锥形叶片旋转空化器数值仿真研究

通过高速转动的叶片形空化器,可形成可控的超空泡。对于旋转超空泡的研究,非常重要而又十分复杂。本文采用数值仿真计算的方法,建立三维几何模型,采用Ansys Fluent软件进行模拟求解,对四叶片旋转空化器的工作特性进行分析。研究结果表明,旋转空化器形成的超空泡具有很强的规律性。在超空泡尾部具有明显的溃灭而形成向超空泡内部的射流,射流的产生使得超空泡尾部都具有内凹结构。在低转速下,旋转叶片尖端后部的回流使得超空泡无法覆盖叶片尖端,而随转速的增大超空泡逐渐覆盖叶片的尖端后部。旋转空化器转速的提升对超空泡的形成具有很明显的作用,形成的超空泡体积随转速呈指数增长。本文所得到的超空泡演变规律对旋转空化器的设计和应用都具有重要的参考意义。     

楔形叶片旋转空化器叶型改进数值模拟研究

旋转空化器是一种通过叶片在水中高速旋转产生超空泡以实现不同工程实际应用的装置,本文对双叶片旋转空化器现有楔形叶片进行改型,建立了三种不同叶型的空化器三维几何模型,并采用ANSYS FLUENT软件对其产生的空化流场进行数值模拟,对比分析了其水动力学特性.结果表明,相同转速下,叶型2(改进叶型)产生的空泡尺寸最大,叶型1...     

景电灌区含沙量对离心泵空化性能的影响

为探明景电泵站运行中过机泥沙含量对泵空化性能的影响,采用Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型对不同含沙量下模型泵的全流道进行数值计算,模拟了离心泵内部固-液-汽三相流场,得到了叶轮内部流动特征,分析了含沙量对叶轮空泡体积分布与空化性能的影响规律。结果表明,含沙水中泵更易发生空化,叶轮内空泡体积分布随含沙量的增加变化不同,在一定的含沙量范围内叶轮空化程度较轻,泵的空化性能较优。研究结果可为沿黄泵站的设计及安全运行提供一定的借鉴。     

水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

直接空冷凝汽器旋转流场中应用喷雾增湿的数值模拟

基于Simple算法和k-ε模型,采用MRF模型处理风机模型,并综合两相流、传热传质理论,对某600MW直接空冷机组的一个单元进行了三维数值模拟,分析了喷雾增湿对空冷凝汽器压力的影响.结果表明:应用MRF模型处理风机后,单元内空气旋转上升,空气流场和换热器表面温度场分布更接近实际情况;喷嘴距风机栈桥中心线3.5m、距风机导流筒出口平面高度1.6m,喷雾方向在xy平面与y轴正向夹角210°、喷嘴压力为0.8MPa、喷嘴孔径为0.4mm时,凝汽器压力降幅最大,为8.97kPa.     

基于水力空化技术实现杀菌的实验研究

为了验证水力空化杀菌的可行性,本文搭建了基于旋转空化器的水力空化实验系统,研究入口压力和空化发生温度对大肠杆菌的杀菌效果。研究结果表明,当入口压力在-0.02 MPa至-0.05 MPa之间变化时,其对杀菌效果影响并不大;但空化发生温度却显著影响杀菌效果,当空化发生温度为60℃时,大肠杆菌全部灭活。     

制备生物柴油中超声空化过程的研究

建立了超声波辅助制备生物柴油中空化气泡运动的动力学模型,采用MATLAB对模型方程进行数值模拟,探讨超声频率、声压幅值、空化泡的初始半径和环境压力对空化泡运动的影响.模拟结果表明,随着超声波频率的增加,空化效应减弱;超声声压较小时,超声波空化为稳态空化过程,随着声压的增加,空化气泡半径变化幅度增加,空化气泡所带来的空化效应必然增加;气泡的原始半径为超声波频率对应的共振尺寸时,空化情况最为激烈,声化效果最好;环境压力变化时,气泡运动的振幅差别不大.经分析得到提高生物柴油产率的较佳条件,即较低频率、较大声压幅值、气泡直径为共振尺寸、普通大气压.该研究可为超声在制备生物柴油中的应用提供基础理论依据.     

基于CFX的调节阀空化数值模拟及结构优化

为减少某核电站调节阀最高运行参数工况下的空化损伤,基于CFX软件采用多相流模型和空化模型对结构优化前后的调节阀的空化情况进行数值模拟,分析了阀门内部不同结构对空化区域分布和空化程度的影响.结果 表明:作为关键部位的阀芯密封线处易受空化损伤;优化后的阀门结构可以使阀芯密封线处的空化发生一定的转移,有效降低了阀芯密封线附近的空化率,保护了阀芯密封线的完整性.     

长短叶片混流式水轮机空化特性的数值模拟

鉴于目前削弱水轮机空化和空蚀存在的问题,以某适用于300m水头的混流式水轮机为例,采用CFD技术计算其运行范围内若干工况的内部流动情况,重点分析其空化和空蚀性能,并比较了采用长短叶片转轮和仅采用长叶片转轮的流场分布及其空化特性。结果表明,采用长短叶片结构的水轮机的转轮内部流态较好,流场分布更加合理,空化性能明显优于仅采用长叶片的水轮机。     

V锥流量计水力空化气液两相流场数值研究

基于CFD多相流空化模型,对V锥流量计内流体的空化流动进行数值计算,分析了不同入口压力、等效直径比、前、后锥角对流场空化率的影响.研究表明:由于锥体的节流作用使流场中最低压力出现在锥后一定位置处,且降低入口压力、增大等效直径比,适当增大前、后锥角均可有效抑制空化的形成和发展.计算结果可为工程实际应用提供一定理论指导.     

涡轮叶尖间隙流动的数值模拟

采用基于雷诺平均N-S方程的三维CFD计算程序,并结合Spalart-Allmaras-方程或κ-epsilon双方程湍流模型加壁面函数的方法,对涡轮平面叶栅和涡轮级转子的叶尖间隙流场进行了数值计算,详细研究了不同叶尖间隙高度、不同叶尖间隙形式和叶尖间隙有冷气入射时其对涡轮叶尖间隙流场和性能的影响.计算结果表明:叶尖间隙对从大约70%叶高到叶尖位置的叶片损失具有明显的影响;在同样间隙大小情况下,余高间隙叶片等熵效率比平间隙叶片等熵效率约提高了一个百分点;而叶尖间隙有冷气入射时涡轮的等熵效率要比无冷气入射时的等熵效率约提高两个百分点.     

超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟

通过数值求解基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,对一种超微型向心涡轮动叶栅内的流动情况进行了数值模拟。揭示了具有极低展弦比动叶栅叶顶间隙对流场参数分布和气动损失的影响,为超微涡轮的设计和改进提供了理论依据。模拟结果表明,叶顶间隙的大小对通道内马赫数分布有重要影响,其中顶部间隙射流所引发的泄漏涡与主流的掺混是主流马赫数降低的重要原因;叶顶间隙的存在使得总压损失系数均匀化,即近壁区和主流区的总压损失都较高;动叶栅在叶展方向上的载荷分布均匀,弦向载荷主要由接近尾缘的弧段承担;模拟中还解析出三维的尾迹涡,这主要是动叶栅尾缘过厚所导致,应进行叶型改进。     

流化床内颗粒旋转特性的数值模拟

将离散单元法和计算流体力学相结合,在自行编制程序的基础上对流化床内气固两相流中颗粒的旋转特性进行数值模拟,得到了气体的速度场、颗粒的速度场、颗粒平均体积分数以及颗粒平均转速分布,并重点分析了颗粒的旋转对颗粒平均速度、床层膨胀高度和平均空隙率的影响以及影响颗粒平均转速的因素.结果表明:颗粒的旋转不仅会对颗粒自身的运动产生影响,也会对其所在的流场产生一定影响;颗粒平均转速不仅与颗粒间的碰撞次数有关,还与颗粒间的碰撞强度有关,且密度大的颗粒的平均转速小于密度小的颗粒,直径小的颗粒的平均转速大于直径大的颗粒.     

旋转平板上水膜流动的数值模拟

对有汽流掠过的旋转不板上的水膜流动进行了数值模拟,得出了该类水膜流动的速度分布和水膜厚度的分布规律。     

旋转气冷涡轮流场的数值模拟

应用数值计算的方法,对采用气膜冷却的涡轮叶片在静止和旋转状态下的流场进行数值模拟,研究涡轮叶片在静止和旋转状态下冷却射流和主流的掺混流场结构.结果表明:涡轮叶片压力面极限流线在静止和旋转两种工况下的区别比较明显.旋转使得马蹄涡的尺度有所加强.压力面和吸力面侧都存在明显的反向涡对结构;在吸力面,反向涡对的对称性比压力面的好;反向涡对随着下游距离的增大逐渐减弱,同时旋转使得掺混流场的轨迹有向叶片径向偏转的趋势.旋转工况下涡轮压力面侧反向涡对的衰减速度和程度变化明显,吸力面侧涡对的涡心位置更靠近叶片壁面,涡的影响区域也较小.     

复合角度气膜冷却叶片的数值模拟

采用Realizable k-ε紊流模型,并结合Simplec算法和有限元法对体积进行离散,研究了静止叶栅前缘射流孔在2种复合角度α=30°、β=45°和α=135°、β=45°,不同吹风比M=0.5、M=1.0、M=1.5,主流温度为T∞=293 K时的压力面和吸力面温度场,并分析了典型工况下的气膜冷却效率.结果表明:相同复合角度、不同吹风比的压力面和吸力面冷却效率曲线变化趋势一致;前缘复合角度射流对整个吸力面的冷却效率有较大影响,随着吹风比的增大,冷却效率提高;当前缘复合角度为α=30°、β=45°时,压力面冷却效率随着吹风比的增大而提高,而当前缘复合角度为α=135°、β=45°时,随着吹风比的增大,压力面的冷却效率降低.     

重型燃机涡轮空心叶片定向凝固数值模拟

文章采用铸造模拟软件Procast,模拟了重型燃机涡轮空心叶片的定向凝固过程,研究了不同的抽拉速度对凝固时固液界面形态及铸件微观组织的影响,得到了较优抽拉速度.模拟结果表明,随着抽拉速度减小,固液界面趋于水平,定向柱晶分布均匀,取向良好.对模拟得到的较优抽拉速度进行试验验证,制备了具有较为理想的晶粒组织的实物叶片.     

涡轮叶片冷却数值模拟进展

本文概括总结了近年涡轮叶片冷却数值模拟的研究成果：对通道内部对流，总结了哥氏力和浮升力对Nu数和温度分布规律的影响；对于气膜冷却，总结了不同紊流模型情况下，叶片表面的Nu数分布以及各种紊流模型在模拟流动和换热方面的优劣；对于冲击冷却，总结了冲击各种表面情况下，滞止和平均Nu数分布规律和冷却效率对冲击距离设计的影响。了解了涡轮空冷叶片的数值模拟的现状，为今后空冷叶片的数值模拟提供一定的指导。     

IGCC与联合循环用蒸汽透平叶片数值模拟及试验研究

介绍了通过全三维数值模拟,在IGCC使用的蒸汽透平的叶片设计中采用后加载叶型和弯曲成型静叶栅,并以空气动力试验来考察其性能,试验研究的结果表明设计达到了预期目标。该成果可应用于一般联合循环用的汽轮机设计中。