叶顶间隙对离心泵性能影响的数值模拟研究

离心泵的几何结构复杂,所以其内部流场也极其复杂并呈强烈的三维紊流特性,由于目前的理论水甲和实验手段的限制,只能依靠精确的计算机仿真,才能获得其内部流场的详细情况,以便进行设计和优化.为了研究叶顶间隙对叶轮内部流场及性能的影响,对闭式离心泵叶轮和有间隙的半开式离心泵叶轮共同进行了计算机仿真.在所得计算结果基础上详细对比分析了离心泵内部流场的特性,捕捉到了叶轮通道内部的二次流现象.结果表明:随着叶顶间隙增大,叶顶问隙泄漏流动会使叶轮性能下降,二次流强度增加.从而说明计算机数值模拟方法,可以弥补实验方法的不足,用来研究叶顶间隙流动的影响,为离心泵的水力设计和优化提供依据.     

带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

机匣处理技术足工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段.然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况.现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的雎气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理.     

离心叶轮内部流场计算机仿真及分析

大型电机的冷却通常采用直叶片的离心叶轮,其内部的流动结构及其随工况的变化对叶轮性能及电机冷却效果有重要影响.为减少对实验的依赖,提高改型设计的可靠性,采用全三维的Navier-Stokes方程,建立了离心叶轮的计算机仿真模型,结合湍流模型及相应的计算网络及边界条件,可以完成对叶轮性能及内部流场的计算.用仿真模型针对一实际应用的离心冷却风机叶轮进行了数值仿真计算.并对计算结果进行了详细的对比分析,得出了不同工况下详细的流场结构,包括相对速度在叶轮通道中的分布及相对速度流线图.揭示了小流量工况下流动分离及效率降低的机理,将冷却风扇叶轮的总体性能与内部的流场结构进行了关联.研究结果表明离心叶轮内部流动分离是导致其性能下降的主要原因.     

基于PHOENICS及PIV圆管中非牛顿流体螺旋流的研究

为研究石油工业中普遍存在的非牛顿流体的螺旋流现象,利用粒子图像测速技术PIV及流体计算软件,建立切向引流的垂直圆管螺旋流场的三维模型,紊流计算模型选取κ-ε两方程模型得到了垂直圆管流场的速度云图、向量图、轴向速度及径向速度分布情况.结果表明,轴向的速度对整个螺旋流场的速度影响较大.     

基于Fluent的微型直接甲醇燃料电池阳极流场结构分析

微型直接甲醇燃料电池中阳极流场结构对电池的性能有着重要的影响。为了合理设计阳极流场结构,改善甲醇燃料在阳极流场中的分布,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对微型直接甲醇燃料电池进行建模并仿真分析。分析比较了点型、平行和蛇形3种不同流场图案下得到的压降与流速分布,得出蛇形流场能够更有利于甲醇燃料的均匀分配。在此基础上分别建立不同流道宽度(800,400,200,100μm)的蛇形流场模型,通过仿真计算甲醇燃料的分布情况来分析其对燃料电池性能的影响,并结合实验结果进行对比得出流道宽度为200～400μm之间为优化值。     

C语言在化工原理离心泵特性曲线测定中的应用

离心泵特性曲线的测定是化工原理的重要内容,涉及到伯努利方程和连续性方程在流体流动中的实际应用,公式复杂,计算量大.本文利用C语言的强大结构化编程和计算功能,处理了“离心泵特性曲线的测定”实验数据,给出了程序设计的思路和方法,得到了离心泵的特性曲线.从曲线可以看出,随着流量的增大,离心泵的压头减少,轴功率升高,和教材完全一致.而离心泵的效率随流量增大而增大,并未出现先增大后减小的情况,可能是由于流量较小所导致.通过分析曲线可以得到离心泵操作相关的知识,离心泵必须在流量较小的区域工作才能获得较大的压头,大流量的离心泵需要配置大功率的电机,离心泵启动之前应关闭出口阀等.此外还发现压力表和真空表的读数随流量的增大而变小,解释了此现象.该程序结构简单,维护方便,通过简单修改可用于处理其它化工原理实验的数据,充分发挥了C语言的特长来解决化工原理计算复杂的特点.     

微型保鲜库预冷气流组织的仿真分析

为了解保鲜库预冷降温过程的流场分布特性,以某实验保鲜库为研究对象,建立了二维湍流数值计算模型,采用SIM-PLE算法和壁面函数法通过FLUENT流体动力学软件,对预冷降温过程进行了仿真.仿真结果表明,降温过程中库内的流场特点是速度场的变化不大且存在一个中心大回流区,温度场有明显的变化且中心区温度高、贴壁处温度低.因而数值模拟能够较好反应保鲜库预冷过程的流场分布特性,可为保鲜库的制冷设备及结构优化提供参考.     

钝舵绕流不同湍流模型数值模拟比较研究

１．引言钝舵所诱导的激波／边界层干扰流场十分复杂,其中不仅含有复杂的波系结构,而且还包含有涡系结构．对此人们已开展了很多实验研究［‘－＼揭示了流场的一些基本特征,对称面流场结构如图１所示．但是受实验条件的限制,流场的详细结构尚未得到充分研究．数值模拟的方法可以提供流场的详细结构,但当流动出现湍流时,数值模拟将遇到新的困难．目前较多的计算方法是基于雷诺平均Ｎ－Ｓ方程,需补充新的湍流模型方程以封闭方程组．在应用研究上主要以一些工程模型为主,其中代数模型是一种平衡模型,虽然仅考虑了流场的局部特性,但在…     

航空发动机供回油流路流动换热数值仿真

为得到某航空发动机润滑系统的供回油流路在发动机最大工作状态下的流量分配和温度分布,采用GASLS系统对该流路进行了数值仿真.经过结构分析,构建了该供回油流路由仿真元件与节点组成的网络仿真模型.对流路中的轴承腔和换热器两类复杂部件,为降低整体网络的复杂度,分别对其独立进行仿真分析得到其工作特性,然后以组合仿真元件形式代人供回油流路的整体仿真网络进行计算.在给定的试验条件下,采用一维网络算法,得到稳态情况下供回油流路关键节点处的流量、压力和温度分布.最终的仿真分析结果与试验参考值吻合较好.     

固冲增程炮弹三维流场数值仿真

为进一步进行优化设计,提高冲压增程炮弹性能,建立了冲压增程炮弹的三维计算模型,采用Nader-Stokes理论、以Fluent流场计算软件为平台对固冲增程炮弹进行了三维流场数值仿真.对冲压增程炮弹的流场结构与阻力特性进行了比较分析.结果表明:在非设计状态下(M=2.5)的总阻力系数比设计状态下(M=3.0)的要大,主要是由于空腔及底部的阻力变化所引起的.在攻角变化的情况下,结果亦然.从而为冲压增程炮弹的总体设计提供了重要的理论依据.     

Numerical simulation and PIV measurement of the flow-field in optical disc drives

A system of numerical flow simulation with an automated mesh generator and parallelized solver was developed and applied to the flow-field inside an optical disc drive. In this simulation system, a uniformly spaced Cartesian grid is used to reduce time and automatically generate a mesh from CAD data for complicated geometries, such as optical disc drives. The simulation results of optical disc drives are validated by particle image velocimetry (PIV) and pressure-distribution measurements. The measured velocity distributions above a rotating disc and around a pick-up unit show quantitative agreement with the simulated distributions. For the pressure distributions on a top case of an optical disc drive, although there is an error of 10% between simulated and measured results, the position of the peaks and distribution of pressure show good agreement. Comparing both sets of measurements, the simulation results in a Cartesian grid system are sufficiently accurate to enable the flow-field to be quantitatively assessed. This numerical flow simulation is applied to investigate the detailed flow-field in a commercial optical disc drive.     

Automated domain decomposition for computational fluid dynamics

Automation of flow-field zoning in two-dimensions is an important step towards easing the three-dimensional grid generation bottleneck in computational fluid dynamics. A knowledge-based approach works well, but several aspects of flow-field zoning make the use of such an approach challenging. A proposed model and language to describe the process of zoning a flow field are presented, followed by a discussion of the implementation of EZGrid, a knowledge-based two-dimensional (2-D) flow-field zoner. Results are shown for representative 2-D aerodynamic configurations. Finally, an approach to the evaluation of flow-field zonings is described and used to compare the performance of EZGrid with that of a human expert.     

Modeling and animating turbulent gaseous phenomena using spectral synthesis

This paper presents a new spectral synthesis method, motivated by the spectral turbulence theory, for visual modeling and the realistic and computer-effective animation of turbulent gaseous motion in 2-D and 3-D, which avoids the computational costs of direct simulation. Animation of gases is achieved through a phase shift in the frequency domain according to Kolmogorov's exponential law. The parameters of the turbulence model are intuitive, enabling animaters and designers to become familiar with them quickly. Owing to the method's computational effectiveness, an interactive, (quasi-)real-time, parallelized version, which provides the fast feedack needed to easily adjust the model's parameters, could be implemented.     

A Functional Approach to the Visual Simulation of Gaseous Turbulence

This paper presents a functional method for the visual simulation of 2-D or 3-D turbulent gaseous motion by using time-varying fractals. The used function incorporates results from the “spectral theory of turbulence”, thereby providing a physics-based approach adapted to the needs of computer graphics. The involved turbulence function is band-limited, continuous, differentiable, anisotrop, and smooth, provides different fractal dimensions along each axis, may be evaluated locally with different parameters, and requires only minimal storage space, thus supporting an implementation on large parallel processing networks with small nodes. Inhomogeneity in the form of local disturbances of the turbulence field may also be easily considered. The parameters used to describe turbulent motion are rather intuitive, so that they may be utilized easily by users. Examples for modeling different types of clouds and fire are given.     

飞行仿真系统中三维大气紊流模型仿真研究

为提高飞机飞行动力学系统的仿真逼真度,提出1种新的大气紊流模型,并研究出在实时飞行仿真系统中的实现技术。改变了以前基于Dryden模型的建模方法,对不能直接用于仿真模拟的Von．Karman大气紊流模型进行有理化处理,得出逼近于Von．Karman模型的新的紊流模型,确定新的滤波器参数,从而在时域内实时生成大气紊流。通过频域上的分析比较,结果表明该模型生成的紊流比以往的Dryden模型更好地符合了大气数理统计特性,并解决了Von．Karman的仿真实现问题。最后,将提出的数值模拟算法直接应用于某型飞机飞行仿真系统中,从而使飞机在风场中的模拟更加真实,对模拟器的研制具有实际意义。     

离心式注水泵站变频调速系统效率优化控制

在分析油田离心式注水泵和注水管网特性的基础上，以泵群轴功率最小为目标函数，以注水指标和水泵高效工作区为约束条件，建立了注水泵站效率优化控制问题的实用化数学模型，并采用枚举法和广义简约梯度法求解模型。该模型在目标函数中引入注水泵效率特性克服了轴功率曲线拟合法在工程上难以获得测量参数的局限性，具有精度高、物理意义明确、易于工程实现的优点。实验结果证实了优化模型的有效性。     

有效防止离心泵的“汽蚀”危害的方案

针对离心泵应用中的汽蚀问题,提出解决方案,并介绍如何增强离心泵的抗汽蚀性能.     

电子设备吊舱环境控制系统的研究

对目前各种电子设备吊舱所应用的环境控制系统进行了简要介绍,并分别分析了其优缺点.通过比较指出:动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统是适用于电子设备吊舱冷却的有效方案之一,该系统原理简单,系统重量小,易于实现,但必须解决低空低速飞行时的制冷量不足等一系列问题.在此基础上提出了系统优化方法:通过建立系统及各附件的数学模型,以性能代偿损失最小为优化目标函数,确定各部件在设计状态下应满足的指标,来解决系统匹配问题;通过优化气动外形及数值模拟对进气道流道型面进行优化设计,以尽可能扩大系统进压力;通过气动设计、三维流场建模及实验方法优化设计涡轮及压气机,研究各附件在非设计状态下的性能,以增大系统的制冷能力.