消防水炮喷嘴流场数值模拟研究

消防水炮是消灭大型火灾的关键工具,正在向大流量、远射程和高射高等方向发展。喷嘴作为消防水炮的核心部件之一,其设计直接决定射流性能的优劣。采用Fluent对3种不同内轮廓线结构的消防水炮喷嘴进行流场数值模拟,分析结构形式对射流压力、速度和湍动能的影响,从而确定消防水炮喷嘴的最佳内轮廓线结构。通过实验结果可知,在流量为40、50、60和80 L/s的情况下,采用正弦形式的喷嘴内轮廓曲线的射程高于国标规定射程15%以上。以上研究可为提高消防水炮射流性能提供参考。     

船舶喷涂机器人扇形喷嘴内射流模拟对比分析

通过对目前船厂船体喷涂工艺的分析,设计船舶喷涂机器人射流系统原理结构。扇形喷嘴是机器人喷涂新方案的关键部件,其内部流场特性的研究非常重要。以船厂目前常用的4种扇形喷嘴为例,应用CFD手段,根据流体理论建立数学模型,并根据应用现场实际,简化了物理模型,分别进行4种扇形喷嘴腔体内流场的数值模拟,并对比分析了4种扇形喷嘴轴心线上的压力变化曲线和速度变化曲线,得到4种扇形喷嘴各自的特性,为后续船舶喷涂机器人扇形喷嘴深度模拟提供参考。     

叶栅型气动喷嘴三维流场数值模拟

介绍了叶栅型喷嘴的基本结构,对三维可压射流的控制方程和Spalart-Allmaras湍流模型进行了分析,利用有限体积法对可压缩的N-S方程进行离散,对叶栅型喷嘴内的三维流场进行了数值模拟.对喷嘴内气压的变化、气流的速度矢量分布以及马赫数分布情况进行了可视化处理,讨论了喷嘴流道几何结构对流场的影响,以及供气压力的变化对喷嘴流量和出口速度的影响.同时,通过实验测量了喷嘴流量,实验结果与数值模拟的结果一致.对喷嘴三维流场数值模拟为喷嘴的设计和优化提供了理论依据,有效地缩短了设计周期.     

超宽狭缝式喷嘴流场数值模拟和射流速度凸度控制

为了开发具有高强度冷却能力且冷却介质流量分布合理的淬火系统超宽狭缝式喷嘴结构,采用有限元法对狭缝式喷嘴射流速度分布进行了数值模拟.结果表明,喷嘴进水方式对出口射流速度分布规律影响较大,通过比较端部进水方式及不同进水口数量的中部进水方式,得出中部进水方式且进水口数量大于4个时,射流速度均匀性最好.保证喷嘴其他结构参数及工艺参数不变,通过改变沿喷嘴长度方向阻尼装置均流孔直径的递减比例系数,来实现出口射流速度的凸度控制,效果明显.随着直径比例系数增大,比例凸度值成线性递增变化.射流速度比例凸度模型可以实现水量的精确凸度控制,为优化设计基于淬火工艺需求的流量分布合理的超宽狭缝喷嘴结构提供指导.     

空化射流角型喷嘴内流场的数值模拟

建立了角型喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用混合模型、空化模型和RNG k-ε紊流模型对空化射流喷嘴内流场进行数值模拟。以径向线上蒸汽体积分数分布、轴线上蒸汽体积分数分布和速度分布为判断角型喷嘴产生的空化射流空化程度的依据,分析圆柱段直径、入口压力、出口压力对射流空化程度的影响规律。模拟结果表明:圆柱段直径的最佳初始值为1 mm;增大入口压力可以提高射流空化程度,但随着出口压力的增大,又会抑制喷嘴内空化的初生并降低出口速度,不利于射流空化程度的提高。     

射流泵的数值分析与构型优化

在一维理论的指导下建立了一个射流泵的模型,并通过数值模拟方法对其进行分析,将CFD结果与实验数据相比较,确定了合适的数值方法和湍流模型。在数值分析的基础上,选取了需要优化的构型参数及设计点,采用移动最小二乘法(MLS)建立了射流泵内流动的代理模型(Surrogate Model),并对其进行优化研究。结果表明,优化后的射流泵的效率得到有效的提高。     

不同分布脉冲微射流对圆射流外部流场的影响

根据圆射流的射流条件建立了流场的CFD模型,并通过计算流体动力学的有限元软件ANSYS,对湍流射流外部流场流动特性进行了数值模拟。通过在外部流场入口处加入脉冲微射流,对原本处于层流状态的射流外层边界层进行扰动并得到模拟结果,从而分析在径向脉冲微射流的影响下,外部流场的变化特性。在改变微射流的脉冲频率的情况下,得到不同脉冲频率下的外部流场流动特性。通过对比,得到的射流流场数值模拟结果与实验结果趋势一致,并且与前人所得实验结果相吻合。     

喷嘴下游形状对冷喷涂粒子加速行为影响的数值模拟研究

目的 冷喷涂过程中喷嘴内流道关键尺寸是影响粒子加速的重要因素。虽然喷嘴下游长度与扩张比是喷嘴的2个最重要参量,但目前对喷嘴优化设计的研究仍有深入空间,比如喷嘴下游形状。方法 本文利用计算流体动力学的软件ANSYS/Fluent进行数值模拟研究,在与传统锥形下游相比较后,设计了钟形下游与喇叭形下游喷嘴。同时研究了喷嘴下游形状对气流与粒子加速行为的影响。结果 对于钟形下游喷嘴,其气流速度在过喉部后迅速增加到较高数值,随后变化缓慢;对于喇叭形下游喷嘴,其气流速度在过喉部后先增加缓慢,直至截面积开始快速增加时,气流速度迅速增加;喷嘴下游形状对粒子撞击基板时的速度有一定影响,且随着喷嘴下游长度和粉末粒度的变化而改变。对于Cu粉,当为下游100 mm短喷嘴时,锥形下游喷嘴对10~20 μm的粒子加速效果最好。当粉末在20 μm以上时,喇叭形下游喷嘴的加速效果最好。对于下游220 mm长喷嘴,钟形下游喷嘴对10~30 μm的粒子加速效果最好。当粉末在30 μm以上时,锥形下游喷嘴的加速效果最好。对于Al粉,当为下游220 mm长喷嘴时,钟形下游喷嘴对10~50 μm的粒子加速效果最好,喇叭形下游喷嘴加速效果最差。结论 冷喷涂喷嘴下游形状对气体与粒子加速有显著的影响。     

薄钢板气体射流控冷结构数值模拟与试验验证

对3种用于薄钢板冷却的气体射流控冷结构进行了数值模拟分析,通过比较气体射流控冷结构内风速流场和钢板温度场,确定单均风板气体射流控冷结构可满足薄钢板淬火要求,且冷却均匀性较好,并进行了试验验证。结果表明:与无均风板相比,设置一个或两个均风板时,工件近壁面风速流场与温度场均匀性得到提高,利用单均风板气体射流控冷结构对钢板进行风冷时,在20 s时工件上存在的最大温度差约为63.8 ℃。在20 s内钢板平均温度从920 ℃冷却至Ms点(412 ℃)以下,最低冷速约为27.2 ℃/s,大于马氏体转变临界冷却速度27 ℃/s,表明单均风板气体射流控冷结构可用于薄钢板气体射流淬火工艺。     

进出油阻尼孔对偏转板射流阀射流流场的影响

应用CFD软件对偏转板射流阀进出油阻尼孔不同参数条件下的射流流场进行数值模拟,得出偏转板射流阀内部射流速度、压力的分布特征和不同阻尼孔参数D_1、D_2、L_1、L_2对射流速度、压力的影响规律。研究发现:射流速度由喷嘴处的最大值先逐渐减小,在0.8 mm位置处又上升到仅次于喷嘴射流速度的较大值;射流压力先增大后又在0.8 mm位置处减到较小值,最后在两接收口间阀体处达到射流压力最大值。参数D_1对通过V型导流窗口的射流流量、射流压力和恢复压差起决定性作用;增大参数D_2时射流速度曲线向上平移而射流压力曲线向下平移。参数L_1对射流压力有影响而参数L_2对射流场的影响可以忽略。研究结果为高性能偏转板射流伺服阀的工程设计和优化提供参考。     

连续退火炉冷却气体流场和传热特性的数值模拟

利用数值模拟软件ANSYS-CFX对带钢连续退火炉不同冷却气体的流速、不同喷嘴的倾角、间距及个数情况下冷却气体的流场和传热特性进行模拟,模型建立和网格的划分采用ICEM-CFD,以常温下空气为工作介质,计算结果表明喷嘴的最佳结构为入射角30°,间距为6 mm.同时为使试样宽度方向的冷却均匀,采用间距为130 mm的两对喷嘴,由于上喷流的形成,采用两对喷嘴的换热系数分布更均匀.计算结果为喷嘴的设计提供理论指导.     

PIV测速技术分析异型坯连铸结晶器流场

通过建立1[∶]1异型坯结晶器物理模型，采用PIV粒子测速技术，研究断面尺寸为767.3 mm×383.1 mm×103.2 mm异型坯结晶器不同工艺参数条件和不同水口结构对结晶器内流场的影响。PIV实验结果表明，减小拉速和增大水口底部内径可以有效地减小冲击深度，结晶器深度860 mm处水口中心最大流股速度分别下降了27.96%和41.46%；增加拉速和减小水口浸入深度可以提高流场下旋涡上顶点位置。通过减小拉速和浸入深度，增大水口底部内径可以改善结晶器内流场。     

可调叶片高比转速混流泵内部流场数值模拟

运用商用软件Fluent,采用雷诺时均N-S方程、标准k-ε湍流模型、流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF),对不同安放角的3个高比转速混流泵模型进行了数值模拟与结果分析.主要分析了设计工况下0°安放角的模型叶轮进口最高点截面的绝对速度和静压分布.详细分析和比较了3个模型的叶片压力面静压分布云图、叶片压力面相对速度分布云图、导叶压力面静压分布云图,捕捉到了安放角为+4°时叶片进口接近轮缘处流体撞击轮缘形成的小回流.简要分析了安放角为0°的模型泵导叶压力面相对速度分布,可知导叶充分发挥了其转能与消除环量的作用.分析结果揭示了高比转速混流泵内部流动规律.     

轴流式血泵流场CFD仿真

在轴流式血泵的研发过程中,动脉局部流场中可能产生流动剪切率非常低的区域,因此有必要考虑血液的非牛顿特性。建立了轴流式血泵模型,通过CFD仿真分析得到血泵转速和流量的变化对血泵出入口压力分布和速度分布的影响,并采用水和甘油(2∶1)的混合流体替代血液,对设计的血泵进行驱动实验,测量了轴流式血泵输出流量和压力参数。结果表明:所设计的血泵在规律上和仿真是相符的。     

Numerical simulation of electromagnetic and flow fields of TiAI melt under electric field

This article aims at building an electromagnetic and fluid model, based on the Maxwell equations and Navier-Stokes equations, in TiAI melt under two electric fields. FEM (Finite Element Method) and APDL (ANSYS Parametric Design Language) were employed to perform the simulation, model setup, loading and problem solving. The melt in molds of same cross section area with different flakiness ratio (i.e. width/depth) under the load of sinusoidal current or pulse current was analyzed to obtain the distribution of electromagnetic field and flow field. The results show that the induced magnetic field occupies sufficiently the domain of the melt in the mold with a flakiness ratio of 5:1. The melt is driven bipolarly from the center in each electric field. It is also found that the pulse electric field actuates the TiAI melt to flow stronger than what the sinusoidal electric field does.     

冷却塔内流动场的数值模拟研究

利用FLUENT软件研究了冷却塔内部烟气流动状态的分布规律,全面解析了冷却塔内烟气流动场的变化趋势,并通过改变冷却塔入口弯管的曲率半径、直管段长度和分布板的孔径分布分析塔13％气流速的均匀性.计差结果表明,改变分布板的孔径分布可明王优化烟气流动状态,各孔流量与理论值偏差小于13％,最大与最小流量相差1.39倍,烟气流量分布的均匀性和流速方向的垂直度得到有效改善,为冷却塔优化设计提供了指导依据.     

电磁搅拌作用下弧形结晶器流场的数值模拟

研究了双侧孔浸入式水口条件下,弧形结晶器内流场受电磁搅拌作用的影响。建立了圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场数学模型,分别采用有限元和有限体积法进行数值求解,讨论不同电参数下结晶器内流场分布特点。结果表明：电磁力在水平面沿圆周方向呈非对称分布,竖直面上呈“中间大,两头小”分布;电磁搅拌作用使得结晶器内流场除出现上回流区外,还产生主回流区和下回流区,促进钢水流动,有利于等轴晶的形成和热传递;励磁电流强度是影响电磁搅拌作用的主要因素,频率的影响效果有限,最佳搅拌参数是[I＝200 A,][f＝3 Hz。]     

铝保温炉气体搅拌下熔体流场和温度场数值模拟研究

采用CFD非稳态分析法对透气砖气体作用下加热工序的升温过程中炉内熔体的流场和温度场进行了数值模拟研究。结果表明:气体作用下铝液表层,熔体垂直速度最小而水平速度最大;在铝液中层,熔体垂直速度最大而水平速度最小;在底层,这两个速度值均居中。炉内铝液的温度场分布比较均匀,高温区主要在侧部与角部。     

镁合金激光-TIG焊接温度场的红外测量与数值模拟

以变形镁合金AZ31B为研究对象,采用红外热像仪拍摄镁合金激光-TIG复合热源焊接过程中的焊接温度场,提出一种基于红外辐射测温原理.并针对红外热像仪的焊接温度场校正方法,采用热电偶验证该校正方法的准确性.利用数值模拟方法模拟整体温度场.试验结果表明,实温校正可准确校正试件表面状态一致区域的温度场,而表面校正可消除试件表面状态改变而引起的对温度场分布的影响,结合实温与表面校正方法能准确地校正镁合金激光-TIG复合热源焊接过程中电弧覆盖范围外的温度场,焊接温度场数值模拟可以比较准确预测并反映整体焊接温度场实际分布.     

小方坯连铸中间包流场数值模拟与分析

为了研究不同形状湍流抑制器及不同种类开孔挡墙对中间包流场流动特性及温度分布均一性的影响,以10流小方坯连铸对称双中间包为研究对象,通过Fluent软件对单边5流中间包流场进行数值模拟分析。研究结果表明,湍流抑制器可有效降低注流区湍流的产生,且中间包挡墙的形状和开孔的调整对浇注区各流出口流场及温度场的变化具有较为明显的影响作用。根据数值模拟结果,通过计算云图及指标对比得出了适用于本中间包尺寸及外形条件下的优选控流元件,并由现场实际温度的测量进行了验证。