机械密封腔流场内粒子对密封腔壁面及波纹管冲蚀分析

为研究机械密封腔内混有固体颗粒的流体,在复杂工况下对密封腔壁面及波纹管表面冲蚀的影响,以CFD理论及方法,采用k-ε湍流模型和离散项DPM模型,对固液混合流场进行模拟分析,获得密封腔内流体中介质作用下密封腔壁面及波纹管外表面的压力场分布,分析不同工作状态下固体颗粒作用下密封腔内壁和波纹管外表面的冲蚀区域分布、固体颗粒在流场中的运动轨迹,以及机械密封工作过程中流场内固体颗粒的逃逸量、运动状态的变化。结果表明:粒子主要受颗粒阻力、浮重力、压力梯度力及波纹管和密封腔表面反作用力的影响;在旋转流场中,粒子作与旋转方向一致的螺旋方式前进;无转速时,冲蚀多发生在靠近入口处的波纹管外表面,旋转流场中,冲蚀多发生在密封腔靠后位置的壁面;随着转速增加,粒子逃逸率下降。研究结论为机械密封腔的设计布局及机械密封装置的优化提供理论依据。     

水下循迹航行器水动力学性能数值研究

为了研究低速水下循迹监测航行器的水动力学性能数值计算问题,采用FLUENT软件和SST剪切应力输运模型,通过雷诺时均N-S方程分析流速一定的情况下,取不同攻角、不同水平舵角作为来流条件,研究未安装推进器以及安装推进器且其安装位置不同时,航行器的升力系数、俯仰力矩系数、表面压力分布和流场速度的变化规律。结果表明:在未安装推进器以及推进器的安装位置不同时,随着攻角的变化,升力系数呈线性变化,俯仰力矩系数呈非线性变化;随着水平舵角的变化,升力系数和俯仰力矩系数呈线性变化。当推进器安装在航行器头部时,对航行器流场压力和流场速度变化影响最大;当安装在航行器尾部时,对二者影响最小。对于低速航行器,应尽量将推进器安装在中间靠后位置,以提高航行器的水动力性能。升力系数的试验结果与数值仿真结果之间最大相差7. 51%,阻力系数的试验结果与数值仿真结果最大相差5. 84%,均吻合较好。研究结果可以为低速水下循迹航行器的优化设计和发展提供理论参考。     

爪式真空泵的曲爪与直爪转子型线与性能研究

爪式转子对爪式真空泵的使用性能产生极大影响。基于曲线啮合理论,建立了2种常用于爪式转子中的曲线的啮合模型,分析了全光滑曲爪转子和全光滑直爪转子的构建,完善了其构建方法与型线的参数方程,验证了2种全光滑爪式转子的啮合正确性;通过理论研究、力学分析和数值模拟,比较了不同的全光滑爪式转子真空泵的工作性能、转子力学性能和内部流场。研究结果表明:全光滑曲爪转子真空泵的工作性能参数比全光滑直爪转子真空泵更好,全光滑直爪转子的力学性能比全光滑曲爪转子更加优越。研究结果为爪式真空泵的转子选用提供了理论依据。     

发夹式换热器管束流致振动数值模拟研究

运用计算流体力学方法,采用ANSYS CFX软件对发夹式换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟。流场计算中采用多孔介质模型对管束区域进行简化,分析了壳侧流场的速度分布,结果表明:直管段部分的流体湍流强度大于弯管段,且外层管束所在区域为高流速区,受流体冲刷严重。结合流场信息,通过功率谱生成随机激振力,采用ABAQUS软件模拟计算了湍流激振下管束的振动响应,结果显示管束的面外均方根位移远大于面内位移,且弯管部分的振动位移最大。该研究结果可为发夹式换热器的性能分析和优化设计提供参考和依据。     

低比转速压气机轮毂轮缘型线多目标优化设计

对电动增压器用低比转速离心压气机轮毂轮缘进行优化设计。采用NUMECA/FINE Design 3D对压气机进行几何参数化,生成数据库样本,利用人工神经网络和遗传算法对轮毂轮缘型线进行优化,并进行流场分析。仿真结果表明,在设计转速为40000 r/min时,优化后设计点压比和效率分别提高6.59%和3.73%。     

吕泗渔场人工鱼礁群流场效应及稳定性研究

随着海洋渔业资源的衰退和海洋生态环境的破坏,人工鱼礁技术得到迅速发展,成为海洋牧场建设的重要组成部分。采用CJK3D-WEM建立了吕泗渔场组合型人工鱼礁群二维潮流数学模型,模拟了礁群实施后周边海域水动力的变化,并通过分析海床泥沙活动性探讨了礁群的稳定性。研究结果表明:礁体的阻挡作用会在礁体后方形成了一个梭状的缓流区域,离礁体越近流速越小;多礁体之间形成了流速渐次变化的生物和鱼类栖息带,流场效应较好;礁群的实施对海床泥沙活动影响相对较小,短期内人工鱼礁下沉或掩埋的风险较小。     

托盘式湿法烟气脱硫塔阻力特性研究

采用冷态物理模型结合商用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件,对山东某火电厂300 MW机组配套托盘塔的流场和阻力特性进行了研究,取得了孔板阻力损失与液气比之间的二次函数关系。研究结果表明,塔内两相流场分布合理,入口处液滴受烟气的拖拽作用形成明显的干湿界面,负荷和液气比是影响脱硫塔阻力的重要因素。当液气比一定时,托盘上方能够维持相对稳定的持液层及鼓泡过程;满负荷运行时,脱硫塔阻力损失约为1600 Pa,其中孔板占1/4,持液层占3/4。拟合获得了托盘区阻力损失同液气比之间的关系,为托盘塔的应用、运行及优化提供了理论指导。     

旋切式PDC钻头水力结构优化

旋切式PDC钻头比常规PDC钻头的结构更复杂,工作原理也比较特殊,常规的数值模拟方法不能全面描述旋切式PDC钻头水力结构及井底流场特性。鉴于此,采用标准k-ε模型和离散相模型(DPM)对旋切式PDC钻头井底流场进行仿真模拟,并对钻头的水力结构进行优化设计,对优化前后旋切式PDC钻头的井底流场进行对比分析。研究结果表明:刀盘形状的改变有利于工作流体的流动,可以降低刀盘附近岩屑颗粒的质量浓度;采用带有曲率的喷嘴可以增强旋切式PDC钻头刀盘区域的井底清洗效果;当采用曲率为1/50的喷嘴时,刀盘区域的井底清洗效果最好;当采用中心喷嘴直径12. 0 mm和边缘喷嘴直径8. 8 mm的组合方案时,旋切式PDC钻头的清洗和携岩能力达到最优。研究结果对未来页岩气开采方式的研究具有一定的指导意义。