基于CFD方法的可调式单向阀设计与流量分析

介绍了可调式单向阀的研究成果。为了提升现有阀门流动特性和减少压力损失，在阀体内部即插装阀和连接板之间适当地塑造、布置了孔和流道。通过与通道主轴成一定角度进行额外钻孔的方法改进了流道的几何形状，并用CFD模拟计算了标准阀体和改进后新方案的流速和压力损失，确定了钻孔角度和流量系数。结果表明，改进后的II型比I型压力损失降低了30%～40%,A-B方向的最大流体流速降低约30%，可见文中提出的改进方案可有效减少压力损失。     

大流量交替双向锁流道优化设计及仿真计算

随着煤炭行业的高速发展,千万吨级矿井不断投产。在自动化综采工作面高产高效的要求下,装备的大型化要求不断提高。针对连接一、二级护帮千斤顶的交替双向锁在实际工作环境中面临公称流量小、压力损失严重、关闭压力低的问题,对其结构进行改进、流道进行优化。通过Pro/E对改进前后的交替双向锁进行实体建模,利用ANSYS进行模型流道抽取、网格划分及边界条件加载,运用ANSYS Fluent进行求解计算,获得介质在工作中的速度矢量图、静压云图等。将仿真结果与实验数据进行对比更新求解模型,利用迭代后的精确模型对新型结构设计进行指导。研究结果表明,通过改变阀芯结构设计和阀体流道布置,新结构交替双向锁流道90°弯折减少两处,阀体体积缩小1/3,压力损失减少65%,流量升级为125 L/min,有效降低了生产成本,提高了其在工程应用中的使用性能。     

对夹式止回阀开启过程动态特性分析与改进

为研究对夹式止回阀流道的线型对流场规律的影响,对开启过程中的较高流速流体进行动态模拟。采用计算流体力学方法,建立了对夹式止回阀阀瓣运动方程、阀体优化方程及二维几何模型、阀内流场模拟控制方程,借助Fluent软件使用动网格技术及UDF程序,对改进前后模型的开启过程分别进行非定常流动的动态模拟分析,并对阀体结构进行改进设计,获得不同模型阀内流场的压力和速度分布规律。结果表明:改进流线后模型阀瓣开启过程阀内压力阶梯性降低幅值和负压区减小,阀瓣外边缘处流速突变减弱,阀内流道漩涡减少,阀门流阻系数降低,阀内流体流动更加稳定。研究结果可为止回阀结构的参数化优化设计提供参考。     

液压集成块流道数值模拟分析

应用fluent对液压集成块流道进行分析,得到其直角转弯对压力损失的影响,得出速度和压力分布图,分析不同流速的压力损失,孔径大小对压力损失的影响,以及正反向流的压力损失情况。结果表明:压力损失的主要影响是直角转弯的下流都会形成一处漩涡和流道孔径缩小处对流体的阻力;在同等流量不同孔径的流道中,孔径大小对压力损失比较敏感,在设计允许的情况下,应适当增大孔径;同时改进后的流道,压力损失和气穴得到明显的改善。     

船用海水调节阀声学性能的仿真预测与试验研究

为预测某型船用三通调节阀声学性能特性,应用Solidworks软件对阀体主、侧流道结构优化设计。首先将几何模型导入Fluent软件中进行压力场和速度场仿真分析,获取改进后阀体的三维模型;进一步利用ANSYS软件和声学分析软件LMS预测了调节阀在不同开度下主、侧通道的噪声和振动特性曲线。分析结果表明:阀体噪声和振动随着主通道开度的增加而变大;与试验值相比,两者吻合度较高,偏差最大值不超过7%。     

考虑3D打印工艺约束的液压流道拓扑优化设计

为了解决传统液压阀块体积笨重、制造工艺繁琐且效率损失大的问题,使用3D打印和流体拓扑优化相结合的方法对液压流道进行优化设计。以入口和出口处压差最小为目标,通过流体拓扑优化对常见的液压阀体T形通道进行优化,得到更加符合流体特性的流道,并设计了可以无支撑进行3D打印的圆角正方形截面形状,进行了3D打印试验,优化后的流道3D打印成形效果较好。利用Fluent进行流体仿真,结果显示,当入口流速在2~5 m/s时,优化后的流道有效避免了气穴的形成,最大压力减小了40%以上,入口和出口处压差减小了28%以上,湍流改善了85%以上,流体性能得到显著提升。     

球形止回阀的CFD分析

本文采用LG造型软件埘球形止回阀流通进行造型,再用Fluent软件对阀体内部流动进行数值模拟。经过对其压力和速度分布情况进行全面分析后,对其内部流道进行优化设计。结果表明,球形止回阀大大减少了阀体的水力损失,降低了在关阀过程中所产生的水击波,提高了止回阀的可靠性。     

铸造缺陷对液压阀体强度影响的数值模拟研究

采用ProCAST软件对液压阀体铸造的流动和凝固过程进行数值模拟,预测铸造过程中出现缩孔的位置;在此基础上建立含有缩孔缺陷的阀体几何模型,利用Workbench计算带有缩孔的阀体在不同压力下的强度并改进阀体结构。结果表明:缩孔出现在阀体沉割槽靠出油口侧的两棱边附近,即最后凝固的部位,最大孔隙率为91.8%;与理想阀体相比,缩孔使得阀体局部有效壁厚大为减小,削弱阀体强度,导致阀体最大应力增大且随压力变化的梯度增大;与改进前的阀体相比,改进后的阀体缩孔缺陷减少且孔隙率降低了2.9倍;改进后带有缩孔的阀体承载能力较改进前带有缩孔的阀体承载能力强。     

基于CFD柴油机进气系统防爆栅栏结构优化设计

进气系统防爆栅栏作为防爆柴油机重要的组成设备,可有效防止发动机进气系统带来的爆炸危险发生。根据防爆要求,对柴油机进气防爆栅栏进行设计。基于CFD仿真分析柴油机进气系统的压力云图和温度云图;对圆柱形进气栅栏进行结构分析和流场分析;根据压力和温度云图,将进出口圆管分别加大一倍,再改为渐扩管阻火器的结构和性能研究,分别对120°、127°、134°、141°渐扩角进行分析;获得压力损失、出口流量与渐扩角之间关系;基于防爆柴油机试验台,对不同的优化方案下柴油机功率进行对比分析,以获取最优设计。结果可知:进气阻火器占整个进气系统压力损失的94.2%;当渐扩角134°时,压力损失随着渐扩角的增加而降低,流量随之增加;当渐扩角≥134°时,压力损失随着渐扩角的增加而上升,流量随之减小;在试验所测的转速范围内,渐扩角进气防爆栅栏的柴油机功率随损失最小,比原方案高15%,这说明改进方案是有效的,所以改进进气防爆栅栏的结构来减少进气阻力对于改善柴油机的经济性动力性是十分必要的。     

阀口开度对二通插装阀压力流量特性的影响

对二通插装阀进出口压力流量特性曲线的理论计算值和实际值进行了研究,结果表明两者之间的误差随开口度的增大而变大;在三维绘图软件所建立阀体内部流道实体模型的基础上,利用Fluent对二通插装阀内部流道进行流场分析,结果显示节流口处压力损失对阀进出口压力流量特性具有重要影响。结合阀口两端压力—流量理论计算公式推导原理和fluent仿真结果,对阀内部结构进行改进,有效降低了进出口两端实际压力流量特性曲线和理论公式计算压力流量特性曲线之间的误差。     

吸力面翼刀在高速压气机叶栅内的应用初探

采用雷诺时均方法的定常数值计算,分析了三种侧面形状(圆弧、三角形和长方形)吸力面翼刀对高速扩压平面叶栅性能及流动分离的影响。翼刀位于吸力面上25%叶高、33.3%～100%叶片弦长处,将翼刀的尖角以及根部进行倒圆处理以减少附加损失,在-3°,0°和3°三个攻角下研究流动控制效果。结果表明:三种方案均能在-3°和0°攻角下有效提升叶片后部负荷,降低角区分离的尺寸,缩小35%～50%叶高区域的叶型损失。吸力面翼刀上表面诱导翼刀涡削弱附面层,下表面能阻断二次流的展向迁移,但在20%～30%叶高范围内产生附加损失。本文最佳翼刀方案为长方形,在-3°和0°攻角下能使能量损失系数降低0.7%,气流角分别提升0.3%和0.4%。     

基于Fluent的电磁阀阀体设计与仿真

电磁阀阀体是用于控制流路通断和气体流量的关键部件,通过计算得到流量控制口参考截面积值,建立阀体结构模型。抽取流道结构,使用fluent软件对芯轴不同开启行程的流道进行流体动力学仿真,得出一定条件下不同开启行程时气体秒流量值。通过对仿真结果进行分析,确立能够满足压力损失要求和流量要求的芯轴最小开启行程值,对阀体进行优化设计并计算出结构优化后的阀体流量系数。为电磁阀阀体的设计提供了重要的参考和依据。     

基于增材制造的Y形流道压力损失建模研究

增材制造技术因其能够成形复杂结构而适用于高集成轻量化的液压系统,但增材制造成形流道的壁面粗糙度与传统钻削及铸造加工的流道不同,尤其是复杂管路系统中的流道分支结构,经典压力损失计算模型无法直接使用,迫切需要研究增材制造成形流道的压力损失数学模型。因此,以典型的流道分支结构——Y形流道为研究对象,应用伯努利方程、动量定理及达西公式建立其压力损失数学模型,并得到增材制造的成形角度对流道壁面粗糙度的影响。利用仿真分析分流比、分支角度及流道直径对压力损失的影响规律,初步验证Y形流道压力损失数学模型的准确性。搭建Y形流道压力损失测试试验台,利用增材制造加工Y形流道测试件,测定不同分流比、分支角度及流道直径下的流道压力损失。结果表明,不同参数下Y形流道压力损失数学模型计算结果与仿真分析结果平均误差均在9%之内,而不同参数下Y形流道压力损失数学模型计算结果与试验测试结果平均误差均在8%之内。研究成果可为增材制造成形低损耗管路的设计奠定基础。     

叶片角度对采用肘形流道的轴流泵装置特性的影响

基于RNG k-ε湍流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFD技术对采用肘形流道的某泵站轴流泵装置分别在叶片角度为-2°,0°和+2°时进行三维流动数值模拟,以探究不同叶片角度下肘形流道的流动特性,以及肘形流道与叶片角度对轴流泵装置性能的影响,并对肘形流道内进行了非定常计算。通过计算得到叶片角度对肘形流道内水流流动状态会产生影响,叶片角度的不同导致肘形流道内的流态也会不同,不同叶片角度下叶轮进口的流速均匀度也会产生差异。在不同叶片角度下,轴流泵装置的肘形进水流道内压力脉动同样会产生很大的差异,压力脉动的差异会对机组的振动产生影响,通过对比叶片角度对采用肘形流道的轴流泵装置特性的影响,可以为工程中轴流泵装置叶片角度的调节提供一定的参考。     

利用压力损失补偿方法提高气力提升装置性能研究

基于多相流流型及垂直管道提升沿程压力损失机理,依据压力损失补偿方法,提出了管径"压力损失补偿系数"。结合模拟气力提升实验理论,建立了气力提升装置物理模型,设计了气力提升新型管道结构。计算了不同进气量和浸入率下压力损失补偿系数对气力提升排水量的影响,分析了不同压力损失补偿系数下的气力提升装置排水量及提升效率。研究结果表明:管径影响气力提升沿程压力损失,在一定范围内管径越大,管道沿程压力损失越小。合理的压力损失补偿系数能改变管道结构形状,减小管道摩擦阻力,进而降低气力提升过程中的管道压力损失并改变多相流流型相变点位置,提高气力提升装置效率。以排水量表征气力提升装置性能,不同进气量和浸入率下,压力损失补偿系数为正时,多相流流型受提升管道内压力损失影响降低,沿程气力提升装置排水量提高;压力损失补偿系数在0~4°逐渐增大,气力提升装置排水量先上升后趋于平稳;进气量为4.2 kg/h和2.5 kg/h时,排水量在压力损失补偿系数为2.5°~3°和0.7°~1°时达到较高值,其气力提升装置效率提高最大值分别为14.6%与9.5%。     

中低压湿式电磁换向阀的改进设计

电磁换向阀是利用电磁铁的推力推动阀芯相对阀体产生位移从而改变液流方向的。考核换向阀的主要指标是压力损失、内泄漏量和换向频率。国外先进国家生产的换向阀,为了减少压力损失提高通流量,阀体采用浇铸通道,并选     

基于数值模拟的内置翼片静态混合器研究与优化

对长翼型内置翼片静态混合器进行了研究与优化。以流动方向为基准进行横向偏转,大小分别为0°(原模型)、15°、30°、45°。在雷诺数5000的情况下,应用CFD软件FLUENT模拟了液液两相混合过程,其中混合模型和湍流模型分别采用组分输运方程和标准k-ε模型。用不均匀系数COV值表征混合效果,结果显示随着角度变大,COV值先降低后增高,压力损失不断降低。综合考虑模拟混合效果和压力损失,偏转30°的结构具有最佳性能。     

防冲刷V型球阀设计仿真与试验研究

针对V型球阀因单点冲刷导致阀体内腔和阀座磨损等问题，研究设计了防冲刷V型球阀，设置具有挡流功能的挡流板阀座。在小开度下对挡流板的防颗粒、改变流向和减小涡流作用进行了分析，并进行了阀体耐压试验、阀座密封试验和小开度涡流试验。结果表明，阀体无可见变形和渗漏，内侧泄漏量为12.5 mL/min，小于国家标准15 mL/min泄漏量，当相对开度为40%,30%和20%时，入口和出口质量流量分别为0.32,0.24,0.19 kg/s和0.05,0.03,0.016 kg/s，挡流板对砂粒等颗粒物质起到了阻挡过滤作用，改变了液流方向，减少了涡流，降低了颗粒物质对内腔的磨损。研究结果对于V型球阀在小开度工作，阻挡颗粒介质的冲刷，提高使用寿命具有重要意义。     

动力电池冷却系统流量分配特性研究

利用CATIA软件建立动力电池冷却系统的内部流体域几何模型,通过STAR CCM+软件对乙二醇冷却液的流动情况进行模拟,得出流场的流量分配情况及其压力损失值。理论分析冷却液的流动机理,并结合数值模拟结果对冷却系统流体域的几何结构模型进行优化改进。由于流场的流体分配主要受阻力作用和分流、汇流作用的影响,通过重置管路布置的方式来调节分流、汇流作用,改变进出口五通接头及排出(吸入)Y型三通接头等连接件的结构参数来调整各流道流动阻力,使系统内进行换热的各冷却液流道流量分配达到均匀。系统优化后的流量分配情况良好,各流道内流体的速度趋于一致,故各流道汇流时所产生的湍流混合冲击损失减少,降低了流体阻力损失。     

小型窗机滚动转子压缩机气液分离器的结构优化

为了提高滚动转子压缩机的效率,对已有型号的产品气液分离器进行结构优化。用数值模拟的方法研究了原始气液分离器的内部流场和压力场,并分析了造成压力损失的主要结构,提出了改进方案。结果表明:气液分离器中造成压力损失的主要原因是挡板和吸气管口,分别占总压力损失的41.58%和29.52%,改进后最优方案可以有效降低了压力损失31.35%,提高压缩机的COP 0.656%。