椭圆螺旋管道混合器混合效果模拟研究

应用CFD技术研究了椭圆螺旋流道内两相液体在充分发展条件下的混合效果。基于FLUENT软件,对混合性能进行了数值模拟研究,讨论了椭圆螺旋管道混合器的截面形状、曲率半径、螺距3种因素对该混合器混合效果的影响。模拟所得液相的流动状态与实验结果具有很好的一致性。提取相应截面液体的混合不均匀系数,分析结果表明:截面形状的变化会给螺旋管道混合器造成不同程度的狭小区域,对混合均匀性影响较大;增加螺距会对混合产生消极的影响;当曲径为某一特征值时,混合效果可达到最好状态;同时,通过仿真分析得出,液体流速的改变对混合器中液体的混合效果影响不大;通过对流场内部剪切速率、流线、质点速度场的分析,讨论了粒子无序运动是螺旋混合器内液体充分混合的关键因素。     

稠油掺稀井下混合器结构设计与混合效果分析

针对稠油掺稀降黏开采过程中稠油与稀油混合不均匀的问题,设计了一种新型混合器,采用一个涡轮式叶轮和折叶式叶轮组合的方式,并且通过键与轴连接,两个叶轮一起联动。采用FLUENT 6DOF模型,对混合器的混合效果进行了仿真分析,从叶轮旋转速度、稀油体积分数、涡旋性3个方面进行评价。结果表明,新型混合器虽然旋转速度有所下降,但是稀油分布更加均匀,具有更强的涡旋速度,说明新型混合器比现有混合器具有更好的混合效果。     

稠油掺稀混合器混合机理与结构设计

稠油掺稀降粘开采时,存在稠油与稀油混合不均匀的问题,而混合器是目前掺稀降粘工艺中提高混合效果的主要工具。首先分析了掺稀降粘机理和混合机理,因此,要提高掺稀混合效果,就需要在掺稀管柱中增加混合元件。针对目前存在的几种混合器,根据有无自由旋转的叶轮分为静态混合器和动态混合器,而静态混合器容易造成流道堵塞,混合效果受流体流速影响较大等问题,现有动态混合器存在旋转动力不足,搅拌效果不好等问题。新型混合器设计有旋转动力叶轮和搅拌叶轮,旋转动力叶轮在流体的冲击下旋转提供动力,搅拌叶轮在旋转动力叶轮的带动下主动旋转。通过仿真对比分析发现,从速度迹线和稀油体积分数分布曲线来看,新型混合器比自动旋转动态混合器有更强的混合效果。     

整体叶轮磨粒流抛光数值模拟研究

叶轮为航空发动机中的重要部件,其曲面特征会影响航空发动机的进气性,进而影响发动机的动力性。利用计算流体力学方法对磨粒流在不同磨料速度下抛光整体叶轮的加工过程进行了数值模拟,分析了静态压强、动态压强、湍动能、湍流强度和壁面剪切力对磨粒流抛光叶轮研抛作用。从数值云图可知,磨粒流研抛叶片时其顶端的抛光效果要好于其根端,且研抛速度越大,叶轮叶片的抛光效果越好,此研究成果可为利用磨粒流抛光整体叶轮提供了理论基础和技术支持。     

一种高粘度两相流静态混合器混合均匀度的仿真分析

在常见类型混合器的基础上设计了一种新型的高粘度两相流静态混合器。基于Fluent软件分析了预混单元对整体混合效果的影响,并分析了混合单元数量和流体入口速度对混合均匀度的影响。分析结果表明带预混单元混合器的混合效果好于不带混合单元的,还表明当混合单元数量为3时能在不同的入口速度下获得理想的混合效果。在此基础上,根据质点的速度场和流场分布状态,分析并说明了杂乱的速度和流线分布是获得良好混合效果的根本原因。同时,通过仿真分析了粘度对混合效果的影响,结果表明该混合器的混合均匀度随着液体粘度的增大而提高,还表明该混合器对中、低粘度的液体也有良好的混合效果。     

肥料颗粒混合技术研究

在机械混合机理的研究基础上,分析了叶轮转速和装料率对肥料颗粒混合度的影响,并对螺带式混合器和锚式混合器的混合特点进行了分析.通过研究不同混合叶片的相互作用,提出了螺带-螺杆组合叶轮、锚-螺杆组合叶轮和内-外直叶片组合叶轮的多叶轮设计方案.实践表明,在低转速情况下,多叶轮的混合特性与单一叶片相比有明显的提高,同时,内-外直叶片组合叶轮容易加工,具有较广的的混合适应性,满足了简易混合装置的设计要求,可以在复混肥料的生产中得到有效应用.     

主辅通道型微混合器的设计与制作

为了实现微量液体的快速均匀混合,设计了一种PDMS双层结构的新型微混合器。研究了混合器的制作方法以及几何尺寸和Re数对混合的影响。依据Fick第一定律介绍了主辅通道型微混合器的设计原理;采用有限元方法对不同几何尺寸及Re数下混合器中液体的速度流场及浓度场进行了数值模拟;数值分析显示,随着主辅通道出口宽度比的减小,通道长度的增加和雷诺数的减小,混合器的混合率增加。最后,依据仿真结果制作了主辅通道深度比为0.71,出口宽度比为1,通道长度为9mm的微混合器并进行了去离子水和红墨水的混合实验。实验结果表明:当Re5时,设计的混合器能实现液体的快速混合,并且混合率随着Re的减小而增大,基本满足低Re数下微量液体快速均匀混合的要求。     

离心压缩机半开式叶轮与叶片扩压器级内流动的数值模拟

对由半开式叶轮和叶片扩压器组成的离心压缩机模型级内部的流动进行了数值模拟，分析了叶轮与叶片扩压器内部的流动情况及相互影响。结果表明，用半开式叶轮代替模拟级中的闭式三元叶轮后，流动情况严重恶化，级出口静压系数降低；与无叶扩压器相比，叶片扩压器使级出口压力系数升高。在相同叶轮出口速度下，叶片扩压器比无叶扩压器中气流速度下降迅速，叶轮出口处平均流场趋于均匀。     

叶轮叶片数对通风机性能的影响

为进一步提升通风机的性能,从通风机出口静压、出口全压及全压效率三个方面进行综合考评,并重点研究前级叶轮叶片数量、后级叶轮叶片数量及不同叶轮叶片数量配合对通风机性能的影响.以FBDZ80型通风机为例,基于数值模拟软件搭建模型并展开相关研究,得出当前级叶轮叶片数量为12、后级叶轮叶片数量为10时对应通风机的性能最佳,为通风机叶轮叶片数量的设计提供参考.     

叶片出口角对多翼离心风机性能影响的数值研究

以空调用多翼离心风机为研究对象,建立了3组不同叶片出口角叶轮模型,通过数值模拟获得风机外特性以及叶轮中间截面、风机出口的压力,速度,湍动能分布和叶轮进出口的压力脉动情况,并进行对比分析。结果表明:随着叶片出口角的增大,在420～725 m~3/h流量范围内风机的风压和效率有所提升;内部流场中,风机出口低速区的面积增大,蜗壳出口和蜗舌区域的总压分布均匀性降低,叶轮流道内的涡量增多;叶轮进出口在叶频及其倍频处的压力脉动幅值有一定程度的降低。为了得到较好的气动性能和噪声性能的风机,需要将叶片出口角控制在合理的范围之内。研究结果对于风机进行气动性能和降噪性能设计具有较好的指导意义。     

叶顶间隙对轴流风机内部流场影响的研究

基于Realizable k-ε湍流模型和 SIMPLE 算法,对某轴流式通风机在不同叶顶间隙下进行了设计工况时的数值模拟.讨论了不同叶顶间隙大小对风机性能的影响,分析了叶轮出口截面速度、压力等参数的分布以及叶顶泄漏流和泄漏涡随间隙大小的变化情况.数值结果表明,随叶顶间隙逐渐增大,风机性能不断下降;叶轮出口截面速度、总压和湍动能大小受间隙泄漏流的影响明显;泄漏涡由泄漏流与主流发生卷吸而形成,且泄漏涡会受到间隙大小的影响.     

串列叶片对离心风机叶轮性能及内部流场的影响

对串列叶片式离心风机叶轮的内部流场采用NUMECA软件进行了数值模拟研究,分析了串列叶轮不同相对周向位置因子对离心叶轮性能的影响,并对串列叶轮与原始叶轮进行了详细的流场对比分析。结果表明:相对周向位置因子对离心叶轮性能影响较大,当相对周向位置因子取0.05⁰.20时串列叶轮在性能上均有所提高且取0.10时性能达到最好;串列叶片能有效地削弱叶轮出口射流-尾迹结构对流场的影响,改善叶轮出口的速度均匀性,对控制风机的气动噪声有十分有利的影响。     

液力变矩器导轮叶片表面压力测量与分析

为深入理解液力变矩器这种典型旋转叶轮机械内部复杂三维流动现象,获取导轮叶片表面典型部位压力分布规律,提出一种定子叶片表面液体压力场测试方案,通过在导轮叶片压力面埋入微型动态压力传感器,对不同输入转速和速比工况下的导轮叶片表面典型部位压力进行试验测试并进行流场数值模拟对比。结果表明,测试数据与模拟结果高度吻合,较准确地描述了叶片表面压力场的变化趋势,叶片表面压力脉动频率与旋转叶轮转速及叶片数有关。这种压力测试方法不仅能对流场数值模拟进行有效性验证,同时也能为叶轮动态性能设计提供参考依据。     

梯形断面蜗壳式离心泵作透平叶轮的设计与试验

为提高非圆形断面蜗壳式离心泵作透平的效率,以一比转速为193的梯形断面螺旋形蜗壳式离心泵为原型,设计了适应此类泵作透平运行的透平专用叶轮。根据原型泵梯形断面蜗壳几何参数,依据面积相等的原则,推导梯形断面几何参数与当量圆断面半径的换算关系式;依据等速度矩定律确定叶轮进口速度矩,推导出叶片进口安放角与设计流量的关系表达式;对于叶片进口较宽的情况,在轴面投影图中划分三条流线,分别计算三条流线与叶片出口边交点处的出口安放角;基于ANSYS BladeGen与NX软件建立新叶轮的三维模型,制作试验叶轮,开展外特性试验,并进行数值模拟分析。结果表明:新叶轮将透平最高效率由71.9%提高到了77.3%,较原型叶轮透平最高效率提高了7.5%,且新叶轮在75~130 m~3/h的流量区间均能高于72%的效率运行,效率曲线较平坦,高效区运行范围宽。数值计算结果分析表明新叶轮进口能较好地适应螺旋形蜗壳的出流;从叶片进口到叶片出口,液体压能得以较均匀地转换,叶轮内的水力损失较原型泵叶轮内部显著减小。透平试验高效点与给定的设计流量一致,验证了该文提出的透平叶轮设计理论和方法是合理可行的。     

内置叶片型静态混合器结构优化研究

为提高静态混合器对过程气与空气的混合效果,基于CFD方法,对内置叶片型静态混合器不同叶片数量、排列方式进行了数值模拟计算.对比分析内部的速度、湍流、组分等分布情况,提出一种新型结构,为内置叶片型静态混合器设计提供参考依据.     

带分流叶片低比转速无过载离心泵优化设计

针对TS65-40-250离心泵易过载和出现驼峰等问题,采用无过载设计法并添置分流叶片,重新选取叶轮设计参数,设计3种优化方案。采用Pro/E和ICEM分别对3种方案进行三维造型和结构化网格划分,网格总数为150万。利用商业软件CFX12.1对优化方案进行数值模拟,边界条件设定为速度进口、压力出口和无滑移壁面。采用标准k-ε模型,预测了3种方案下的外特性,分析了不同设计方案下叶轮内的压力、流线、湍动能、速度分布。通过数值模拟,得出叶轮1的水力性能和内部流动状态均较好。利用快速成型法加工叶轮1并进行试验。试验结果表明,叶轮1扬程最高高出设计参数的15%,试验效率高于国家标准2%～6%,而且有很好的无过载性能。模拟结果和实验结果表明,采用无过载设计并添置分流叶片优化方法是可行的,这种设计方法可以为低比转速无过载离心泵优化设计提供参考。     

低比转速双吸泵叶轮的几何参数对外特性的影响

对某比转速为56的双吸离心泵叶轮进行改进,并利用CFD软件分析不同的改进方案对水泵外特性的影响。具体是通过改变叶轮进口直径Dj、出口直径D2、出口宽度b2、叶片出口角β2以及叶片数Z等参数设计了6个方案,采用SSTk-ω湍流模型对各方案进行不同工况下的定常数值模拟。模拟得到各方案的外特性曲线,并对扬程、效率进行比较分析,同时分析泵内部流场的压力和速度分布规律。     

离心泵内磁流变液流动特性的研究

采用Mixture多相流模型和标准的κ-ε模型,使用SMPLEC算法,应用Fluent软件,对磁流变抛光循环系统用离心泵内部水基磁流变液三维流场进行数值模拟,分析不同叶片数对泵内磁流变液流场压力、速度、颗粒体积浓度分布的影响。计算结果表明：随着叶片数目的增加,叶轮出口压力呈现出先增加后减小的趋势;叶片数目对叶轮出口处磁流变液速度大小影响不明显,对叶轮流道内的速度分布及颗粒体积浓度分布影响显著。     

机载蒸汽压缩系统中离心叶轮的性能模拟及其研究

针对机载蒸汽压缩系统离心叶轮的性能进行了研究,并通过改变其主要参数得到不同的叶轮,对它们进行了数值模拟。结果表明:适当提高转速可以提高叶轮的压比,获得较高的等熵效率;利用大尺寸低转速离心压缩机理论的叶片数经验公式计算的叶片数不适合此类离心叶轮,实际叶片数目要比经验公式计算出来的小一些;叶片出口角度设计在60°以上时,叶轮具有较高的等熵效率;中间加载规律相比其它加载规律所生成的叶轮具有较大的压比和效率,喘振裕度大,喘振流量小,流场速度分布均匀,有很高的流通和做功能力,是理想的加载规律。研究的方法和结果对高转速机载蒸汽压缩机有一定的参考价值。     

离心泵偏置短叶片叶轮内部流动的粒子图像速度测量

对三副短叶片不同偏置的低比转数复合叶轮离心泵,应用粒子图像速度仪分别测试大流量、设计流量和小流量三种工况下长短叶片叶轮同一叶槽内的瞬时流场.分析叶槽内相对速度矢量、速度等值线的特征,揭示短叶片不同偏置时的速度分布规律.研究三副长短叶片复合叶轮出口处径向速度、切向速度、相对速度和相对液流角沿圆周的分布,测得与三副叶轮相对应的泵外特性曲线.测量结果表明,分流短叶片不同偏置对叶槽内流场的影响差异明显,当短叶片进口相对出口向压力面偏转时,叶轮出口相对速度分布很不均匀,短叶片工作面出口存在较大的低速区;与之相反,当短叶片进口相对出口向吸力面偏转时,叶轮出口速度分布较均匀,并且泵的扬程与流量曲线明显右移,大流量时,效率显著提高.