第二代涡识别方法在混流泵内部流场中的适用性分析

流体机械内部涡的产生会严重影响流体机械的内流场及外性能,速度、压力等传统方式并不能全面揭示流场真实的流动情况,而涡识别方法可以表征混流泵内部涡结构,识别涡的大小、位置和演变规律。采用大涡模拟对混流泵内部流场进行高精度数值模拟,由此获得不同涡识别方法(涡量、螺旋度方法、λ2准则和Q准则)在混流泵内流场中识别出的涡结构。结果表明:与涡量准则法相比,采用第二代涡识别方法更能获得详细的混流泵内部的涡结构。其中,Q准则能剔除绝大部分的剪切层影响,较其他涡识别方法更好地捕捉混流泵内部的涡结构,显示的涡大小更加精确。通过Q准则的识别,提取了混流泵叶轮流道内规则的通道涡,此类型涡结构均匀分布在各个流道,叶片叶顶泄漏涡结构清晰,摆脱了壁面剪切层的干扰;导叶叶片靠近轮毂处同样获取了规则的通道涡,通道涡均匀的分布在各个流道内,叶片尾缘脱落涡摆脱了壁面剪切层的干扰,可以看到清晰的涡结构。Q准则在第二代涡识别方法中脱颖而出,更适用于混流泵内流场的涡识别,在涡结构以及涡大小的显示方面都具有优势,可用于旋转机械内流场的分析。     

上游泵送机械密封多目标多工况优化研究

为了获得具有较强适应工况变化能力的上游泵送机械密封,以微间隙内流场的CFD计算为基础,建立涉及多工况的多目标优化数学模型,综合分析相关研究成果和密封特性确定了优化变量及其取值范围、工况参数取值范围和优化目标。应用模糊集理论确定不同工况下的液膜刚度和泄漏量的权重因子,并研究人工神经网络模型对优化结果的影响。基于穷尽搜索法和遗传算法对密封进行优化设计,对比分析2种优化方法得到的优化结果,并对优化前后的密封润滑膜流场特性进行BVF诊断分析。优化研究表明:人工神经网络模型很好地拟合了液膜刚度、泄漏量随槽型参数变化的函数关系;2种优化方法都能提高密封性能,但遗传算法优化比穷尽搜索法优化能获得更好的优化结果。     

氧化铜-碳纳米管/水混合纳米流体的光热性能

采用微波加热法制备了氧化铜(Cu O)/水纳米流体,并在质量分数0~0.25%的Cu O/水纳米流体中添加不同质量分数的多壁碳纳米管(MWCNT)得到Cu O-MWCNT/水混合纳米流体。借助分光光度计测试比较了不同浓度的Cu O/水纳米流体和混合纳米流体的透射率随波长变化的情况,并通过闷晒实验对比研究了上述纳米流体的光热转换性能。结果发现,Cu O/水纳米流体的透射率随着Cu O质量分数的提高而下降,添加MWCNT可显著降低Cu O/水纳米流体的透射率,混合纳米流体具有更好的光谱吸收特性。Cu O/水纳米流体的光热转换性能随着Cu O质量分数的提高而增强,与水相比光照45min后0.25%的Cu O/水纳米流体温升提高了9.2℃。混合纳米流体的光热转化效果优于单一成分的Cu O/水或MWCNT/水纳米流体,且与浓度大小密切相关:两种纳米材料浓度较低时,相互混合利于光热转化性能的提高;而当浓度较高时,添加某种纳米材料虽可以提高其光热转换性能,但添加浓度存在最佳值。本实验中,当Cu O质量分数为0.05%和0.1%时,添加MWCNT的质量分数不宜超过0.005%;而当Cu O质量分数继续增大为0.25%时,添加MWCNT质量分数不宜超过0.0015%,且存在最佳浓度。     

狭槽式空气喷流冲击于旋转圆柱体侧面的换热特性

利用实验方法探讨旋转圆柱体受狭槽式空气喷流的换热特性,圆柱体的高度与直径为定值,变动参数为(1)喷流Reynolds数(Rej)、(2)旋转Reynolds数(Rer)、(3)圆柱体直径(D)与喷嘴宽度(w)的比例(D/w)、(4)相对喷流冲击距离(L/w,L为喷嘴距圆柱体的最近距离)等。实验结果显示平均Nusselt数(Nu)随Rej与Rer增大而提升,而D/w增加会使Nu减小,且D/w对Nu的影响将随L/w增大而衰退,且存在一临界L/w值能产生最高的Nu,且临界L/w值将随D/w增大而增大,最后,提出合理而准确的经验公式。     

低电导率工质中气泡的极化运动实验研究

为探讨电场作用下气泡在低电导率工质中的极化运动特性,采用高速数码摄像技术对气泡在正庚烷溶液中的生长和分散过程进行了可视化研究,并结合无量纲数分析了不同气体流量和施加电压下的气泡演变特征以及极化力主导的气泡运动规律。结果表明,增大电场强度可导致气泡生长周期缩短,气泡尺寸显著减小,产生频率加快。在低电场强度下,气泡运动主要表现为流体动力学特性;而在强电场作用下,气泡首先受极化力主导而表现为电流体动力学特性,其直线轨迹高度随Bo_E增大而增大。但随着电场强度在竖直方向上的衰减以及液相阻力影响,气泡运动速度不断减小;当气泡脱离极化力主导区域后,其运动再次表现为流体动力学特性,受尾迹诱导和气泡间相互作用影响,气泡在竖直方向上沿毛细管轴向四周扩散。     

内置周期挡板的T-型微混合器

设计了一种流道内布置周期挡板结构的高效T-型微混合器来提高微流控系统的混合效率。该微混合器结构简单,周期布置的挡板可以有效地缩短流体混合所需的流道长度和时间,混合效率高。安排了正交实验组,利用计算流体力学软件ANSYS CFX研究了流道结构参数对混合效果的影响。采用静态田口分析法对数值模拟结果进行分析。结果表明:流道结构参数对混合效果的相对影响程度排列如下:挡板攻角(θ)流道高度(H)挡板宽度(L)相邻混合单元之间距离(D)。根据结构参数对混合效果的影响程度,得出研究参数范围内的最优组合为:θ=75°,H=0.4 Wm,L=0.7 Wm,D=0.6 Wm(这里Wm为流道宽度,等于200μm)。实验显示,结构参数符合最优参数组合的微混合器的混合效果提升显著,雷诺数Re=54时即可实现完全混合(混合指标M95%)。文中研究了流道结构对进出口压降的影响,结果显示,攻角θ对进出口压降的影响趋势在不同雷诺数下相同,参数H,D亦如此。     

障板上矩形薄板在浅水环境中的振动及声辐射解析分析

通过推导得到浅水环境中矩形板声辐射阻抗矩阵的解析表达,进一步结合振动假设模态方法及辐射表面单元辐射器思想求解浅水环境中矩形板的振动响应,分析水深对矩形板模态附加质量的影响,给出矩形板模态附加质量随水深的变化情况,得到波导模态的激发对附加质量的影响,并通过对辐射抗矩阵的特征分析得到附加质量在板上分布的主要模式;进一步结合声辐射模态辐射效率,分析水深变化对矩形板振动响应峰值及远场声辐射的影响,分析结果表明:水深度变化对振动响应峰值及声辐射功率的影响与第1阶声辐射模态的辐射效率随深度的变化具有一致性。     

3DG锅炉给水泵径向导叶的无驼峰设计与分析

为设计某型号3DG锅炉给水泵的径向导叶,并研究径向导叶的进口冲角对扬程、效率等性能参数的影响,基于CFD技术对进口冲角分别取0°、2°、4°、5°、6°等不同角度时的流动机理和性能曲线进行了分析和研究,并对最优方案进行试验验证。结果表明:在径向导叶的进口冲角为5°时,流量-扬程性能曲线没有驼峰,由此可知通过改变径向导叶的进口冲角可以得出无驼峰的流量-扬程曲线。研究结果对锅炉给水泵及其他使用径向导叶的多级泵的设计和优化具有一定的参考和指导意义。     

汽油/柴油掺混燃油两段喷射喷雾特性试验研究

基于定容燃烧弹与超高速数码相机搭建的LED-Mie散射喷雾试验台,研究了不同参数对柴油、汽油质量占比20%的柴汽混合油(记为G20)单段与两段喷射主喷液相喷雾特性的影响。结果表明,单段喷射喷雾贯穿距与喷雾锥角随喷射压力的增大而增大,G20喷雾贯穿距略小于柴油喷雾贯穿距,G20喷雾锥角略大于柴油喷雾锥角。将环境温度由300K升高到850K,喷雾贯穿距变小且喷雾很快达到稳定。冷态环境下(300K),两段喷射主喷喷雾贯穿距起始阶段与单段喷射喷雾贯穿距基本一致,但随着喷雾发展200μs左右后,两段喷射主喷喷雾贯穿距变得略小于单段喷射喷雾贯穿距。两段喷射主喷喷雾锥角略大于单段喷射喷雾锥角,预主喷间隔时间对喷雾锥角影响较小。