坐便器虹吸流道的CFD数值模拟及实验验证

通过逆向工程获得复杂虹吸式流道的三维模型,并对虹吸流道管径截面变化规律进行了研究。利用计算流体力学(CFD)软件对虹吸式坐便器的冲洗全过程进行了模拟,研究了虹吸式坐便器整个虹吸流道流态特性、压力分布特性,并重点分析了虹吸式流道的虹吸性能,提出了虹吸式流道的驼峰截面F1-F2为虹吸式流道性能的特征截面。通过实验研究了虹吸式坐便器的冲洗全过程的流态、气泡产生与分布及粒子排放效果。研究结果表明模拟计算结果与实验测试结果吻合较好。     

低扬程虹吸流道泵装置起动动态特性数学模型

从理论上分析了低扬程泵装置虹吸流道中空气动力学特性、泵机组暂态电气特性和动力学特性以及虹吸流道非恒定流、水泵动力性能，并结合水泵相似理论。提出了在低扬程虹吸流道泵装置起动过渡过程中泵机组动态特性以及虹吸流道内空气压力变化的数学模型。     

基于CFD坐便器虹吸流道的优化设计

以优化虹吸坐便器的排污效果为目标,对坐便器冲洗过程的流态分布、流体动力学性能进行了研究。建立了虹吸坐便器的三维模型,采用紊流模型SST k-o及VOF法对坐便器内部三维紊流流动进行了数值模拟。仿真结果揭示了坐便器内流场的三维流动状态,得到了坐便器虹吸流道内部流动规律以及虹吸流道形状对流速分布、压强分布和虹吸性能的影响。以仿真结果为依据,对虹吸坐便器流道进行优化,得到了更好的虹吸性能。     

基于Ansys的工字型拼条数值模拟及优化

通过采用Ansys对工字型拼条及流道中特殊部位进行数值模拟和优化设计,给出了特殊部位数值模拟合理设计的数值方法.以具有代表性的流道形状(L型和T型)为例,以流道出口截面上各子区域的平均流速一致为目标,通过软件的数值模拟计算,对这些流道进行了结构优化设计,给出了合理的流道结构尺寸.     

液压流道局部拓扑优化与增材制造

液压阀块是液压系统的重要组成部分,降低液压阀块的压力损失对实现液压系统节能化、提高功重比意义重大。选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术是一种增材制造(Additive Manufacturing, AM)技术,基本突破了减材、等材等传统加工方式的设计约束,结合拓扑优化方法,可大大提高液压阀块及其流道的设计自由度。以降低流道局部压力损失为研究目标,对流道局部压力损失较大的拐弯处进行拓扑优化设计,并采用SLM技术成形,优化设计后流道的压力损失明显降低。进一步探究弯管压力损失的主要影响因素——迪恩涡,定量分析了拓扑优化流道降低压力损失的原理,结果表明,拓扑优化得到的变截面流域通过改变流域的弯曲程度,使迪恩涡对压力损失的影响降到最小,从而有效降低流域内的压力损失。对增材制造液压元件及其流道的设计具有重要指导意义。     

基于性能预测的离心泵改型及优化设计

为满足某660MW大型汽轮发电机组对油系统的要求,在对600MW汽轮发电机组配套的主油泵流道研究分析的基础上,采用加大流量设计法对600MW机组配套主油泵流道进行改型设计,并利用基于多工况数值模拟和性能预测优化设计方法,实现了主油泵改型及优化设计目标,有效地解决设计工况的参数匹配问题和多工况的性能优化问题.实践证明该设计方法是可行的,可推广应用于叶片泵的改型及优化设计.     

基于多目标遗传算法和反向传播神经网络的调节阀流道结构优化

以往的研究中，只针对调节阀迷宫流道结构和内部流场特性进行了分析，但对迷宫流道抗空化性能和流通性能的优化设计较欠缺。为了满足阀门实际工程中的设计需求，迷宫式调节阀需要具有流道抗空化性能和流通性能。为此，提出了一种基于多目标遗传算法(MOGA)和反向传播神经网络(BPNN)的方法，对调节阀迷宫流道进行了结构优化，提高了迷宫流道的抗空化性能和流通性能。首先，基于对冲耗能原理和多级降压原理，设计了弧形对冲式迷宫流道，并建立了流体力学仿真计算的数学模型；然后，利用计算流体动力学(CFD)仿真软件，对模型进行了空化仿真，根据仿真的数据构建了BPNN代理模型，通过结合Sobol敏感度分析方法与代理模型，分析了迷宫流道各参数对仿真结果的影响，采用多目标遗传算法，优化了迷宫流道的结构；最后，搭建了实验测试平台，测量了迷宫流道的阻塞流曲线，对比分析了测试结果与仿真结果。研究结果表明：采用优化算法得到的迷宫流道最大流量由0.087 6 kg/s提高到0.117 4 kg/s,提高了34%;线性压差由762.163 kPa提高到811.280 kPa,提高了6%;优化的迷宫流道实际最大流量为0.115 9 k...     

基于控制速度分布的离心鼓风机三维叶片优化设计方法研究

本文对离心鼓风机三维叶片优化设计进行了研究,采用控制叶轮流道内的相对速度分布的三维叶片优化设计方法,通过控制流道内沿流线方向的相对速度分布,控制叶轮流道内的边界层增长与分离、二次流、分层效应等流动效应。在优化判据方面采用考虑旋转和曲率效应的边界层计算方法,根据不同的相对速度分布计算边界层发展状况作为优化判据。基于MATLAB编写了优化设计程序设计出一种离心鼓风机的三维优化叶片,通过CFD数值模拟分析和对比证明该优化方法实现了优化设计的目的。     

基于变粒度的注塑模流道多目标优化设计

现有多型腔注塑模流道优化设计通常对该复杂问题进行简化处理,仅将熔体流动平衡或低生产成本作为优化目标,缺乏准确而全面的设计方案优劣评价指标,难以获得真正最优的流道设计方案。针对此问题,提出采用变粒度策略来处理注塑模流道优化设计这一多目标多约束的复杂工程优化问题,在保证各型腔制品质量均衡性的同时兼顾注塑生产的成本和效率,建立不同粒度的注塑模流道多目标优化设计数学模型,在设计初期利用粗粒度模型快速获取通向整体最优解的方向,在此基础上逐渐细化模型的粒度,最终利用细粒度模型获取能使综合指标最优的设计方案。提出基于流动模拟和Pareto优于关系准则的注塑模流道多目标优化设计问题求解算法,并利用该算法求取不同粒度下流道优化设计问题的Pareto最优解。鼠标组合型腔流道的多目标优化设计实例验证了此方法的有效性。     

基于数值模拟和性能预测方法的主油泵改型优化

在对一600MW汽轮发电机组配套的油系统的主油泵流道研究分析的基础上,采用加大流量设计法进行该泵的改型设计;并利用基于多工况流场数值模拟和性能预测的优化设计方法来优化流道,使设计出的主油泵能满足660MW大型汽轮发电机组的油系统要求.通过数值试验取代传统模型试验,实现了主油泵改型及优化设计目标.工程应用表明文中提出的主油泵优化设计方法不仅可以有效解决设计工况的参数匹配,达到水力性能的要求,实际运行证明该设计方法是可行和可靠的,为该泵的国产化和自主创新奠定了基础.而且可以进一步推广用于类似的叶片泵的改型及优化设计.     

Design method for flow tube structure of electromagnetic water meter with shrunk measurement tube based on pressure loss-flow restriction

Due to the low flow rate measurement demand for battery-powered electromagnetic water meter, shrunk measurement tubes (such as circular section transition to square section) are often used to enhance flow velocity and measurement performance at small flow rate. However, this will also result in an increase in sensor pressure loss, even exceeding the pressure loss limit. Therefore, it is necessary to study a flow tube structure design method based on pressure loss-flow restriction, and design a flow tube structure which can not only maximize the induced voltage, but also meet the actual pressure loss requirement. Because there are many unknown variables in the formula of pressure loss mechanism, it cannot be directly used in structural design. Therefore, taking DN100 sensor as an example, based on finite element software, the variation of pressure loss with the length, width and height of rectangular section is obtained by orthogonal test method, and the numerical model of pressure loss is established. According to the requirements of industry and induced voltage enhancement, the optimal rectangular section size is found with the established pressure loss numerical model, and the structure of flow tube transition section is further optimized to reduce pressure loss. Finally, the prototype is made according to the optimized structure. Pressure loss experiment shows that the error between simulated value and measured value is within ±2.68% (±0.4 KPa). It means the pressure loss-flow restriction based design method for flow tube structure of electromagnetic water meter with shrunk measurement tube is effective and reliable.     

基于CFD的旋风分离器的结构优化设计

应用计算流体力学软件FLUENT对旋风分离器进行三维气固两相流场的数值模拟。根据不同结构参数(排气管直径、排气管插入深度以及锥体和筒体的相对尺寸)的旋风分离器内部流场模拟结果,分析了不同参数对分离效率和压降的影响,得到旋风分离器的最优结构参数,并对最优结构参数的旋风分离器动、静压力和三维速度进行数值模拟和分析。     

直角截止阀噪声特性分析及优化设计

针对直角截止阀振动噪声较大的实际问题,建立了某型号直角截止阀的流场结构,并利用CFD数值计算方法对其在不同开度下的压力、速度和湍流动能进行了计算。计算结果显示,直角截止阀在阀口位置具有明显的空化现象和湍流噪声,且阀口开度越小,噪声问题越明显。针对该问题,对直角截止阀的阀芯、阀座和回油腔流道结构进行了低噪声优化设计和计算分析。计算结果表明,优化后的新型直角截止阀与原阀相比,空化系数减小了10%以上、湍流噪声降低了20 dB以上,具有良好的低噪声性能。     

基于均匀设计法的磨粒流加工试验

根据磨粒流加工原理,以坦克发动机喷油嘴为研究对象,利用均匀试验设计方法,通过均匀分散而选出较优的磨粒流加工试验参数（磨粒粒径、磨料浓度、加工时间及研磨液的酸碱性）,再通过优化变量得到目标函数,进而获得最优磨粒流加工工艺参数。试验结果表明：采用均匀设计方案较正交设计方案可节省70%的时间;经过均匀试验后,喷油嘴工件内孔表面粗糙度减小,达到了磨粒流加工试验的目的,而回归优化后的工艺参数可以进一步减小喷嘴小孔的内表面粗糙度,所得到表面粗糙度与材料物性及加工时间的数学模型可为磨粒流的生产实际提供技术支持。     

Experimental and numerical investigation of self-priming siphon side weir on a straight open channel

Siphons are basic and powerful hydraulic instruments which can be used as dam spillway or weir. In a siphon, atmospheric pressure pushes the water into the region of vacuum at the crest of the siphon, and then water falls towards the outlet of siphon. In this study, the siphon used as a side weir was investigated to determine hydrodynamic characteristics experimentally, theoretically and numerically. First, the flow properties of main channel were examined for subcritical flow condition. Then, the velocity and pressures distributions inside the siphon; finally the discharge performance of siphon side weir was determined comparatively, and the results were discussed.     

纵流壳程换热器工艺设计优化算法

长期以来,换热器的工艺设计采用类比试算的设计方法,使设计人员把大量精力和时间消耗于重复的烦琐计算,虽可与CAD技术结合,但最终结果往往只是一种可行方案,并不是一种最优方案。由设备技术经济学和设备综合管理角度出发,以纵流壳程换热器的设备投资作为目标函数,在多约束条件下,采用纵流壳程换热器传热系数及流体流动阻力的计算公式,对纵流壳程换热器的工艺设计进行了优化,设计过程一次完成,且能保证是约束条件下的最优设计方案。结果证明,优化算法有着传统算法不可比拟的优势,其设计思路同样可为设计其它型式换热器所借鉴。     

现代优化设计方法的现状和发展趋势

优化设计是近年来发展起来的一门新学科，为机械设计提供了一种重要的科学设计方法。优化设计在解决复杂设计问题时，能从众多设计方案中寻到尽可能完美或最适宜的设计方案。对现代优化设计方法进行了概括和总结，展望了现代优化设计的发展方向和发展趋势。     

基于混沌搜索法兰支承液压缸的优化设计

目前液压缸结构设计中,根据经验设计法确定的液压缸主要结构参数存在一些不足,而传统的优化设计也有它的缺陷,传统优化设计算法中如复合型法存在着局部最优现象,计算出来的结果并不是最优的设计方案,因此,基于混沌的遍历性、随机性、规律性等特点,编制混沌搜索的液压缸结构优化设计软件,并用此软件对某法兰支承油缸进行了优化设计。结果表明,利用混沌搜索优化方法设计的液压缸重量减轻了许多,优化效果明显。     

低压轴流风机的气动设计及参数化建模

采用变环量流型对低压轴流风机进行了气动优化设计,同时利用Visual Basic6．0对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现轴流风机的参数化建模,为后续气动性能和噪声分析奠定基础。     

SIMULATION OF FLUID FLOW IN CHANNEL OF A NOVEL HYDRAULIC SHOCK GENERATOR

0INTRODUCTIONA novel hydraulic shock generator (SHG) based on the principle of water hammers has been recently developed. The experimental investigation［1］ shows that SHG could generate intense periodic shocks demanded by several construction machines. However the engineering applications of SHG are limited by its life span. For the further improvement of its capability, the flow patterns inside its complex passages have been investigated.The flow visualizations in the complex geome…