射流预冷却发动机用喷嘴的数值模拟

采用计算流体动力学（CFD）方法,对气液喷嘴射流冷却两相流场进行数值模拟,采用混合模型的连续方程、动量方程、能量方程,相间考虑了相对（滑流）速度和漂移速度,数值模拟了喷嘴在进气道内采用垂直气流喷射方式下的流场分布,分析了液滴在流场内的轨迹和速度,沿飞行轨迹计算分析了射流预冷却对发动机性能的影响.结果表明,采用喷流预冷却方式所形成的温度场、压力场均匀,压力损失不大,可满足压气机进口条件要求.     

均匀液滴喷射过程仿真与试验研究

针对液滴喷射增材制造试验参数调整困难、实施难度较大的现存问题,基于流体体积(Volume of fluid,VOF)两相流模型,建立均匀液滴喷射过程流场的计算模型。采用数值模拟的方法,对液滴喷射过程中的液滴流形态、压力场和速度场及其影响因素进行了研究,揭示了形成均匀液滴流的内在变化规律,得到了均匀液滴喷射过程的最优频率。在模拟结果的基础上,建立了液滴喷射装置并配置了相应的高速拍照系统,对射流断裂形态、喷射过程、喷射速度进行了试验研究。结果表明,射流速度主要取决于喷射压强,液滴流均匀性主要取决于扰动频率和扰动振幅,射流的压力场则呈周期性变化。模拟结果与试验结果吻合较好,说明所提出的建模方法是可行的,为不同情况下射流内部流场的计算提供了实用的方法,也为液滴喷射增材制造技术的应用奠定了理论基础。     

复杂工况机械密封腔内两相流的流场特性分析

以汽液两相流理论及方法为基础,采用CFD混合多相流模型,对处于高温、高压、高速复杂工况的波纹管集装式机械密封装置密封腔内两相流场进行了数值建模和分析,得到了由冲洗口位置的不同和密封环旋转引起的复杂三维流场特性,对不同的冷却效果进行对比,得到了最佳冷却位置,分析了密封腔内的温度场、压力场和速度场,并对比分析了密封腔压力随着不同主轴转速和不同冲洗液入口速度所呈现的规律,为高参数复杂工况下波纹管集装式机械密封装置的结构优化设计提供了理论依据。     

三相旋流抛光磨粒运动的测量与微气泡补偿

研究了气液固三相旋流流场抛光机理和规律。设计了三入口的抛光加工流道,对气液固三相旋流抛光流场进行了数值模拟。基于模拟结果设计了气液固三相磨粒流旋流流场测量平台,并通过粒子图像测速法(PIV)测量了微气泡补偿条件下气液固三相旋流抛光的流场参数,获得了微气泡补偿区域流场的运动图像、速度矢量图和涡量图。PIV测量试验数据显示:在微气泡补偿区域,磨粒速度主要集中在30m/s到80m/s,同一测量点高速磨粒出现频率明显增加,少数磨粒速度达到100m/s以上;磨粒平均速度从33.8m/s增大到44.2m/s,经4h抛光后硅片表面最大粗糙度从10.4μm下降到1.3μm。理论和试验研究表明,气液固三相旋流抛光流场中微气泡溃灭引发的空化冲击效应可增大磨粒动能,提高抛光效率,实现B区域的均匀化抛光。     

基于复势理论的气流引纬速度合成的研究

喷气织机是纺织行业的关键设备.利用复势理论推导了引纬通道中气流场的合成,将喷射气流模拟成两个涡偶,得到了通道中气流速度的方程.运用数值方法对影响速度分布的各个参数进行了讨论,指出较小的喷射角度和较小的辅助喷嘴间距,能够获得较理想的喷射效果.同时,对该方法进行了实验对比,对比显示理论分析是合理的,对于工厂技术人员具有指导意义.     

钢在气 固流体中高温冲蚀磨损及其对策研究

本成果包括两部分内容一、高温冲蚀磨损强化模拟试验装置模拟省煤器工况的流场式高温冲蚀磨损强化试验装置。工作温度：室温～500℃可调；气流速度：18～30m／s；磨料输送量：20～100kg／　h。试验数据稳定，与现场实测数据一致，本装置填补了国内空白。二、表面强化层的优选采用六类十余种不同方法和材料对20#钢进行强化，在攻角45°、流速30．8m／s、温度500℃、磨粒输送量42．6kg／h的条件下进行优选试验，优选出的合金喷溶强化层及防磨涂料，经淮北发电厂和淮南平圩发电厂省煤高温管上试用半年以上证明：A1号合金喷溶强化层，能使省煤…     

基于RSM的立式辊磨局部流场两相流耦合分析

为了研究HRM4800立式辊磨磨腔内部粉体输运过程,采用Mixture多相流模型和雷诺应力方程涡黏模型对磨腔模型的典型气固输运耦合区进行了数值模拟分析。分析结果表明:受到磨辊和磨盘旋转的影响,磨腔粉体输运流场具有较强的三维旋转两相流特性,粉体与气体两相流流场呈现局部不对称性和十分活跃的湍流脉动;磨盘与磨辊交互影响区流场存在剧烈的湍涡现象,进一步揭示了流场边界对湍流运动的影响情况;受到磨盘与磨腔壁面交互区域空间减小的影响,磨盘与磨腔交互区的纵向高位区形成了高速流场,有利于粉体输运;整个流场呈现近壁面湍流平均速度线性变化的壁面律特点。     

大涡模拟Smagorinsky模型用于磨粒流精密加工喷嘴的质量控制研究

为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制，采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟，并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟发现磨粒流流体中磨粒与壁面的碰撞与剪切作用随流体的速度增大而增大，同一截面的速度存在速度差，其中还伴随涡旋的存在；通过试验研究发现：经固液两相磨粒流加工后的喷嘴小孔表面质量得到明显提高，喷嘴经过四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔处表面粗糙度Ra由1.24 μm降至0.542 μm，小孔处表面粗糙度Ra由1.21 μm降至0.437 μm。结论显示固液两相磨粒流加工技术可有效提高被加工喷嘴工件的内表面质量，加工时同一截面的速度存在速度差，速度差的存在利于涡旋的形成，涡旋的存在利于提高磨粒流加工过程的剪切作用，有助于获得高质量的喷嘴小孔内通道表面。     

油管外表面气动喷砂两相流场数值模拟

为了确定油管外表面气动喷砂的工艺参数,采用遵循欧拉-拉格朗日方法的离散相颗粒模型,对不同工况条件下的气固两相流场进行数值模拟。首先采用S-A湍流模型对连续相流场进行数值模拟,得到了气相流场的特性;再采用颗粒轨道模型对固体颗粒相流场进行计算;最后,在仿真计算过的气相流场中加入固体颗粒相,求解颗粒的受力情况,得出颗粒轨迹和速度。结果表明：当喷射距离在100mm、粒子直径在0.5～1.0mm之间时,粒子喷射到油管外壁的速度最大,并且能够覆盖外壁全表面,喷砂效果最佳。     

基于非光滑表面与涡流干扰的车身气动减阻方法

探讨了将表面非光滑形态结构减阻思想与流场主动控制相结合的车身气动减阻方法。将凹坑型非光滑表面布置在MIRA直背式模型的尾部,并在非光滑形态模型的基础上,在凹坑阵中加装喷射速度可变的涡流发生器来控制模型的尾部气流,改善尾涡结构。通过对光滑、非光滑、非光滑加涡流喷射三种模型的三维流场数值模拟,得到不同尾部形态模型的气流速度、压力以及湍动能等参数,对比不同风速下不同模型气动阻力系数的差异以及不同喷射速度下的减阻效果,分析模型尾部流场参数的变化,阐述了非光滑形态车身气动减阻机理以及涡流喷射扰动效应。研究结果表明：通过对非光滑形态被动减阻与涡流喷射主动减阻的优化组合,能有效地减少不同风速下直背式MIRA模型的气动阻力。     

场协同理论在硫化机热板上的应用

介绍了轮胎硫化机热板的发展现状和在流-固耦合状态下温度场数值模拟的方法。为了研究轮胎硫化机热板工作表面的温度分布均匀性,对47"轮胎硫化机上热板进行温度场和内部蒸汽速度场的数值模拟,通过分析热板温度场和速度场的模拟结果得出引起热板温度分布不均匀的主要因素是热板内蒸汽的流速不均匀。再从对流换热的本质出发,运用场协同理论对热板内热量传递过程进行分析,针对热板内蒸汽速度场与温度梯度场协同性较差和热板表面的温度分布不均匀现象,在热板的低温处布置三角形翅结构的涡发生器,利用二次表面产生使速度场和温度梯度场协同性提高的二次流强化低温处的对流换热,提出了改善热板温度分布均匀性的创新性方法。     

海洋机器人进气集水箱仿真分析与试验

油电混合动力海洋机器人进气管路设计有水气分离功能的进气集水箱。针对某海洋机器人原理样机的进气集水箱积水喷溅问题,利用CFX软件对箱内气液两相流作用机理进行数值模拟,确定水箱结构不合理导致积水受高速气流扰动,被气流夹带发生喷溅;设计一种折流式、气液流场隔离的新型进气集水箱,并对其进行气液两相流数值模拟,结果表明新进气集水箱有效避免了高速气流对积水扰动;利用Euler-Euler气液两相流模型进一步对新进气集水箱水气分离性能进行数值模拟,结果表明新进气集水箱水气分离效率达99.94%,达到了预期效果。试验结果表明,数值模拟结果与试验结果一致,数值计算模型正确。     

气流式喷雾干燥过程的数值模拟

应用气液两相流理论和计算流体力学方法,结合气流式喷雾干燥的特点,建立了喷雾干燥塔内气液两相湍流流动的CFD模型.采用CFD软件对气流式喷雾干燥过程进行了非稳态数值模拟,对比分析了颗粒液滴喷射前后干燥塔内的温度场和含湿量等参数分布及变化情况,研究了颗粒在塔内的运动轨迹及直径分布.     

Couette-Taylor-Poiseuille流的数值模拟

对中等半径比同心旋转圆柱间Couette-Taylor-Poiseu ille流进行了数值计算,并与已有的实验数据进行比较以获得流场的更多信息。结果表明,数值计算与实验结果吻合较好,依次再现了层流涡、波动涡、非波动螺旋涡以及波动螺旋涡;轴流可以起到稳定流场的作用,轴流存在时,流场转捩的临界泰勒数Ta值会变大,涡胞变小,涡心不再位于轴间隙的中间,从左向右的轴流比较明显,交替指向内轴和外轴,并缠绕在涡胞的周围;除去平均轴流速度后,速度矢量场显示出不同的涡形,形状与相同Ta时的涡胞基本相同;在不同的泰勒数Ta和雷诺数Re下,涡心的轴向传播速度约为平均轴向流速的1.17倍,相传播速度约为内筒转速的0.42倍。     

螺旋桨三维积冰对气动特性影响的数值研究

为提高中小型无人机在螺旋桨结冰条件下的飞行能力,降低积冰对气动性能的危害,对比分析了其在不同速度采用考虑离心力的旋转部件欧拉-欧拉法两相流模型及旋转表面薄水膜流动三维积冰模型,对螺旋桨表面积冰进行三维数值模拟研究.对2714型螺旋桨进行了速度-转速匹配,对比分析了不同速度-转速匹配下对螺旋桨表面积冰的影响,以及螺旋桨积冰的流场分布情况和结冰前后螺旋桨设计点后方空间的速度变化,并引申到螺旋桨推力的变化.研究结果表明:随着速度-转速的增大,积冰量和冰层厚度增大,积冰轮廓向下游发展成角状冰;结冰后螺旋桨表面附近流场变得更加紊乱,尤其形成角状冰后出现明显的回涡流.结冰后螺旋桨设计点后方气流速度减小,推力随之下降,气动性能受到影响.     

三维空气吹扫喷嘴射流流场分析

以平整机吹扫系统中三维空气喷嘴为研究对象,确定了喷嘴的结构参数;基于流体力学的基本方程和RNG k-ε湍流模型,建立了吹扫射流的数学模型。从喷嘴内部以及喷射外流场的流动状态、喷嘴轴线上的速度和压强分布、靠近钢板处的气流分布情况三个方面,对吹扫流场进行了稳态分析;采用自由表面模型,对吹扫流场和吹扫效果进行了非稳态分析。研究表明:该类型的喷嘴外部流场成窄带形分布;气流冲击钢板后,在钢板上形成冲击区和漫流区;所选喷嘴在高度为150 mm时沿着钢板宽度方向形成的打击范围为0.06 m,并且经过0.06 s,冲击点处的水分已经被吹扫干净,但是沿着钢板长度方向还有部分水分残留。     

多孔射流式通风的流场特性分析

为了分析多孔射流风机作用下风场的流场特性,文中采用CFD方法,对多孔射流式风场模型内部流场进行了数值模拟,对比分析了不同喷嘴数量及排布方式对流场性能的影响,并引入涡动力学理论,分析了流场内涡结构的分布发展规律及其对流体掺混的影响。结果表明：喷嘴的数量及排布方式对流场性能有显著影响,外围喷嘴会对中心喷嘴的流动起到限制作用;流向涡对流体掺混效果的作用比展向涡大,在涡量一定的情况下,流向涡尺度越大、衰减越快,流体间的混合效果越好,流场稳定性越高。流场内速度及涡动力学分布表明,流场稳定性随着喷嘴数量的增加而显著提高,因此在保证经济性的前提下应尽量采用数量多的喷嘴排布方式。     

袋式除尘器喷吹过程的数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,通过改变袋式除尘器喷嘴和滤袋之间的距离,对喷嘴和滤袋之间的速度场以及滤袋内部脉冲喷吹气流的速度分布进行了数值模拟;在1个喷吹周期内不同的喷吹时刻,对滤袋内部喷吹气流的压力分布进行了数值模拟.根据模拟结果,分析了喷嘴和滤袋之间的距离变化以及不同喷吹时刻对清灰效果的影响,可为袋式除尘器的设...     

高压除磷喷嘴喷射流场数值模拟与试验分析

采用Fluent软件的标准模型对高压除磷喷嘴外部气液两相压声速湍流流场进行三维建模和数值模拟,分析了射流离开喷嘴进入到空气中的压力场和速度场的分布规律:喷嘴的出口速度和系统压力成正比,与喷射距离成反比;喷嘴的喷射打击压力与啧嘴的喷射速度和系统压力成正比,与喷嘴的喷射距离成反比;通过仿真预测出最佳靶距并进行试验验证,为喷嘴的合理安装和提高除鳞效果提供了有力的参考依据.     

切向流场影响下激光壁面加载特性

使用计算流体力学方法对激光壁面加载模型进行研究,重点分析受切向流场影响下,壁面出现熔池后所形成的两相流流场以及温度场。模拟结果表明:切向气流对激光壁面加载特性的影响不容忽略。激光加载初期,切向气流对壁面起气动冷却作用,随着熔池出现,熔池边界沿气流方向推移的速度快于向其反方向推移的速度。但随着熔池深度的增加,熔池的发展将呈现相反的趋势。随着加载过程不断持续,熔化边界向靶材内部推移的速度呈加速趋势。