离心泵瞬态空化流动及压力脉动特性

基于RNG k-ε湍流模型及输运方程空化模型,考虑空化流动可压缩性影响修正湍流模型,考虑湍流压力脉动对饱和压力影响修正空化模型,对小流量工况离心泵瞬态空化流动进行数值模拟,计算所得扬程随进口压力变化曲线与试验结果吻合较好,能较准确预测离心泵在空化临界点扬程陡降过程。在离心泵叶轮流道中间与叶片压力面、吸力面布置监测点,对比分析非空化、空化时叶轮内压力脉动特性。结果表明：叶轮内压力脉动主频为叶轮转频;在叶轮流道及叶片吸力面,叶轮内压力脉动最大幅值由进口至出口逐渐增大,而在叶片压力面,压力脉动最大幅值在叶片进口4/5处最大。空化流动各监测点压力脉动最大幅值大于非空化,在流道进口处约为非空化时2倍。受蜗舌结构影响,叶轮内各流道空化区域分布不均匀。     

叶片切割对双吸离心泵性能影响的数值研究

采用商业软件Creo进行双吸中开离心泵三维造型,采用ICEM软件划分网格,在FLUENT软件中采用RNGk-ε湍流模型进行三维数值模拟,通过与实验所得的性能曲线对比,验证了数值模拟方法的可靠性.文中对叶片出口处进行三角形切割,得到不同切割量下泵的扬程与效率曲线,所得结果对实际生产中叶片切割量有较好的指导意义.     

旁通装置控制离心泵空化特性的数值模拟与试验

为了研究旁通水路对离心泵空化性能的影响规律,以一台比转速为32的低比转速离心泵为研究对象,在蜗壳第八断面靠进口侧位置处至吸入段搭建一旁通管路.采用修正的SST k-ω湍流模型和Kubota空化模型,在不同空化数下,对原型泵和带有旁通水路的离心泵进行三维非定常数值模拟,并同试验结果进行对比.结果表明:低比转速离心泵在搭建...     

低温脉动热管传热特性的数值模拟研究

近年来,脉动热管作为一种具有较高传热效率的传热元件被广泛研究,应用领域十分广泛。为了研究在低温区内各因素对脉动热管传热性能的影响,以液氮为工质,采用多相流VOF方法建立了弯头数为6的闭环脉动热管的三维数值求解模型,并对其进行数值模拟。结果表明,脉动热管进入稳定运行阶段后,管之间会形成相间分布的上升管和下降管,且在上升管中以塞状流居多,下降管中以泡状流居多;在较低加热功率时,脉动热管的热阻随充液率的增加而减少;对不同充液率,热阻随加热功率都是先减小而后增大,充液率的增加可以一定程度上降低倾角减小对传热热阻的影响。     

双吸式液环泵内流场及壳体压力脉动分析

为分析大流量液环泵内流场与外特性,文章对双吸式液环泵内部流动进行数值模拟,对轴向不同位置的内流场和壳体压力脉动特性进行研究。结果表明：轮毂直径的变化主要影响气相的分布,过渡区气相面积随着轮毂直径的减小逐渐增加。叶轮流道内速度流线曲率变化剧烈,吸排气口附近流速较高,二次流旋涡主要集中在压缩区和过渡区,在轴向上中间截面过渡区内旋涡更加明显。壳体内壁压力脉动幅值在圆周角50°和300°附近出现极大值,压力脉动幅值极差随着轮毂直径的减小而降低,各特征截面压力脉动幅值极差分别为4.9 kPa、4.8 kPa、4.7 kPa。轴向不同位置相同角度处压力系数的主频特征基本相同,压缩区壳体内壁压力脉动一阶主频为轴频,其他区域的主频为叶频。从吸气区至排气区,叶频对应的压力脉动幅值逐渐减小,在压缩区达到最小值后呈增加趋势。     

导叶式离心泵瞬态空化流动及压力脉动分析

采用RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对导叶式离心泵进行数值模拟,得到内部压力脉动频谱曲线。结果表明：叶轮监测点压力脉动峰峰值沿流动方向逐渐降低,主频为8倍转频及其倍频;随着空化加剧,叶轮压力脉动峰峰值逐渐降低;正反导叶压力脉动主频均为叶频及其倍频,且幅值随空化发展而增加;空化在轴向上表现为自叶轮前盖板向后盖板空泡体积分数逐渐增加;叶轮与正导叶之间动静干涉使叶轮内流场产生周期性变化,造成压力脉动呈现周期性波动。     

烤燃试验温度压力数值模拟技术研究

针对快速烤燃和慢速烤燃试验过程,本文结合两种烤燃条件和升温速率下密闭容器的试验环境,建立了温度和热应力的有限元模型,利用Ansys软件分别模拟了密闭容器在快速烤燃和慢速烤燃过程中的热传递,研究了烤燃过程中内部各区域温度和热应力的变化情况,得出密闭容器热反应过程中的热传递规律.     

柱塞泵压力脉动随机动力特性分析及实验研究

考虑流体流动、转子转动等随机性引起的压力脉动波动特性,提出了柱塞泵压力脉动的随机动力学表达式,并通过三柱塞泵-管道系统实验获得压力脉动随机参数的概率分布规律为极值I型分布。根据所提出压力脉动随机动力学表达式,应用蒙特-卡罗方法进行管道动力响应分析,通过与实验数据对比验证了所提出表达式的合理性。根据实验及数值分析结果发现泵输出压力脉动与管道位移响应均服从极值I型分布,随机压力脉动频率特性中出现和实验一致的1/3倍频。管道动力响应数值分析结果与实验吻合良好,证明所提出的表达式能够准确模拟柱塞泵管道系统内压力脉动随机动力特性,对管道系统的安全性和可靠性设计具有重要的应用价值。     

烘干炉内易开盖升温特性试验及数值模拟研究

目的 易开盖刻线修补涂层在烘干过程中易出现气泡、开裂和剥落等问题,为此需对易开盖在烘干炉内的升温特性进行研究。方法 采用现场试验和数值模拟方法,首先对炉内温度分布及易开盖表面温度变化进行测定,随后基于CFD仿真技术,利用动网格模型对易开盖在炉内运动加热过程进行模拟,并采用动态边界条件对单片易开盖表面温度分布进行计算。结果 炉内温度变化特性为沿盖体运动方向先上升后下降,两侧各存在一个温度突降区域;易开盖在炉内加热过程呈现快速升温、缓慢升温和快速降温3个阶段,125、130和135 ℃ 3个烘干炉设置温度工况下,易开盖表面最高温度分别为148、152和155 ℃,温度越高涂层气泡越多;加热初期易开盖表面温差较大,最高达5 ℃,后期温差逐渐降低至1 ℃以下。仿真结果与试验数据吻合较好,平均相对误差MRE值为0.1。结论 获得了易开盖在炉内的升温特性及最优加热工况,同时构建了基于动网格模型的易开盖运动加热CFD仿真方法,对烘干炉的设计和运行具有指导意义。     

乙烷脉动热管的CFD数值模拟研究及实验对比

为了更好地了解脉动热管内部的内在运行机制,本文在实验的基础上采用VOF模型对乙烷脉动热管的传热特性进行了数值模拟研究.结果表明:充注工质后,脉动热管内部形成了随机的气液分布;在启动过程和稳定运行过程中,温度波动的频率随着加热功率的增大而增大;在稳定运行过程中,脉动热管内的流型也在不停地变化.将模拟结果与前期的实验结果进...     

低温工况下蒸发器结霜特性的数值模拟及试验研究

结合 CFD 模拟和试验两种方法,研究制冷过程中蒸发器结霜这一常见的问题.提出了修正的组分传输和有限速率化学反应模型来对蒸发器的结霜过程进行 CFD 模拟,用升华潜热来替代化学反应的活化能,使H2O(g)←→H2O(s)这一物理反应变成有限速率的化学反应.考察了低温工况下(-20℃以下),湿空气进口速度分别为v=2 m/s,1.2 m/s,0.8 m/s;相对湿度分别为60%,80%时蒸发器结霜量的大小.低温工况下,蒸发器的结霜量随着蒸发器迎面风速的增大而增大,随着空气进口相对湿度的增加而增加,模拟结果和试验结果符合得很好.     

双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究

为深入了解双吸离心泵运行的振动噪声规律,以某一双吸式离心泵为研究对象,基于声学间接边界元法(IBEM),采用LMS Virtual-Lab分析计算平台,进行基于泵壳模态的强迫振动响应计算。然后根据泵壳模态强迫振动响应计算与声学间接边界元的声学波动方程求解耦合方程,得到双吸泵在液力透平工况和泵工况下外辐射声场的声压级指向分布和声压级分布。结果表明:偶极子声源是流体噪声的主要声源;在蜗壳隔舌处非定常脉动力是主要的噪声源;叶频及其倍频是双吸泵外辐射声场噪声的主要诱导频率;泵壳发生了共振,所以声振耦合的作用不可忽略。研究揭示了双吸泵作液力透平及泵工况内部流动诱发的外辐射声场的声振耦合计算规律,为后续减振降噪研究提供了理论基础。     

超高层建筑脉动风速时程的数值模拟研究

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性.因此,使用谱解法(Spectral Representation Method,SRM)模拟超高层建筑的风速时程.首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了使用SRM-fast Fourier transform(FFT)模拟超高层建筑五点脉动风速时程的显示理论表达式,指出了单边风速功率谱与双边风速功率谱在系数选取上的差别,这方面国外学者基本都是应用双边风速功率谱.接着,基于超高层建筑五点脉动风速时程的显示理论表达式,模拟了一幢高度为200m超高层建筑上20个点的风速时程.最后,通过比较模拟自相关函数和互相关函数与目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证了SRM-FFT模拟超高层建筑上任意点数脉动风速时程的可行性.     

离心泵蜗壳效应数值模拟与分析

利用FLUENT软件结合有限元体积法和Navier—Stokes方程,通过数值模拟方法研究离心泵蜗壳内的二维流场情况。根据分析结果表明离心泵的蜗壳壁面随着与叶轮距离的增大,受到的冲击越小。蜗壳出口处的壁面位置会存在低压区,对离心泵的内部流场造成能量损耗。利用数值模拟的方法,对离心泵蜗壳的设计优化提供了理论依据。     

通气航行体表面压力脉动特性实验研究

通过水洞实验对水下通气航行体云状空泡进行了实验研究,对比分析了不同空化数下航行体表面压力脉动特性。为了研究通气空化的脉动特性,通过动态测力系统测量了航行体表面的压力,并对压力信号进行了频谱分析,得到了通气航行体表面压力在不同空化数下通气空化的频域特征。实验得到以下结论:通气空泡形态与其对应的表面压力脉动特征随着空化数的变化存在明显不同的非定常特性,通气空化流场形态与表面压力脉动特征频率有较高的相关性。并且不同空化数下通气空化压力脉动主要是由大尺度空泡周期性脱落引起,表面压力的特征频率与空泡的断裂脱落相对应;随着空化数的减小,航行体平均表面压力峰值逐渐增大,空泡脱落后表面压力波动逐渐趋于平缓。     

双流道污水泵内非定常压力脉动特性研究

基于拓展的标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对双流道污水泵内非定常压力脉动进行了数值模拟,计算结果与试验结果较为吻合,数值计算模型和方法可靠性高。在泵蜗壳内设置了监测点来分析不同颗粒粒径和颗粒体积分数时压力脉动的变化。结果表明:颗粒物性对泵内压力脉动影响明显,加入粒径0.5 mm、体积分数5%的颗粒后蜗壳周向压力脉动强度有减弱的趋势且最大减小了34.80%。隔舌下端与蜗壳出口成15°夹角的TP1点因受隔舌处回流影响主频大多不是叶频,而正对隔舌的TP2点和隔舌上端第9断面的TP3点压力脉动主频均为叶频。颗粒在TP3点处发生沉降离析导致静压波动异常,颗粒体积分数一定时选择合适的粒径或粒径一定时适当增大两相流输送浓度都能有效降低压力脉动强度。     

非平稳脉动风速的数值模拟

非平稳脉动风速的数值模拟关键因素是要获得时变功率谱.根据进化谱理论,时变功率谱可以通过某个确定性调制函数对现有平稳功率谱(例如kaimal谱、Davenport谱或Simiu谱)进行调制而获得.但是,目前并没有值得认可的功率谱调制函数,以至于非平稳脉动风速的模拟很少被关注.为了获得合理的调制函数来实现非平稳脉动风速的模拟,首先,将某一段时间 [0,T]内的非平稳脉动风速离散成n=T/Δt段足够短时间Δt内可以近似为平稳脉动风速的时间序列;其次,当Δt→0时,通过组合n段平稳脉动风速的功率谱来获得时变功率谱;最后,通过将获得的时变功率谱等于进化谱而推导出相应的调制函数,并运用谐波合成法模拟了三个空间点的非平稳脉动风速.     

基于数字信号处理的轴流泵压力脉动试验研究

传统电信号压力传感器受电流干扰严重,为准确地获得轴流泵内部压力脉动特性,采用高精度数字压力采集系统对一轴流泵模型的叶轮进口、导叶流道内和导叶出口进行压力测试,试验在包含马鞍区的4个流量工况(0.45Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d)下进行。试验结果表明:在稳定工况(0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d)下叶轮进口监测点P1的时域信号为规则的正弦波,脉动周期与叶片通过周期一致;受叶轮与导叶的动静干涉影响,导叶内部P2及出口P3均出现了小峰值的二次谐波。在非稳定工况(0.45Q_d)下各点的时域信号均出现较大峰值的二次谐波。通过快速傅里叶变换(FFT)获得了各监测点的频域结果:稳定工况下各监测点的压力脉动主频均为叶频(BPF),从叶轮进口至导叶出口幅值逐渐减小;非稳定工况下由于回流和叶顶泄漏涡等因素的影响,各监测点的频率成分复杂,主频向高频段移动且伴随有较强高频信号,脉动幅值大于其余工况。     

进水漩涡诱发轴流泵压力脉动的试验研究

从进水漩涡对轴流泵内部压力脉动影响的角度出发,通过进行压力脉动特性试验探究进水漩涡对轴流泵装置影响的机理。在轴流泵模型装置叶轮进口、叶轮出口及导叶出口安装压力脉动传感器,进行0.8Q_d、Q_d、1.2Q_d等3个典型工况下的压力脉动特性试验。结果表明:轴流泵装置内同一测点的压力脉动幅度在小流量工况下最大;大流量工况下,在叶轮进口测点P7处受进水漩涡的影响存在明显的压力波动,受到进水漩涡的影响在测点P7处的压力脉动幅值会出现陡升陡降的状况,相对于叶轮进口压力脉动幅值平均值其增幅分别是0.8Q_d和Q_d压力脉动增幅的3倍和2倍;漩涡发生频率为叶片通过频率,容易诱发机组的共振。     

高速列车隧道内交会压力波基本特性数值模拟研究

高速列车隧道内交会压力波变化剧烈,产生较大的气动载荷,可能带来乘客舒适性、车体及部件和洞内固定设备气动疲劳破坏问题,给列车安全运行带来隐患。基于CFD软件,采用三维可压缩非定常湍流流动的流动模型压力修正算法和任意滑移界面网格技术,本文对高速列车隧道内等速和不等速交会压力波进行数值模拟,分析了列车交会过程车体外部压力场变化过程,较为详细描述了头头交会、头尾交会及尾尾交会时列车头尾部部位压差的变化过程,分析了等速和不等速交会时车外及洞内压力波的变化特性,初步给出了交会时变速度列车的负压峰值绝对值与车速的拟合关系式。