附体对船尾伴流场的影响研究

为了探讨附体与主船体之间的相互干扰,分析船体的尾部流动特性,采用数值方法对粘性流场中带附体船舶和裸船体引起的伴流分布进行了计算研究.在数学建模的过程中,采用绘图软件AUTO-CAD绘制船体以及附体各剖面面域,再导入FLUENT前处理器GAMBIT联合建模,并采用非均匀有理B样条(NURBS)去拟合各个型值点,从而建立光滑的船体及附体表面外形.计算得到带附体船舶和裸船体桨盘面上不同半径处轴向速度,周向速度和径向速度的周向分布以及各圆周上平均轴向速度,周向速度和径向速度沿径向的分布情况.计算了不同傅汝德数下裸船体和带附体船舶桨盘面处的伴流变化.结果对比表明附体的存在将引起船体桨盘面处伴流分布的不均匀.计算结果与试验值吻合较好,说明该方法可以为模拟船体桨盘面处伴流以及分析附体对桨盘面处伴流的影响提供有效的数值工具.     

推进式搅拌混合器内湍流特性研究

利用计算流体力学湍流模型和多重参考系法对典型的推进式搅拌混合器内湍流特性进行分析,得到了混合器内时均速度和湍动能的分布特性。研究结果表明,随着半径的增大,时均速度数值先增大后降低,桨叶顶端附近的时均速度较大,与文献试验相吻合;叶轮下端排出区时均速度数值随着轴向位置的增加呈现先增大后急剧下降趋势,在叶轮以上区域沿轴向变化趋于一致;叶轮排出区湍动呈现非均匀性,同一轴向或径向位置各点湍动能最大相差7～9倍。推进式桨叶与45°三叶折叶桨相比具有较好的轴流特性和相对较远传输距离。     

直斜错位桨搅拌槽内流场的探究

为了进一步增强直斜错位搅拌桨的搅拌效果. 对桨叶直径Ｄ＝１６０ ｍｍ,不同桨叶间距的搅拌桨进行三维数值模拟,通过分析它们的宏观流场特征,综合速度、轴向速度、径向速度、切向速度的变化规律及死区分布规律,探究直斜错位桨的最优桨叶间距. 结果表明:当桨叶间距在3Ｄ/4-3Ｄ/4范围内,各速度分布的不均匀性较小,搅拌槽中基本无死区且流体的循环范围最广. 当桨叶间距在Ｄ/2-D范围内,高速区范围最大,且无明显变化. 当桨叶间距在3Ｄ/4-D范围内,流体的平均速率较大,当桨叶间距为3Ｄ/4时,轴向速度和径向速度较大,故搅拌效果较佳,混合效率较高. 因此,桨叶间距在3Ｄ/4-7Ｄ/8范围内可取最佳值.     

导管桨内部流场的数值计算

为研究导管螺旋桨的内流场特征,用面元法计算了导管桨中螺旋桨和导管的诱导速度.导管上采用余弦布置轴向面元、均匀布置周向面元;螺旋桨叶片上径向和弦向均采用余弦布置方法.由于导管和螺旋桨之间存在相互干扰,在研究中采用了迭代计算方法.当迭代计算结果收敛后,可以求出导管及螺旋桨表面的速度势和源汇强度,进而根据蒙瑞诺解析公式计算导管桨的内部流场.在研究导管桨内部流场的过程中,计算了导管桨的水动力性能.对桨前后不同位置导管桨的内部流场进行分析,并将其和敞水情况作了比较.计算结果表明,导管的存在使得螺旋桨的诱导流场变小,螺旋桨的存在使得导管的诱导流场变大.     

不同组合桨搅拌器搅拌特性的数值研究

采用Fluent软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε湍流模型,针对双层平直桨叶、双层45°折叶涡轮桨和两者组合搅拌桨这3种搅拌桨,研究了不同桨叶类型搅拌槽内的流动混合特性和加料位置,结果表明:45°折叶涡轮桨和平直叶桨的上下组合桨可以增强搅拌器内流体的上下湍动,促进混合,其搅拌功率较双层平直叶桨下降37.91%,混合时间减少50.48%;选择上层桨叶尖端加料可以缩短搅拌器内液体的混合时间,提高搅拌效率.     

JH新型轴流式搅拌桨在三氟氯氰菊酯生产中的应用

详细介绍了ＪＨ 新型轴流式桨在三氟氯氰菊酯生产中的使用情况,并与生产中原先使用的桨型在安装高度、搅拌效果、反应速率、流场的形式、观察到的现象及功率的消耗等多方面进行了分析对比,解释了产生上述现象的原因及色谱分析的结果。结果表明,单层ＪＨ 新型轴流式搅拌桨在非正常安装高度的条件下,仍能完成双层开启式涡轮桨的功能,而且节能达３８ ％ ,产率提高３ ．４ ％ ,反应速度提高３０ ％ 。说明ＪＨ 新型轴流式搅拌桨在低粘度液体的溶解、乳化及悬浮等应用场合效果很好     

固态发酵反应器流场数值分析及搅拌参数优选

为研究厨余垃圾固态发酵反应器中机械搅拌装置的搅拌流场特性及优选机械搅拌设计参数,采用计算流体力学技术(CFD)方法模拟5种机械搅拌桨型的混合流场,并对搅拌桨的桨径比、转速等参数通过搅拌功率、混合时间、混合能和死区百分比等指标进行定量分析.模拟结果表明:二折叶搅拌桨、六折叶涡轮搅拌桨死区百分比大,对物料扰动范围小,不能有效进行混合;双螺带搅拌桨死区百分比最小,对物料扰动范围最大,搅拌功率也最大.对于双螺带搅拌桨桨径,物料死区随桨径比的增加而减小,当桨径比增大至0.75后不再减小,而搅拌功率随桨径比增大而一直增大.对于双螺带搅拌桨,随着转速增加,搅拌功率呈直线式增加,混合时间以抛物线式降低,混合能逐渐增加.综合考虑混合效果和搅拌功耗,转速为20 r/min、桨径比为0.75的双螺带搅拌桨是本研究反应器中的最佳搅拌设计.     

旋翼模型悬停状态桨尖涡特性

直升机旋翼桨尖涡特性研究是直升机旋翼气动特性研究的关键要素,为提高对旋翼悬停状态桨尖涡特性的认识以及准确掌握其流动机理,利用Bo-105旋翼模型在Φ5 m立式风洞开口试验段进行了桨尖马赫数相似情况下的悬停试验,并采用TR-PIV流场测量系统对旋翼悬停状态下不同总距时的流场进行了精细化测量,得到了该副旋翼32帧/圈的详细流场图像,并运用更为合理的涡核中心判定、涡核流动数据提取以及涡核模型拟合方法对试验结果进行了精细化处理与分析,进一步揭示了旋翼模型悬停状态下桨尖涡的演化发展过程.研究表明:高速PIV设备能准确捕捉旋翼悬停状态下的流场运动特征,有助于旋翼流场的精细化研究;采用涡量加权平均的方法来计算涡核中心位置可以消除涡核中心平移速度的影响,进而更加准确地定位涡核中心;采用环量分析的方法可以更加可靠地确定涡核尺寸和最大诱导速度,且分析结果显示随涡龄角的增加,涡核半径缓慢增大、涡核最大诱导速度缓慢减小;在桨尖涡发展演化过程中,不同发展阶段具有不同的涡核模型n参数.     

45°涡轮桨搅拌槽内搅拌特性数值模拟研究

采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型对工业中广泛应用的45°折叶涡轮桨搅拌槽内的搅拌特性进行模拟,考察不同监测点对混合效果的响应情况,发现不同监测点的响应出现明显的差别.对搅拌桨距槽底距离变化时,槽内搅拌流型以及速度矢量的分布和功率消耗情况进行模拟研究,结果表明当C/T为0.278时,槽内流型发生转变;当流型转变时,搅拌桨消耗功率达到最低.     

新型双螺杆锚式桨的设计及搅拌流场模拟

根据高粘性流体混合机理,设计一种新型双螺杆锚式搅拌桨。利用FLUENT软件对锚式桨和新型双螺杆锚式桨进行数值模拟对比分析,研究了两种搅拌桨的流场速度分布特性,以及在不同高度和不同流变指数下,无因次轴向、径向和切向速度沿半径变化规律和搅拌桨表面压力分布。计算结果表明:新型搅拌桨在一定程度上改变了流体的流动方向,加强了轴向和径向流动,说明这种搅拌桨对提高剪切作用和向全槽范围内进行推动的循环作用有较大的促进作用;在同一种搅拌桨的流场中,非牛顿流体中的高速流体分布区域面积远大于牛顿流体中的面积,并随着流体流变指数的增大,无因次轴向、径向、切向速度的峰值也增大。     

叶片圆形切割对离心泵流动诱导噪声的影响

为研究叶片出口圆形切割对离心泵压力脉动及内场噪声的影响,通过固定圆形弦长以变换弦高的方法设计6种叶片切割方案,采用RNG k-ε湍流模型对各方案外特性和压力脉动进行流场数值计算,并基于Lighthill声类比理论和边界元法(BEM)对内声场进行数值计算,对原始模型额定工况的外特性和内声场也进行了试验验证。结果表明：叶轮叶片切割后的设计方案与原始方案相比,在轴频、叶频及倍叶频处压力脉动得到了明显地改善;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.333时,设计工况的压力脉动幅值达到最低;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.167时,进口声压级降低了3.5 dB,出口声压级降低了3.4 dB;随着圆形切割面积的不断增大,在设计工况各方案声压级呈现出先减小后增大再减小的规律;随着叶片出口圆形切割面积的增大,在0.6 Q_v～1.4 Q_v工况范围内扬程下降与其呈正相关特性,但对离心泵效率的影响较小。     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

防爆抽出式对旋轴流局部通风机叶轮的静力分析

为提高矿用防爆抽出式对旋轴流局部通风机叶轮的安全可靠性,以FBDC№9.0/2×30型通风机叶轮为研究对象,利用有限元分析软件对叶轮建立了有限元计算模型,对其应力和位移进行了计算.经测试,通风机运转平稳,无异常声响,风量为655～978 m3/min,全压为412～3 443Pa,静压为118～3 314Pa,最高静压效率达到70.35%,最高全压效率达到74.23%,比A声级噪声为17.6 dB,叶轮的强度和刚度满足要求.样机试验及现场应用表明:对该型通风机叶轮所建立的计算与分析模型正确;通过合理的设计,采用等厚圆弧板叶型、普通热轧低碳钢板材质作叶片的对旋轴流叶轮,其强度、刚度能够满足要求,整机的空气动力性能较好.     

基于CFD的轴流式油气混输泵动叶优化设计

为研究翼型前缘半径对轴流式油气混输泵动叶性能的影响机制,基于RNG k-ε湍流模型及SIMPLEC算法对不同翼型前缘半径的动叶模型进行数值分析,分析不同模型流场中的压力、速度、气相分布规律。数值计算结果表明:增大翼型前缘半径有助于提高动叶增压能力,同时能有效减小动叶出口附近的二次流损失,并抑制轮毂侧气体滞留和流道内的气液分离现象;当含气率(GVF)为0.2时,在设计工况（Q = 100 m3/h）下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了3.45%;在小流量工况（Q = 60 m3/h）下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了1.47%,说明将翼型前缘半径增大到最大厚度的40%时,能够有效降低能量损失,提高压缩级性能。     

莒头泵站轴流泵前置导轮的设计与试验

首次将前置导轮用于莒头泵站２８ＺＬＢ－７０型轴流泵中，以解决该站春秋两季低水抗旱时因转轮淹深不足引起的汽蚀、振动和噪声问题．介绍了该泵导轮的设计配套方法、现场试验结果，该法技术上的成功，证实了用导轮来防治轴流泵汽蚀或解决转轮淹深不足问题已完全可行．     

基于CFD的轴流式油气混输泵动叶优化设计

为研究翼型前缘半径对轴流式油气混输泵动叶性能的影响机制,基于RNG k-ε湍流模型及SIMPLEC算法对不同翼型前缘半径的动叶模型进行数值分析,分析不同模型流场中的压力、速度、气相分布规律。数值计算结果表明:增大翼型前缘半径有助于提高动叶增压能力,同时能有效减小动叶出口附近的二次流损失并抑制轮毂侧气体滞留和流道内的气液分离现象;当含气率(GVF)为0.2时,在设计工况(Q=100 m3/h)下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了3.45%;在小流量工况(Q=60 m3/h)下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了1.47%,说明将翼型前缘半径增大到最大厚度的40%时,能够有效降低能量损失,提高压缩级性能。     

CFD simulation of single-phase flow in flotation cells: Effect of impeller blade shape,clearance, and Reynolds number

A series of numerical simulations of turbulent single-phase flows are performed to understand the flow and mixing characteristics in a laboratory scale flotation tank. Four impeller blade shapes covering a wide range of surface areas and lip lengths are considered to highlight and contrast the flow behavior predicted in the impeller stream. The mean flow close to the impeller is fully characterized by considering velocity components along the axial direction at different radial locations. Normalized results suggest the development of a comparatively stronger axial velocity component for a blade design with the smallest lip length, called big-tip impeller here. Normalized turbulent kinetic energy profiles close to the impeller reveal the existence of an asymmetric trailing vortex pair. The highest turbulence kinetic energy dissipation rates are observed close to the impeller blades and stator walls where the radial jet strikes the stator walls periodically. Furthermore, liquid phase mixing in the flotation cell is studied using transient scalar tracing simulations providing mixing time data. Finally, pumping capacity and efficiency of different impeller designs are calculated based on which the impeller blade design with a rectangular blade design is found to perform most efficiently.     

轴流泵叶轮参数化自动建模的研究

轴流泵叶轮的三维参数化自动建模系统基于Pro—Engineer设计软件,采用二次开发工具Pro／Toolkit开发完成．提出了叶轮轮毂体采用特征描述法、叶片采用用户自定义特征法的基本造型策略．实例证明了本方法具有适用性强、造型速度快的特点,并为进行高效率的轴流泵CAD、结构分析及高精度的流场计算（CFD）提供了一种新的途径．     

叶片数和叶轮外径对微型风扇性能影响的实验研究

对不同叶片数和不同叶轮外径的微型风扇,以及同一款风扇在几种转速下进行实验测试,分别得到其流量-压力性能曲线。结果表明,针对同一类型的风扇,在相同转速下叶片数多的风扇性能更好,风量更大。从不同叶轮外径的风扇性能曲线来看,叶轮外径大的风扇性能较叶轮外径小的风扇性能更优。同时,计算并绘制了在相应工况下风扇的无因次性能曲线,其变化趋势与流量-压力性能曲线基本相同。最后,测试了同一款风扇在不同转速下的性能曲线,提高转速能明显增加微型风扇的风量。