压气机性能衰退和清洗恢复仿真研究

针对于压气机叶片表面积垢的研究,清洗能在一定程度上可恢复压气机的性能.但清洗后性能恢复程度研究很少.针对压气机性能衰退和清洗恢复进行研究,采用仿真方法,根据仿真得到压气机叶顶间隙和粗糙度增大后性能衰退的特性曲线.对于叶片积垢情况,分析了积垢对压气机流通能力的影响,在此基础上改变叶片粗糙度对叶片积垢和清洗进行特性仿真,通过对比压气机叶片清洗前后的压比和效率参数,以及流场中流速、总温的变化,证明清洗后可以使压气机的性能恢复.说明实验对比为压气机性能衰退和清洗恢复研究提供参考依据.     

数值模拟喷嘴对多级多尺度液柱塔内部流场的影响

为了探索不同喷嘴对液柱塔的影响,本文希望以新型的多级多尺度液柱塔为研究对象,利用流体力学软件CFD模拟压力旋转和扇形雾化喷嘴,找出它们影响塔内流场分布的规律.以雷诺时均的奈维-斯托克斯方程(N-S)为基础,采用Lagrange离散相模型,预测喷嘴对气体流场分布的影响.数值模拟与实验结果表明,在压力旋转和扇形喷嘴组合使用条件下,浆液喷淋对烟气具有明显的整合作用,防止气体撞击,避免了雾沫夹带现象.模拟液气比与实验值的误差为4.6%,证明模拟液柱塔的模型比较实用.由于在模拟过程中忽略了内部构件对气液运动轨迹的影响,所以模拟结果存在一定的局限性.尽管模拟结果与实验数据有一定差距,但二者显示了相同的现象.尤其是通过颗粒轨迹的模拟研究之后,可以清楚地看出单级喷嘴存在的缺陷,为液柱塔喷嘴选择提供了重要的参考依据.     

蒸汽清洗工艺研究及数值模拟计算

蒸汽清洗是一种新型清洗方法,具有高效、最小干预、无附加介质无残留、低成本、环保性好、清洗效率佳、设备投资低等优点。本文通过对蒸汽清洗进行数值模拟计算和清洗工艺的研究,对蒸汽清洗的安全性与清洗效果进行研究及分析评估。以砂岩类石质文物材料为研究对象,将蒸汽清洗在石质文物上的应用建立一套理论模型和实际清洗工艺,由模拟计算尖型喷嘴流场压强、流场温度、流向速度可知,尖型喷嘴的有效作用距离为150mm。由模拟计算鸭嘴型喷嘴的流场压强、流场温度、流向速度可知,鸭嘴型喷嘴的有效作用距离为200 mm。在现场实验中找到最佳清洗距离尖嘴型(建议)为3 cm—10 cm。鸭嘴型(建议)为3 cm—13 cm。最佳清洗角度尖嘴型60°到90°鸭嘴形45°到90°。为砂岩文物表面的有害污染物清洗提供可供参考依据和理论指导。     

气流式喷嘴流体雾化干燥过程的CFD分析

为准确地描述气流喷嘴的雾化干燥过程,利用CFD技术,结合喷雾干燥的特点,建立了适合气流式喷嘴的气体-颗粒两相运动及液滴雾化下燥的完整模型,得到了干燥过程中干燥室内气体流场和颗粒运动轨迹、气体局部湿度和温度变化及不同初始直径液滴在干燥室内的干燥情况.模型充分考虑了气体液滴之间的两相耦合作用,分析了气体/液体流量比,气体/液体相对速度,液体粘度等重要因素对滴径的影响,并将模拟结果跟实验进行比较,结果比较合理.为喷雾干燥过程的系统仿真和喷雾质量的提高提供了有力工具.     

压气机三维流场数值仿真及湍流模型研究

本文利用商用CFD软件对压气机转子通流部分建立了一个三维的数值模拟计算平台.对NASA Rotor 37跨音速压气机转子全工况特性进行了计算,与NASA Rotor37的实验结果对比表明,本文的网格生成技术和数值模拟方法都是比较成功的,满足一定的数值求解精度,具有工程技术应用价值.在湍流模型方面引入Baldwin-Lonax(B-L)湍流模型和Spalart-All-maras(S-A)湍流模型,并对模拟结果进行了分析对比研究.对跨音速压气机转子内流场的数值模拟结果表明:S-A湍流模型对跨音速压气机转子的模拟能力优于B-L湍流模型.     

合成气燃烧数值模拟与验证

以整体煤气化联合循环(IGCC)系统中的合成气燃烧室为研究对象,针对天然气改烧合成气后非预混火焰的燃烧特性开展数值模拟与实验验证,经与实验数据对比,结果显示大涡模拟能够准确预测燃烧室内的平均流场与温度场、速度脉动分布,对燃烧过程产物OH自由基的预测与实验结果有所偏差,为后续分析工作奠定基础。通过将数值模拟与实验测量相结合,对同一喷嘴结构燃烧室内使用天然气、氢气、一氧化碳以及合成气等不同燃料时的燃烧特性进行了对比分析,结果表明该喷嘴结构适用于合成气燃烧,与天然气火焰相比,合成气火焰在喷嘴出口位置形成的高温区对改善合成气燃烧室的不稳定性具有积极的意义,同时燃烧室壁面的热负荷更高。     

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.     

用多重网格法数值预测高速离心叶轮三维流场

研究离心叶轮压气机性能优化问题,针对发展迅速、准确预测复杂流动离心压气机的性能设计是非常必要的.传统方法用显式时间推进法效率低、收敛速度慢等缺点,采用隐式残差光顺以及基于变分原理的多重网格方法,具有计算效率高、收敛速度快等特点的数值仿真,采用改进的数值算法对内部三维粘性流场进行了数值仿真,给出了多重网格重数对收敛速度的影响,数值预测了不同流量下的流场流动情况,并与实验结果进行了比较.研究结果表明,多重网格可以有效地加速收敛,数值结果与试验结果吻合较好,改进的数值方法可以较好的预测离心叶轮的性能.     

基于FLUENT的清罐机器人高压喷枪水射流场分析与研究

储油罐清理机器人是一种用来清理大型储油罐的新型特种机器人,利用高压水射流进行清洗是其清理的主要手段。本文首先设计了储油罐清理机器人的专用喷嘴,并基于ANSYS对其进行了有限元分析;利用FLUENT软件分析了喷嘴内部的流场,验证了喷嘴设计的合理性,实验结果证明本文设计的喷嘴是可行的。     

气化驱动的液滴在湿润性表面上的仿真研究

为了研究液滴在高温锯齿形表面时各参数对液滴摩擦学性能的影响,运用了计算流体力学研究了表面润湿性对蒸发驱动的Leidenforst液滴自推进运动的影响.结果 表明,三线接触角对液滴的悬浮和运动特性有很大的影响.表面微结构参数H/W有助于控制液滴表面的润湿性,从而提高液滴的运动速度.数值模拟结果表明,高宽比H/W=7/12时的超疏水表面具有快速运动特性.研究了温度和液滴直径等各种参数的影响,对液滴的蒸发驱动机理有了深入的认识.     

临界流文丘里喷嘴测量不确定度分析

介绍了临界流文丘里喷嘴的工作原理,以及用pVTt法气体流量标准装置检定临界流文丘里喷嘴流出系数时的不确定度分析。对于检定过程的不确定度问题,列出了理想条件下的临界流量、实际条件下的临界流量以及喷嘴流出系数不确定度等的数学模型。并对检定过程中喷嘴流出系数的相对拓展不确定度进行了详细的评定,分析了各个因素的来源,便于我们在实际工作中分析影响测量不确定度的主要因素,从而提高我们校准工作的准确度和可靠性。     

高压压气机动叶叶尖间隙流动数值仿真研究

运用NUMECA CFD对某高压压气机12级动叶尖部间隙流场进行数值仿真,并与无间隙条件下的流动情况进行对比、分析,详细揭示了动叶叶尖间隙区域的流动特征.结果表明无叶尖间隙时压气机并不能获得最优的性能参数;叶尖间隙的存在使得在动叶尖部形成表现为多种复杂涡结构的泄漏流;叶尖问隙在较小范围变化时,压气机的性能参数变化显著,在最佳间隙0.135mm时压气机获得较高增压比和等熵效率,但当叶尖间隙超过临界值继续增大,压气机性能急剧下降.     

小型轴流风扇内外部流场的数值研究

小型轴流风扇的性能及降噪研究建立在流场研究的基础之上。通过对风扇VD8025的Fluent数值模拟,展开了其内外部流场的分析研究,结论如下:在叶片吸力面(非工作面)侧存在主要由边界层分离引起的分离涡,在叶片压力面(工作面)侧顶部间隙存在二次流引起的叶顶间隙涡,沿轴向存在有限叶高诱导双旋涡。对风扇内部流场的速度分布进行了定量分析,分析的结果说明了上述旋涡等流动情况的存在。由风扇出口管道速度分布的定量分析可得,对于所研究的风扇,距离风扇出口120mm处为排风最佳位置。     

小型聚焦纹影实验台的设计与搭建

聚焦纹影系统能对垂直于光轴的特定平面内的流场细节进行显示,避免了视场范围内其余非均匀流场对背景成像的干扰。为实现对收缩喷管出口超声速流场的观测,设计并搭建了小型聚焦纹影实验台和超声速流动实验台。超声速流动实验台由2组收缩喷管组成,相距15 cm,垂直摆放,利用高压气源供气,使喷管出口继续膨胀产生超声速气流。首次利用CAD设计胶片上格栅间距尺寸,验证了在胶片纸上进行源光栅、刀口栅改造的正确性。综合考虑超声速流动区域的大小,选取了锐利聚焦深度和非锐利聚焦深度等设计指标。完成了对小型超声速流动实验台流场的拍摄,获得了其流场结构图。通过对比聚焦纹影、计算流体力学(CFD)仿真和传统纹影的流场图,说明此聚焦纹影实验台原理正确,可以达到预期的显示效果。同时,针对聚焦纹影系统高速流场的显示,提出合理的建议。     

基于模糊自适应PID控制的空压机防喘振控制的研究

本文主要对当前空压机防喘振控制的常用方法进行利弊分析,并将模糊自适应PID控制应用于防喘控制,通过Matlab仿真工具Simulink仿真实验后,证明该方法对压缩机防喘振控制有着重要参考价值.     

整流型加油枪在柴油加注过程中的数值模拟与试验研究

应用计算流体力学软件Fluent,基于多相流VOF模型,进行加油枪加油时有、无整流管两种状态的模拟,得出的油箱内油气体积分数云图表明：加装整流管加注时油箱内流场更加稳定,产生的气泡更少。通过柴油加注试验,对比分析加油枪有、无整流管两种情况,得到不同加油阶段油液状态的图像,由此表明整流管有较好的整流效果,可有效减少油液面上油沫的产生。最后总结研究结论并对整流管的使用提出了建议。     

固体火箭发动机喷管两相流场与结构温度场一体化数值模拟与软件实现

为准确、高效地进行固体火箭发动机的喷管结构设计与性能分析,考虑两相流场和结构温度场之间的相互影响,采用有限差分方法求解二维轴对称两相欧拉方程组,进行喷管气体-颗粒两相无黏流动数值模拟;采用有限元法求解二维轴对称瞬态导热微分方程,进行喷管复合结构温度场数值模拟;根据面向对象编程思想,采用VC+ +以人机交互的工作方式实现喷管内型面和结构设计,并完成有限差分网格和有限元网格的自动划分和显示;通过数值模拟方法与面向对象软件设计方法的有效结合,实现二维轴对称喷管两相无黏流场和复合结构温度场的一体化数值模拟. 数值模拟结果表明,该方法有助于在统一的软件平台上充分利用计算机辅助技术完成喷管性能与结构的综合评估,可以用于固体火箭发动机喷管的工程设计.     

某离心压气机转子叶尖流场测试及可视化分析

对壁面动态压力传感器阵列测试技术进行了研究,并将该技术应用于某离心压气机转子叶尖的动态流场测试中,获取了大量的动态流场测试数据。采用锁相技术和线性插值方法对测试数据进行了处理和分析,并采用数据可视化技术将动态数据转化成压力分布云图,从云图中可以清楚看出离心压气机不同工作状态下转子叶尖的压力变化,有助于分析转子叶尖处泄漏流、前缘溢流以及泄漏流和分流叶片前缘的相互作用。转子叶尖流场测试及可视化分析结果可以为压气机性能验证和数值模拟方法的修正提供重要的技术支撑。     

The flow structure inside a microfabricated inkjet printhead

A micrometer resolution particle image velocimetry system has been adapted to measure instantaneous velocity fields in an inkjet printhead. The technique uses 700-nm-diameter fluorescent flow tracing particles, a pulsed Nd:YAG laser, an epi-fluorescent microscope, and a cooled interline transfer charge-coupled device camera to record images of flow tracing particles at two known instances in time. Instantaneous velocity vector fields are obtained with spatial resolutions of 5-10 μm and temporal resolutions of 2-5 μs. The relationship between instantaneous velocity fields is compared to instantaneous shapes of the meniscus. The flow in the nozzle is highly unsteady and characterized by a maximum velocity of 8 ms^-1, Reynolds numbers of Re=500, and accelerations of up to 70 000 times gravity (i.e., 70 000 g). Since the flow field is periodic for each ejection cycle, the instantaneous measurements can be phased averaged to determine the evolution of the average flow field. The ejection cycle period is 500 μs, and consists of four primary phases: infusion, inversion, ejection, and relaxation. During infusion, the actuator plate is deflected downward creating a low pressure that draws fluid into the inkjet cavity through the orifice and pulls the meniscus into the cavity through the nozzle. The meniscus grows, begins to decrease in size, and then deforms in shape, becoming inverted for approximately 6 μs. The meniscus exits the cavity through the nozzle during droplet ejection. During relaxation, the flow undergoes viscously-damped oscillations, and reaches equilibrium before the next ejection cycle begins     

压气机叶片流固耦合共振判断和谐响应分析

针对气流扰动引起的压气机叶片振动问题,以整体式轴流压气机叶片为研究对象,借助ANSYS Workbench软件的BladeGen模块对叶片及其流场进行三维建模,然后进行流固耦合分析。求解叶片的压力、应变和前6阶模态振型,绘制坎贝尔图并对叶片进行谐响应分析,结果发现该叶片不会发生共振破坏,但是叶尖尾缘变形和振动较明显,而叶片前缘变形和振动很小。在气体流量不变的情况下,对叶片前缘和尾缘采用变半径设计,可有效提高固有频率、削弱振动。