接影响着喷油器内部空化流动的生成与发展。为此,运用欧拉双流体法对喷油器内部流动进行气、液两相流的动态模拟研究,分析了不同针阀升程下喷孔内部空化分布及发展情况。研究结果表明,针阀上升和下降过程中,喷孔内空化流动变化剧烈;针阀升程稳定时,喷孔内空化流动相对稳定;喷孔入口增加倒角,可以有效缓解喷孔内的空化现象。     

遗传算法在水平轴洋流机叶片优化设计中的应用

水平轴洋流机是捕获洋流能的主要设备,其叶片外形直接影响捕能效率。通过Bezier参数化曲线描述定速定桨距洋流机的叶片弦长和扭角分布规律,采用叶素-动量理论计算其水动特性。以额定流速下能量利用系数系数最大为目标,基于遗传算法建立了叶片外形优化模型。同时,为了避免因汽蚀导致功率输出不稳定的现象,在优化过程中以汽蚀作为约束条件,与经典设计方法Wilson理论设计叶片进行了比较。结果表明:优化叶片在叶根处的扭角更小,具有更佳的抗扭性能;叶根和叶尖处弦长均更小,节省了材料;在设计流速范围内,优化叶片在低流速下效率更高,平均提高了4.6%,具有更好的启动性能。     

双吸泵空化非定常数值分析

为了分析双吸泵内部非定常空化流,采用SST湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对双吸泵空化流场进行定常与非定常模拟,得到了双吸泵内流场空化初生部位及空化发展情况,并设置监测点分析了空化状态下双吸泵内不同位置处的压力脉动特性。结果表明,空化首先发生于叶片吸力面头部靠近前盖板处,随着空化余量的降低,空化面积及空泡体积分数不断增大,空化继续发展后,空泡会逐渐向叶片吸力面及叶轮出口扩散,从而降低泵的扬程;在一个旋转周期内,单个叶片上的空化状态呈现出由弱变强、再由强变弱的发展趋势;随着空化余量的降低,监测点处压力脉动幅值增加,蜗壳流道内压力脉动的主频为叶频,谐频为叶频的倍数,且蜗壳隔舌处的压力脉动幅值最大。     

喷油嘴喷孔内部空穴两相流动数值模拟分析

在柴油机喷油嘴喷孔内部空穴流动现象分析的基础上。建立了完全发展了的空穴流动的二维气液两相流空穴模型，并进行了喷孔内部气液两相流数值模拟。计算结果与国外已有实验数据的对比表明所建模型是正确的，在此计算模型框架下分析了喷孔上下游压差和喷孔入口圆角半径、喷孔直径和长度等几何特征参数对喷孔内空穴区域分布的影响，进而分析了对喷雾特性的影响。     

柴油机模型喷孔内空化与空蚀特性试验研究

在真实喷油器空蚀试验基础上,利用X射线CT扫描检测到了喷嘴内微量空蚀。为获得空化对空蚀的具体影响,搭建了可同时获得喷孔内空化区域和空蚀区域及形貌的可视化试验装置,采用高速摄影技术和电镜扫描(SEM)技术,针对一个矩形喷孔内空化流动和空蚀特性进行试验研究。结果表明:喷射压力越高,喷孔内空化发展越充分,并出现了单相流、不完全空化流、超空化流和水力回流4种不同流态;云空化脱落呈现出一定的循环周期性,且喷孔下游空蚀区与云空化脱落溃灭区非常吻合。结合壁面附近空化区与液相区交界处存在的空蚀现象,推理云空化脱落溃灭和冷凝溃灭是喷孔内空蚀形成的两大因素。     

喷孔几何特征对变截面喷油孔空穴流动状态的影响

采用混合多相流模型及空穴模型相结合的方法,对喷油嘴激光打孔过程形成的变截面喷油孔内空穴流动现象进行数值模拟,重点分析喷孔几何特征对空穴流动状态的影响规律.结果表明,变截面喷孔内喷孔截面收缩或者扩张的程度及位置对孔内燃油空穴流动状态具有重要影响.截面收缩型的喷孔可在出口形成更大的空穴强度分布,利于促进燃油的初次分裂及雾化.截面扩张型喷孔可使得出口燃油速度分布更均匀,出口平均速度增大,从而提高流量系数;研究还发现,相对于直喷孔,变截面喷油孔内空穴流动状态对孔入口倒角变化的敏感性减小,这将有利于提高多孔喷嘴各孔流量及雾化的均匀性.