海洋温差能发电冷水管涡激振动性能

以海洋温差能发电（Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC）平台的冷水管为研究对象,根据结构方程和尾流振子方程建立冷水管流固耦合模型,采用有限元方法和 法对冷水管涡激振动（Vortex-Induced Vibration,VIV）进行时域分析,并在MATLAB软件中开发相应的求解程序。针对冷水管所面临的复杂工况,分别研究外部流场、内部流场、长径比和压载质量等因素对VIV产生的影响。结果表明：随着外流流速和长径比的增大,冷水管横流向VIV模态和振动幅值也发生相应改变,振动强度呈现波动上升;在不发生动态失稳的情况下,内流流速的增加可有效减小冷水管横流向振动幅值,压载质量可大幅减小冷水管自由端的振动位移。     

基于流固耦合的尼龙网流场特性及变形分析

考虑到柔性网衣在水流作用下易发生变形,会造成网箱有效体积减小并伴随网衣撕裂风险,因此研究网衣周围流场变化及网衣变形特性具有重要意义。基于剪应力SST k-ω湍流模型,结合ANSYS Workbench的单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法,将网衣所受压力作为输入载荷施加在平面网表面,研究在不同流速、网衣密实度和攻角情况下平面尼龙无结网衣的流场特性,对大变形非线性网衣结构的有限元模型进行分析。结果表明基于FSI的单向耦合数值模拟用于平面网衣变形及流场特性分析具有可行性,网衣造成的流速降低现象在不同攻角条件下的差异较明显。得到网衣水动力系数在不同流速、网衣密实度和攻角下的变化情况,以及平面网的等效应力分布特点和变形随攻角变化的特性,发现从网衣中心网线至边缘位置网线处的应力由大逐渐变小,最终在网线固定端附近发现应力最大位置。     

高速航空燃油泵水力设计及两相流场数值模拟

为了满足下一代飞机发动机燃料供给的需求,根据供油系统的性能指标,确定燃油泵结构型式,基于速度系数法计算燃油泵的主要结构参数,完成高速燃油泵水力设计,建立其三维模型并进行网格划分.借助ANSYS-CFX仿真软件,基于RNG k-ε湍流模型及Zwart空化模型,实现燃油泵非空化及空化状态下的内流场数值模拟,分析其外特性变化趋势及压力、速度分布规律并预测其空化性能.结果表明:高速燃油泵扬程、效率、功率随流量的变化符合离心泵性能变化规律,且在设计点附近达到最高效率82.76％;有效汽蚀余量较大时,燃油泵扬程基本不发生变化,当有效汽蚀余量减小到一定值,扬程开始缓慢下降而后急剧减小,扬程下降3％对应的临界汽蚀余量为12.7m.     

PEMFC阴极的强化传质机制

建立强化传质流道三维模型及直流道单流道三维模型,研究堵块高度和阴极过量系数共同作用下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的传质性能,提出可预测电池性能影响因素的无量纲数K.K<30时,影响电池性能的因素主要是缺乏反应气体;K>40时,影响电池性能的因素是:流道结构对反应气体的容纳量有限,过大的压降所造成的泵送功率的提升幅度大于电池功率.增设堵块的结构能够使PEMFC在大过量系数下发挥更好的传质强化效果,以94％高度堵块为例,相较于直流道,氧气摩尔浓度在高、低电流密度下的提升幅度分别为38％和20％.     

电喷发动机配油转阀的设计及其流场分析北大核心

针对电子喷油器控制难度和精度高的特点,为进一步提高喷油精度,提出一种新型高压共轨喷油器配油转阀,并对阀口流场特性进行数值模拟。介绍转阀结构和工作原理,基于JE4D25A型柴油发动机工作参数,通过理论计算得到阀口关键尺寸,建立阀道流体域物理模型,在Fluent软件下对阀芯转角分别为11.5°、23°和34.5°位置流域模型进行仿真分析,得到流体在阀口处的流动特性。经分析,在怠速和额定转速下,单次配油量分别为0.059 mL和0.078 mL,额定转速下的输出流量比理论计算多6.8%,为后续阀口尺寸优化提供了参考。     

吹入气体对连铸结晶器流体流动的影响

用数学物理模型的方法研究从水口上部吹氩管吹入不同量气体的结晶器流场的变化。对１∶１水模型的流场进行了照相，照片显示的流场与计算所得流场基本吻合。     

铝液充型过程水模拟计算机可视化技术

采用可视观察方法研究了铝液充型过程的二维流动状态,并与水模拟实验进行了对比分析,通过调整水粘度来保证水模拟过程与铝液充型过程的相似性.以PIV技术为基础,运用数字视频处理中的运动补偿技术,选用NCCF准则和三步搜索法对低压铸造浇注系统水模拟充型过程的内部二维流场进行了计算和分析;运用边缘检测及提取技术,选用Roberts边缘检测算子对低压铸造浇注系统水模拟充型过程的二维表面流场进行了计算和分析,实现了水模拟过程的量化分析.     

在线布流调节影响铸嘴型腔熔体流场和温度场的研究

建立了在线布流调节时铸嘴型腔熔体非定常流动和传热数学模型，应用数值方法仿真分析了入口速度斜坡变化时铸嘴型腔流场、温度场、压力场的动态演化过程。结果表明，对型腔进行在线布流调节来改善铸嘴型腔流场、温度场是可行的。     

脉冲电化学光整加工的流场及间隙特性

通过系统的试验研究，分析了工作液流场分布、流量、加工间隙等工艺参数对加工质量的影响。研究结果表明：合理控制加工间隙和工作液流场分布，对保证加工表面的质量极为重要；在优选的工艺参数下，可快速获得优质表面。     

反向凝固母带拉速对结晶器流场影响的数值模拟

在连续统一模型的基础上建立了描述反向凝固结晶器中的流动与传热的数学模型。利用有限差分方法，计算出了反向凝固结晶器中母带厚度的变化规律，随着母带在钢液中停留时间的增加，母带厚度初期迅速增长，中期平衡相持，后期快速回熔；并进一步研究了反向凝固母带拉速对结晶器中流场的影响情况，拉速较小时，紧贴母带的钢液随母带-同运动，对整个流场的影响不大，当拉速较大或拉速变化较大时，部分甚至整个流场都发生了变化。计算结果表明采用数值模拟求解结果与试验数据是吻合的，证明假设合理，模型正确。