基于粘性比例因子的锥形流量计最优锥角选择

锥形流量计的锥角参数是影响锥形流量计性能的重要参数,锥体前锥角和后锥角均有较大的取值范围,这造成供选择的锥角组合无限多。通过实验和传统的CFD仿真优化锥形流量计锥角工作量大,效率低。研究证明了锥角的变化引起的下游取压位置处的压力波动会导致锥形流量计流出系数的改变。根据流体力学本构方程理论定义了评价黏性应力对压力波动影响的黏性应力比例因子k1和k2,并得到结论：任一锥角组合锥形流量计下游取压位置处黏性比例因子k1和k2越大,锥形流量计的压力信号受到的干扰越大,对应的流出系数重复性和线性度误差越差,在低入口雷诺数状态下这种干扰尤为明显。基于黏性比例因子的具有不同锥角组合锥形流量计的性能预测结论是：β值在0.45~0.75的锥形流量计,前锥角为27.5°±2.5°,后锥角为65°±5°时锥形流量计的流出系数重复性和线性度误差好于其他的锥角组合。实验测试DN100口径,β值分别为0.45,0.5和0.65的9个不同锥角组合的锥形流量计,实验结论证明了基于黏性应力比例因子的锥形流量计锥角组合预测的准确性。     

V形内锥流量计关键参数对流出系数的影响

将计算流体动力学仿真试验和实流物理试验相结合,剖析V形内锥流量计的流出系数特性,探索不同等效直径比β、前后锥角以及雷诺数等对流出系数的影响规律。湍流模型为RNG k-ε模型。针对100 mm口径,设计了β值分别为0.50、0.65、0.85,前锥角分别为40º、45º、50º,后锥角分别为120º、130º、140º,共27种组合的V形内锥体,仿真介质为水,温度为293 K。经过数值模拟试验,获得了27条内锥流量计流出系数特性曲线。为进一步验证仿真试验结果,在已有实流试验系统的基础上,建立针对V形内锥流量计的专用自动标定平台。两类试验数据比较发现：内锥流量计的流出系数不仅和雷诺数有关,还与等效直径比β及前后锥角相关。首先,β值越大,流出系数越小,且β值越大,流出系数更易受雷诺数的影响;其次,β值相同时,前锥角对流出系数具有决定性的影响,而后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响;第三,较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响。数值模拟试验预测平均误差约5%,最大值小于10%。     

上游阻流件对V锥流量计性能的影响

利用常压气体作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度和不确定度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对V锥流量计测量性能的影响。在上游相同阻流件条件下建模仿真,对V锥流量计和孔板流量计的结构进行对比。     

锥形流量计下游支撑及取压位置的试验研究

锥形流量计应用广泛,其国际标准正在起草中。锥形流量计发展过程遇到两个问题：安全性和制造一致性差,具有双支撑结构的锥形流量计可解决此问题。为保证增加的双支撑结构不会影响锥形流量计的测量性能和较短的表体长度,需要研究下游支撑和下游取压位置。根据锥形流量计尾流流场的速度分布和压力分布的状况设计相关的改进试验,选择合适的下游支撑和下游取压位置。试验使用的锥形流量计经过特殊设计：锥体、下游支撑位置、下游取压位置都可以按照要求变换位置。试验得到适用于不同直径管道的下游取压位置和支撑位置的选取规律。不同管径和等效直径比下的锥形流量计试验数据显示：改进后的双支撑形式的锥形流量计样机比悬臂梁锥形流量计具有更好的流出系数不确定度。     

上游单弯头对内锥流量计性能影响的仿真与实验研究

旨在获取上游安装单个90°弯头条件时内锥流量计所需要的最短直管段长度.将计算流体动力学数值仿真和实流实验有机结合,通过数值仿真揭示速度场与压力的分布信息,预测上游弯头及直管段长度对内锥流量计流出系数的影响规律,并结合实流实验进行验证.仿真和实验的介质均为常温水,雷诺数范围分别为0.498×105～4.98×105和0.14×105～5.1 × 105.实验包含基线实验与弯头实验两种类型,以基线实验为基准,其中节流比分别为0.45/0.65/0.85,利用平均流出系数相对误差及附加不确定度作为安装条件影响的主要评价标准,给出上游单个90°弯头的直管段长度,并与国外研究结论进行了比较.     

湍流模型对双支撑型V锥流量计的适用性研究

本研究旨在探索一种适用于双支撑型V锥流量计仿真工作的湍流模型。以50 mm、100 mm、200 mm口径共计6种样机为研究对象,在常温常压条件下,以水为介质,雷诺数范围为1.0×104~29.9×104,分别采用标准k-ε、RNG k-ε以及SST k-ω3种湍流模型对其流出系数及其线性度误差指标进行仿真预测。为验证仿真准确度,同时开展实流实验研究,将仿真预测结果与实流实验进行对比,结果表明SST k-ω模型对于不同结构的V锥流量计的仿真线性度误差在0.04%~0.32%,与实流实验吻合较好。利用SST k-ω模型预测的流出系数与实验数据的平均误差为6.6%,优于经典的k-ε模型,更适用于双支撑型V锥流量计流场仿真和流出系数的预测。     

上游双弯头对内锥流量计性能的影响

为提高对内锥流量计安装与使用条件的认识,开展了上游连续两个90°在同一平面成S型结构和互成垂直平面上弯头的数值仿真与实流实验研究.研制了实验样机一套,β值分别为0.45/0.65/0.85.利用平均流出系数相对误差及附加不确定度作为安装条件影响的主要评价标准,研究结果表明:对于β值分别为0.45/0.65/0.85的内锥流量计,在互成垂直面双弯头安装条件下所需最短直管段长度均为1D;在同平面S型双弯头安装条件下所需最短直管段长度分别为1D/1D/2D.     

叶片螺旋角对气体涡轮流量计性能影响的分析

在分析气体涡轮流量计结构和数学模型的基础上,针对涡轮叶片螺旋升角对仪表性能的影响,以安装35°、45°和55°三种不同叶片螺旋升角涡轮的DN150型气体涡轮流量计作为实验对象,搭建仪表负压检测平台,分别对仪表系数、压力损失和计量精度进行实验检定与对比分析。实验结果表明,合理设计涡轮叶片螺旋升角能显著改善气体涡轮流量计的性能,为叶片螺旋升角进一步优化及其对仪表性能影响规律的研究提供了实验基础。     

线性液动压抛光加工的流场特性研究

分析了线性液动压抛光加工中液流对工件表面的作用形式，推导了黏性切应力和液动压力数学模型。对线性液动压抛光流场进行了数值模拟，剖析了抛光辊子尺寸以及抛光工艺参数对液动压和黏性切应力的数值及分布均匀性的影响规律。研究结果表明：液动压力和黏性切应力数值随辊子直径和辊子转速的增加而增加，与此同时其分布均匀性反而下降；抛光间隙值越小，液动压力和黏性切应力数值越大，且其分布均匀性越好。最后采用自制的线性液动压抛光实验平台，以K9玻璃为实验对象，探究了抛光加工表面形貌和表面粗糙度的创成过程。     

气体涡轮流量计旋转部件内流场模拟与性能分析

为描述涡轮叶片螺旋角对仪表性能的影响,利用CFD计算软件,对安装叶片螺旋角为35°和45°涡轮的DN 150型气体涡轮流量计的内流场进行数值模拟,在此基础上预测流量计的始动流量和压力损失。最后,利用黄金分割法选取量程范围内的测量点,通过仪表负压检测平台得到仪表系数和压力损失。实验结果表涡轮叶片螺旋角对仪表性能参数的影响显著,CFD数值模拟能够较准确地描述仪表内流状态,实现仪表性能的预测,为叶片螺旋角的进一步优化选择提供可行方法。     

后锥角对串联空化腔室的空化特性的数值研究

针对串联式空化腔室的空化强度和效率存在的问题,展开了对其影响较大的后锥角β值的数值研究,为今后的空化腔室设计提供理论依据。采用Mixture多相流模型,以及k-?两方程湍流模型,在Fluent软件中仿真模拟后锥角β值连续变化的多种串联空化腔室流体域模型,抽取分析计算结果中的压力,速度及空泡体积分数的云图,进而研究后锥形角β值对空化流场的影响。研究结果表明:在后锥形角β值取15?附近能够获得强度相对较高的空化现象;产生空泡体积的大小、负压力的区域大小以及沿中轴线维持恒定速度的能力三者成正相关关系;后锥角β值直接影响着空化流场的分布情况,决定着最终喷射到工件表面的作用范围。     

"V"型内锥式流量计的应用前景

长期以来,标准孔板由于其发展技术成熟、标准化程度高、结构简单等特点在过热蒸汽流量计量中得到非常广泛的应用.然而,孔板流量计存在着一些固有的缺陷,如流出系数不稳定、线形差、重复性不高、准确度受客观因素制约而无法达到设计要求、量程比小、压损大等.本文介绍"V"型内锥式差压流量计的工作原理,分析了如何解决孔板流量计的这些缺陷,并通过计算实例介绍"V"型内锥式流量计在节能方面的优点,最后介绍在恶劣条件下"V"型内锥式流量计是如何提供准确计量的.     

小锥度齿加工与凸轮设计分析

在汽车变速器挂、倒档齿轮传动中,为使变速与换向简便、可靠,通常采用渐开线花键小锥度结合齿(套)的联结方式。齿轮结构有盘齿、轴齿和内花键齿套三种类型。其中小锥度结合齿大致分为正锥形、倒锥形、直线正锥形、倒锥直线形和直线正倒锥组合形等五种形状(图1)。正锥和倒锥形是最简单最常见的二种。 小锥度齿结构参数主要指模数m=2.25～2.5mm,压力角α=20°或30°及分圆(节圆)上的齿面夹角2φ=(6°～10°)±30′。一般齿宽为4.5～5.5mm,退刀槽宽4～5mm。结合齿分标准齿形和短齿形两种。对结合齿在圆周上某一角度范围内的径向控制尺寸可能提出不同要求。为便于挂挡,齿顶部需倒角,通常夹角为90°或110°。齿面粗糙度要求为Ra3.2。     

铍铜管固定短芯头拉拔外模半锥角的优化

借助大型非线性有限元Marc软件,应用二维轴对称弹塑性有限元法分析了铍铜管固定短芯头拉拔过程中外模半锥角对轴向应力、拉拔力、摩擦力和轴向残余应力的影响;在此基础上并对外模半锥角进行了优化.结果表明:外模半锥角对铍铜管的轴向应力分布影响不大,而对拉拔力影响显著;随外模半锥角增大,内外表面的摩擦力均减小;当外模半锥角为14°或12°时,拉拔力很小,同时内外表面的轴向残余应力较小,而且内外表面残余应力差也较小,拉拔后的铍铜管精度和质量都较高;从多因素考虑,选择外模半锥角为12°较14°更合理,并且拉拔试验结果与模拟结果基本吻合.     

用于钛合金攻丝的直槽丝锥参数优化设计

针对通用丝锥加工高硬度工件材料时出现刀具磨损快、扭矩增大等问题,在通用丝锥结构基础之上,以加工钛合金为例,利用AdvantEdge软件对丝锥攻丝过程进行仿真模拟,采用正交试验和极差分析法,以最小轴向力、最小扭矩、和最低温度为评价指标,研究了丝锥前角、后角、锥角、转速对攻丝过程的影响规律,优化了丝锥结构参数和加工参数.并对优化后丝锥与通用丝锥进行了有限元仿真实验,进行了实验结果对比分析.结果表明丝锥前角4°、后角10°、锥角6°、转速125r/min的优组合丝锥结构合理,且温度、扭矩、推力以及刀齿应力均显著下降.     

上游阻流件对孔板流量计性能的影响

利用常压气体作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度和不确定度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对孔板流量计测量性能的影响。根据不同的上游阻流件对孔板流量计测量精度的影响进行了实流实验研究。根据实验结果,为保证相对误差在可接受范围,给出对于不同形式的上游组合管件孔板流量计对前直管段长度的建议。     

28°压力角直齿轮力学性能分析

分析对比了 2 8°和 2 0°压力角直齿轮的抗弯截面系数、最大接触应力和轮齿变形量 ,结合实际设计给出了这两种压力角直齿轮的第四强度相当应力分布。     

直管段长度对涡轮流量计测量性能的影响

利用恒定水压作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对涡轮流量计测量性能的影响。根据不同的上游阻流件对涡轮流量计测量精度的影响进行了实流实验研究。根据实验结果,为保证相对误差在可接受范围,给出对于不同形式的上游组合管件涡轮流量计对前直管段长度的建议。     

单弯头条件下A+K流量计前直管段长度研究

A+K平衡流量计是由美国国家航空航天局马歇尔航空飞行中心设计发明的一种新型的差压式流量仪表,与其他的差压式流量计相比,它具有精确度高、量程比宽、直管段短等多项优点.本文针对其所需的直管段长度短的优点,研究了等效直径比分别为0.25/0.45/0.7,口径为50 mm的3种结构的A+K平衡流量计,在上游安装单个90°弯头时所需的最短直管段长度.通过对实流实验和仿真实验获取的数据结果进行定性和定量的分析来预测上游安装单个90°弯头时不同直管段长度对A+K平衡流量计流出系数的影响,并将平均流出系数相对误差和附加不确定度作为单弯头安装条件对流量计性能影响的评价指标,最后给出上游安装单个90°弯头的最短直管段长度.     

基于FLUENT的导弹气动特性仿真分析

针对国外新型轻质超音速导弹欧洲燕,进行导弹三维实体模型构建,开展其黏性定常绕流特性数值仿真计算.基本模型仿真结果表明:末端飞行马赫数1.5时,导弹升力系数在20°攻角以前呈线性变化关系,至25°攻角仍未出现失速迹象,相应沿升力方向过载系数27.33,机动能力强;导弹升阻比在攻角15°时达到最大值,为1.68;导弹气动压心在0°攻角时靠近尾翼,静稳定度最大,导弹周围流谱清晰.研究可为掌握该新型导弹的气动飞行性能提供基础和参考.