熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性.     

乳化液槽内流场和温度场的数值模拟及优化

采用CFD2000对天力带钢厂的乳化液槽内流场和温度场进行了数值模拟,并对该槽的内部结构进行了优化设计。模拟结果表明：槽内左边存在死区,导致乳化液的浓度波动较大,槽的底部乳化液流速较大,沉淀物质容易被抽出;槽内乳化液温差较大,导致乳化液温度波动较大;在乳化液槽底部新添加一高0．7m的挡墙,并且把上部挡墙向左端延长0．8m,减少沉淀物质被抽出;新加一套55kW的电加热器,挡墙右端的乳化液温差不超过0．5℃。模拟结果可以分析槽内流场死区和乳化液温度分布,对于优化槽的内部结构,促进铁粉沉降和浮油上浮,提高乳化液的使用效果具有重要意义。     

曝气池清水曝气气泡云团形态特征

目前各种曝气池运行时曝气产生的气泡云团形态差别很大,气泡群时空分布不均,导致氧转移效率在曝气池中的分布差异,能耗高。为了弄清楚盘式曝气气泡云团的形态特征及其时空分布,本文利用高速摄像技术和摄影测量技术,对室内清水曝气实验模型中的气泡云团轴线长度、径向尺度和形态演化进行了观测。结果表明,实验范围内气泡云团轴线形状与水流流速分布曲线形状基本类似,气泡群轴线长度与水深之比介于1.03~1.30之间。曝气量由0.25m3/h增大到2.0m3/h,气泡云团轴线长度和气泡的驻留时间先增大后减小。随着曝气量增大,气泡云团形状变得不规则,且随时间变化越频繁。多个曝气盘曝气,上游的气泡云团会影响下游气泡云团的形态。在流向和展向,气泡云团宽度基本相同;在水深方向上,由曝气盘向水面沿程增大,0.5h0、0.8h0处气泡云团平均宽度明显大于0.2h0处的宽度。不同水深处气泡云团的宽度随时间随机变化;0.8h0处气泡云团宽度随时间的变化最剧烈。气泡群的平均宽度随曝气量增大而增加,曝气量为0.25m3/h、1.0m3/h、2.0m3/h时,气泡云团的平均宽度分别为曝气盘直径的1.0~1.5倍、1.6~2.5倍和1.75~3.5倍。盘式曝气形成的气泡云团在水中可被划分为三个区域：底部的调整区、近自由面区和中部的紊动扩散区,不同区域内的气泡的受力和运动特性不同。气泡云团分区为气泡受力和运动的建模计算提供了依据。     

基于STAR-CCM+的发电机组流场分析及结构改进

发电机组高性能和轻量化的设计需求对其冷却系统提出了更高的要求。发电机组散热效果好可保证机组在最佳温度下工作，确保机组稳定可靠运行。为评估一款发电机组散热性能，基于CFD分析方法，采用流体分析软件STAR-CCM+对该发电机组进行流场分析，并依据流场分析结果针对性地提出结构改进方案。结果表明，发电机组原结构缸头出风直接吹向油箱底部，消声器表面无风流经，整机散热存在风险。通过添加缸头导风罩和消声器通风罩的方法改善了发电机整机散热性能:油箱底部表面速度降低明显，消声器处冷却风量从28.91 g/s提升至135.78 g/s，风量提升明显，消声器表面平均风速约4.04 m/s。温度实测结果表明，机组额定功率运转120 min，改进后机组的油箱底部和电机顶部温度降低了38 ℃和17 ℃。研究结果可为发电机组散热性能评估及结构改进提供参考。     

波纹管传热性能与污垢特性实验

采用污垢热阻动态试验法对波纹管和光管的流动阻力、污垢性能和传热性能进行实验研究,用氯化钙和碳酸钠配制硬度为800mg/L的硬水,在流速为0.25m/s,水浴温度为60℃的条件下,对两者析晶污垢进行了对比实验.两套实验系统都在一个恒温水浴内,设备系统的主体用两根管模拟换热器,一根为光管,另一根为波纹管.实验中,水泵将工作介质由低位水箱送至高位水箱,高位水箱向实验管分别同时提供水源,通过溢流式水位调节器保持恒定的水位.结果表明,波纹管具有良好的抗垢性能,表现出诱导期长、结构速率慢、污垢热阻小等优点;其平均传热系数都大于光管,表现出了良好的强化传热特性.     

基于阻力相似条件下的桩群物理模型设计方法

在Froude数相等的水力模型中,按模型比尺缩小桩群结构,模型雷诺数减小,其阻力系数与原型不相等.为了研究模型满足桩群的整体阻力相似条件,在30 m长、3 m宽、0.26 m深的循环水槽中进行一系列桩群阻力试验,得出桩群阻力系数与桩数、桩距、桩排列方式的关系.根据试验数据和相关的文献资料成果,按照阻力相似理论进行实际码头桩群模型设计,在保证阻力系数相似的前提下提出了模型码头桩群的设计方法.结果表明,考虑阻力相似设计的物理模型试验可以更好地反映实际桩群工程附近的流场分布和流态,为工程区域的泥沙冲淤模拟和地形验证提供了水流条件.     

变截面异型螺旋型腔电解加工流场分析

针对闭式整体构件电解加工间隙流场分布不均匀的,基于电解加工间隙流场,设计了阴极过水孔工作端面,比较了不同背压条件下电解加工间隙流场,分析了间隙流场空穴、涡流现象.研究结果表明,通过改变过水孔分的疏密,孔径的大小和形状,增加背压,消除了间隙流场中低流速区域,电解液较低流速区域的速度由0.239 7m/s提升至0.508 5m/s,减少了空穴和涡流现象的发生,优化了阴极结构.     

靶式光纤光栅流速传感器在裂隙水模型试验中的应用

结合等强度悬臂梁和光纤Bragg光栅(FBG)设计了靶式FBG流速传感器,用于在线测量管道及裂隙的流场流速。传感器将流体中靶片的受力转化为该流速下对应FBG中心波长的漂移,并自动实现温度补偿。采用FLUENT6.3对被测裂隙及管道流场进行有限元仿真,确定裂隙中靶片受力特性及相同受力条件下的等效管道内径,并求得过流断面5mm×2000mm的裂隙中传感器的灵敏系数为8.71×10-4 s2/m2。在管道系统中进行传感器标定实验,传感器在0～1.20m/s范围内,最大误差为0.02m/s。将该传感器应用于裂隙水模型引流试验,实验结果表明,关键点流速随着进水阀门开度逐渐增大而提高。打开引流管道阀门,引流管道布设处后方各点流速降低,且同一断面流速变化趋势保持一致。     

罐区重质气体泄漏扩散的数值模拟分析

采用Fluent软件对油库罐区危险重质气体不同工况下的泄漏扩散过程进行了数值模拟研究。结果表明:卧式储罐垂直方向发生泄漏时,重气云团在地表附近重力沉降,气体浓度上升明显,整个罐区处于爆炸极限范围内,危险性较大;罐组边缘位置的储罐发生泄漏时,气体扩散速度快,但浓度较低;罐组中间位置的储罐发生泄漏时,气体扩散速度慢,容易达到爆炸浓度极限。当风速为0.95 m/s时,重质气体的扩散速度随着风速的增加而增加,气体浓度上升明显;当风速达到1.7 m/s时,气体浓度达到峰值,然后随着风速的继续增大,气体浓度慢慢降低。     

底部对数螺线挡板对搅拌釜流场特性影响的数值模拟

采用CFD方法对底部不同结构尺寸对数螺线挡板的搅拌釜内流场特性进行了数值模拟。模拟采用多重参考系方法、滑动网格法和k-ε湍流模型。在100r·min-1转速下,对不同结构尺寸底部挡板流场进行模拟分析。结果表明：增大底部挡板弦长与宽度有利于强化搅拌釜混合效果,缩短混合时间。底部挡板改善了叶轮区以下区域的流动状况,轴向流动与挡板弦长和宽度成正相关,与离心距离成负相关。底部挡板对将剪切速率有一定的提高,增加弦长与宽度有利于剪切水平提高。     

旋流器固-液分离的数值模拟

为研究旋流器固-液分离性能,采用欧拉模型与离散相模型相结合的方法,对旋流器内部流场特征和分离效率进行数值计算。结果表明:砂粒粒径大于10 μm时主要分布在外旋流场;入口流量为9 m³/h时,旋流器的分离效率最大;砂粒粒径>30 μm时,旋流器分离效率趋近于100%,粒径为40 μm时分离效率达到最大为97.5%;砂粒浓度由1 g/m³增至8 g/m³时,粒径为10 μm的砂粒分离效率增加了9.7%,砂粒浓度为10 g/m³时,旋流器分离效率下降。通过数值计算得到了旋流器的最优工况。     

立式低温储罐的实体模型简化分析

根据给定的立式低温储罐的结构尺寸,应用creo1.0软件完成了60 m3低温储罐的三维实体模型,并选取所有工况中最危险工况(地震工况)为分析对象,通过有限元分析软件workbench分析两种结构模型,两种结构分别为不考虑径向拉带压缩失稳结构和考虑径向拉带压缩失稳结构,对两种结构受地震载荷时的应力进行对比分析,其结果证实了模型简化结构的正确性.     

高压水射流喷嘴的流量系数及与能量转换效率的关系

本文依据高压水射流喷嘴的液流形态，采用非粘性流体的连续方程和欧拉方程，推导出喷嘴的流量系数及与能量转换效率的关系。     

缠绕管结构参数对管内压降的影响及压降模型

为了研究缠绕管内流体的压降规律、建立具有较宽适用范围的压降预测模型,以水为介质,采用U型压差计测量缠绕管内流体进、出口的压降,实验考察缠绕直径、缠绕角度、管径等缠绕管结构参数对管内压降的影响. 结果表明,在流速及其他结构参数相同的情况下,缠绕直径或管径越小,单位长度缠绕管内压降越大;在不同流速区间,缠绕管结构参数对管内压降的影响程度不同. 在低流速（小于0.5 m/s）下,缠绕管结构对管内压降的影响较小;在高流速（大于0.5 m/s）下,缠绕管结构对管内压降的影响显著. 采用统一的压降预测模型对实验数据拟合会使得其在高压降区失准,进而提出由流动参数和缠绕管几何参数组合而成的分段特征参数,并构建分段式压降预测模型. 分段式压降模型的计算值与实验值的相对偏差小于10%.     

对流-扩散型浅水方程组的数值计算方法

介绍了欧拉预估-校正法结合有限分析法（n蝴）应用于对流-扩散型浅水方程组的数值计算方法。该方法采用了单一的计算网格系统,动量方程的离散采用了有限分析法,连续方程的离散计算采用了欧拉预估一校正法。数值模拟表明该方法计算过程简便,具有较好的收敛性,计算结果能较好地反映河道流动的特点。     

空气源热泵热水器卧式水箱内温度场研究

建立了内部沉浸冷凝盘管为热源的封闭绝热卧式水箱内水流动及换热的数学模型,采用了FLUENT软件对非稳定状态下箱内的温度场进行了数值模拟;对水箱内的冷凝盘管及水箱自身结构进行了优化研究.通过模拟计算,研究了冷凝盘管的长度及水箱径高比对箱内温度场的影响.     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

电除尘区低温省煤器烟道导流优化的数值模拟

为实现电除尘区低温省煤器的节能改造,利用FLUENT 6.3对电除尘区低温省煤器烟道的流场均化和导流优化设计进行了数值模拟研究.研究结果表明:电除尘区加装低温省煤器后烟道流场严重不均,存在回流和漩涡,局部速度高达26 m/s,最大速度偏差系数达90%,电除尘入口速度分布不均;导流板可有效改善烟道流场,削减回流与漩涡,换热管屏处速度偏差减小30%;电除尘入口烟气向下的平均速度分量由3 m/s削减至0.6 m/s,入口烟气分布趋向均匀;通过变工况数值分析,不同运行工况下的导流板作用变化不大,均具有良好的均流效果.此结果可为工程技术改造提供参考.     

新型板式蓄冰设备的实验研究

目的为了避免目前板式蓄冰设备中存在的载冷剂短路和换热效果受空气层影响严重等弊病，开发了一种新型高效的板式蓄冰设备．方法在这种蓄冰设备中，冰板立式放置，板内空气层集中在上方的较小空间内，减少空气层对设备换热效果的影响，同时在蓄冰槽内用折流板将载冷剂流程组织为若干通程，提高载冷荆流速．结果新型立式封装板蓄冰设备的贮槽体积0．015m^3／kwh，容器换热面积0．41m^2／kWh．与现有蓄冰方式相比，在相同的名义蓄冷量时，板式蓄冷设备所需的蓄冰槽占地空间较小，传热面积大，传热热阻小，结冰融冰速率稳定．结论开发研究的新型板式冰蓄冷产品为冰蓄冷技术的应用开拓了适用范围。降低了材料的消耗量。提高了系统的经济性．从而提高了空间利用率．     

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的MohrCoulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Euler积...