基于CFD的淹没磨料射流的数值模拟与流动特性研究

针对淹没磨料射流的切割模拟实验，在分析其物理模型的基础上，建立了二维平面轴对称数学模型，利用商用软件PHOENICS，选用双流体模型和k-ε湍流模型，在无法直接测量流场参数的情况下，计算了实验室条件下模拟大水深水域环境淹没磨料射流的淹没流场，得到了淹没条件下液固两相射流流体的速度与压力分布规律，并与实验结果相比较，从理论上探寻了淹没磨料射流冲蚀效果与上述参数之间的关系及影响磨料射流在水下最佳冲蚀效果的因素，为进一步的实验提供理论依据和实际的预报作用。     

汽车风振噪声的空气射流结构优化

风振噪声的控制研究目前是汽车领域的研究热点与重点之一.通过数值模拟分析研究了空气射流方法对风振噪声的抑制效果.运用大涡模拟(LES),引入更加准确有效的声品质评价参数,分别对天窗和右后窗的空气射流结构进行优化分析,得到了最优结构参数结果.仿真结果表明,空气射流结构对风振噪声的抑制效果显著.     

射流式离心泵气液两相流数值分析

射流式离心泵是一种特殊的流体机械,采用射流器与离心泵组合的方式设计,以牺牲一部分效率来提高离心泵抗空化性能,增大吸程。基于CFD技术,针对射流式离心泵进行了定常气液两相流数值求解。设定进口处气体的容积含气率分别为5%,10%,15%和20%,气泡直径为0.1 mm,在单相计算收敛后数值模拟了气液两相全流场。结果表明:当含气率0.05时,泵性能不会发生较明显的变化;喷嘴到叶轮进口20～90 mm之间液相速度大于气相速度,气液两相速度差为1～2 m/s;在喷嘴到叶轮进口90～150 mm之间时气相速度大于液相速度,两相最大速度差为4 m/s。     

近距离淹没冲击射流动态流场特性

近距离下淹没冲击射流具有重要的应用前景,但有关其动态流场特性的研究尚不充分。利用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,PIV)对冲击距离为H/D=1时的动态流场特性进行测量,研究雷诺数Re和喷嘴端面轮廓(壁面约束)对间隙内旋涡生成的影响,并对试验数据进行涡量分析与本征正交分解方法(Proper orthogonal decomposition,POD)分析。结果表明,雷诺数Re对不同喷嘴端面轮廓(壁面约束)的旋涡生成和迁移影响规律不同。雷诺数对直角型喷嘴的双涡环模式流态影响较小,但对圆角型喷嘴卷吸流态影响较大,且随雷诺数的增大流场出现动态对称涡旋,该对称涡旋逐渐向间隙外迁移且呈现出明显的周期性变化特征。涡量分析得到时均场的涡量大小与分布情况,通过与POD分析中瞬态场的含能大尺度结构分布相结合,揭示间隙外涡旋能量的来源与变化规律。通过前4阶瞬态脉动速度场重构,可以从微观时间尺度进一步说明瞬态速度场的突变性与周期性。研究成果将有助于加深对冲击射流本质的理解。     

两段式喷嘴淹没空化射流流场数值模拟

为了研究两段式喷嘴结构对空化射流效果的影响,建立了两段式喷嘴的数学模型与物理模型,对两段式喷嘴进行了模拟。以蒸汽气相体积分数为判断空化效果的主要依据,分析了第一喉部直径、第二喉部直径和连接处直径对两段式喷嘴空化性能的影响,并与角形喷嘴进行对比研究。结果表明：两段式喷嘴的结构参数对空化效果产生显著的影响。空化程度随着第一喉部直径的增加先增强后减弱;第二喉部直径取值越小,空化程度越高,空化程度随着第二喉部直径的增加先增加后减小;随着连接处直径的增大,空化效果逐渐增强。但当连接处的直径大于4 mm时,连接处直径取值对空化效果几乎没有影响;当两段式喷嘴的第一喉部直径为1.5 mm,第二喉部直径为1.0 mm,连接处直径为4 mm时,具有良好的空化效果。     

射流泵内部流动的二维大涡模拟

建立了弱可压缩的大涡模拟运动方程，采用弱可压缩流体运动方程作为控制方程，按照Deardorff的方法引入大涡模拟，利用Smagorinsky的亚格子紊动模型封闭水流运动方程组；进而对该守恒形式的方程进行求解，用有限何种法离散，用MaCormark显式预测-校正步进法计算。通过大涡模拟，得到了射流泵内部流动的流场分布，轴向压力和流速变化，为射流泵理论研究和优化设计提供了可靠依据。     

火星熄灭器两相流数值模拟

针对某型号火星熄灭器,采用非定常雷诺时均（RANS）和离散型模型（DPM）对其内部流场和颗粒分离行为进行了数值模拟.计算了初始模型设计流速下的捕集效率和阻力损失;分析了内部速度场、压力场和颗粒运动轨迹特性.针对计算结果,对原火星熄灭器的结构进行了改进.采用相同的计算方法,对改进后的设计方案进行了仿真计算,结果表明提高了火星熄灭器的综合性能.该仿真计算方法能较好地预测火星熄灭器内部两相流的流动特性,对火星熄灭器性能预测和结构改进提供可靠依据.     

基于Fluent的油气两相射流仿真分析

基于两相流基本理论,建立了三种不同出口直径的圆柱形喷嘴模型,通过Fluent流体分析软件对喷嘴环状两相射流进行了仿真计算.分析仿真结果得出了喷嘴油气两相速度分布,并结合油气润滑条件下滚动轴承对油气两项速度的要求,比较仿真结果得出文中模型条件下,喷嘴出口直径在2mm附近时,射流油滴连续,速度适中,能够较好的满足润滑条件,为油气润滑系统中喷嘴的选择和优化提供了依据.     

两相脉冲爆震发动机混合流动特性的数值模拟

脉冲爆震发动机具有众多优点,近来受到广泛的关注和研究。要成功起始爆震首先要解决燃油、空气的喷射与混合问题。本文利用CFD程序分别对切向、轴向和径向供气方式的混合室中油、气的混合流动特性进行了三维数值模拟,结果显示三种供气方式各有优劣。切向进气有助于油气的充分混合,但是油、气分布不均,不利于发动机的高频工作;轴向进气时油、气分布比较均匀,但是油气的混合不够充分,增加发动机爆燃向爆震转变的难度;而径向进气的油气分布、混合程度介于切向与轴向进气之间,能耗较大。     

催化裂化中可压缩湍流气固两相数值模拟

为了解决石油催化裂化中催化剂颗粒气体动力学难以进行实验的问题,采用基于大涡数值模拟(LES)的研究方法,在一定程度上克服了DNS法的超大计算量和RANS法的通用性小的缺点,对流场湍流有较高的仿真精度.利用工程常见的直管作为仿真对象,采用PFC-CCFD软件,对催化剂颗粒的运动和力学特征,气场的运动进行研究.分析仿真结果...     

偏转板射流阀压力特性数值模拟分析

运用CFD软件对某型号偏转板射流阀内部不同阀口参数组合下的压力特性进行数值计算和分析,得出偏转板射流阀输出压力特性随不同阀口结构参数组合的变化规律。计算发现： 供油压力为4 MPa 时,λ1≈0.6,1.5≤λ2≤2,1≤λ3≤1.5组合下偏转板射流阀输出压力增益较大,输出压力特性曲线与偏转板位移成线性关系,研究结果可为偏转板射流伺服阀的工程设计和优化提供理论依据与参考。     

用数值方法分析绝热毛细管的流量特性

根据均相流假设，用两相流基本方程建立了毛细管的数学模型，采用一种快速、有效的计算方法对绝热毛细管的流量特性进行数值模拟，并把计算结果与实验数据进行了对比分析。     

节气门急速开启过程流动噪声数值分析与研究

研究了节气门运动对流动噪声的影响。采用计算流体力学与计算声学耦合方法,并结合运动网格技术,实现对节气门由关闭向全开位置急速转动过程时空气瞬态流动引起噪声形成的三维数值模拟,分析了节气门处于不同转角时刻,空气流场与流动噪声的变化规律。在节气门转动初期,节气门后侧流动区域有涡流形成,节气门前后两侧的压力发生陡降,在节气门上边缘和下边缘附近产生两个流动噪声区,随后在节气门下游逐渐合并。流动噪声声功率级先增加然后逐渐减小,并接近稳定,节气门开度在40°附近时,声功率级达到最大。随着节气门开度的继续增加,节气门后侧的涡流逐渐减弱,节气门前后两侧的压力降逐渐减小。噪声场时域-频域计算结果发现,节气门噪声属于中低频段宽频噪声,其中大约100Hz以下的低频噪声占主要贡献量,声压级较高,并且声压没有随着测点与节气门的距离增加而明显衰减。控制节气门流动噪声的重点在于减少低频噪声。     

用DPM模型模拟预热器内两相流场研究

针对旋风筒内复杂的气固两相湍流运动,采用DPM模型对五级旋风预热器的C 5部分进行了数值模拟,通过对结果的研究,得出了旋风筒内气固运动的规律,并在计算的基础上对颗粒的运动规律进行了探讨。     

疏水调节阀降压套筒节流孔板射流流动特性数值模拟研究

疏水调节阀运行时产生的流激振动严重影响着稳定性与可靠性。采用降压孔板作为疏水调节阀多级节流内件的简化模型,基于计算流体动力学方法对不同开孔间距、不同开孔形式的孔板模型进行了射流流动特性数值模拟,定量分析不同孔间距、不同开孔形式下孔板的射流流动特性并将数值模拟结果与理论解与实测值进行了对比验证。结果表明:孔板开孔间距超过20 mm时,射流的卷吸作用会逐渐减弱,随着孔间距增加,其介质流速与压力波动程度都有所降低;当开孔间距以及开孔最小直径相同时,开孔形式为缩孔孔板的最大流速与总压均小于扩孔孔板模型,倒圆角模型孔板的最大流速与总压均小于无圆角孔板模型,故带倒角的缩口开孔形式的孔板作为套筒的首选节流件;射流孔中心轴线方向的径向流速分布与施力赫廷理论解和理查德实测值分布趋势一致,且初始段与基本段的径向速度分布并无明显区别。     

环形自激振荡射流泵内部流动特性的数值模拟

将环形射流泵和自激振荡射流的优势相结合提出了一种新型射流泵,通过数值模拟的方法研究了不同流量比工况下新型射流泵的性能和效率以及流场内部流动参数的规律变化。结果表明:不同的工况条件对新型射流泵的性能有着较大的影响,最大泵效相比于传统射流泵增大了2%左右,确定了较优工况条件为0.48≤q≤0.7;随着被吸流量的增大,流场中压力系数逐渐降低,压降增大的同时也造成了部分能量损失;两股射流在自激振荡腔室入口处的混合区范围有着明显变化,各截面动量修正系数逐渐趋于稳定,在出水管处射流基本混合均匀。     

不同含气率下球阀内部流动特性试验及其数值模拟

为研究不同含气率对油气混输泵泵阀内部流场的影响,运用CFD软件对油气混输泵球阀内部气液两相分布、速度场及进出口压差进行了模拟仿真。同时对球阀进行试验研究,测量出球阀进出口的压力值,以验证模拟结果的准确性。试验表明:模拟值与试验值数据误差不超过15%,模拟较为准确。在相同的开启高度、进出口流量下,随着含气率的增加,球阀内流体的压差降低幅度高达90%以上,且其降低较均匀。与此同时,流体密度降低并没有使流量系数和阻力系数有明显的变化。观察两相云图可以发现,在阀球尾部A处产生了旋涡,旋涡随含气率的增加略微增多;突扩界面C处产生了二次回流,使得该处的气相也较多,而在阀球四周内壁,气相分布较少。同时可观察出,流体含气率对阀球间隙处速度的影响不大,但是对流动状态有一定的影响。