变截面异型螺旋型腔电解加工流场分析

针对闭式整体构件电解加工间隙流场分布不均匀的,基于电解加工间隙流场,设计了阴极过水孔工作端面,比较了不同背压条件下电解加工间隙流场,分析了间隙流场空穴、涡流现象.研究结果表明,通过改变过水孔分的疏密,孔径的大小和形状,增加背压,消除了间隙流场中低流速区域,电解液较低流速区域的速度由0.239 7m/s提升至0.508 5m/s,减少了空穴和涡流现象的发生,优化了阴极结构.     

拉式顺流膛线阴极电解加工间隙流场分析

针对传统膛线阴极电解加工时加工间隙流场发散、电解液逆流使电解机床主轴受力大以及阴极工作齿严重烧伤时整体阴极报废等问题,设计了一种电解液在阴极内部换向、加工间隙顺流、可更换工作齿的大口径深混合膛线拉式阴极结构,采用多物理场仿真软件COMSOL对加工间隙流场进行仿真.结果表明拉式顺流阴极流场分布优于传统拉式正流阴极.在确定拉式顺流阴极结构的前提下,阴极圆锥盘角度为100°、斜小孔倾斜50°、回液小孔孔径为2mm时电解液压力损失最小,最有利于电解产物的排除,电解液排除顺畅.     

SiC/Al复合材料电火花加工间隙流场分析

为解决SiC/Al复合材料电火花加工蚀除产物排除不畅引起加工效率低、积炭等问题,以10%SiC/Al材料为研究对象,提出采用外冲液、内冲液两种供液方式,建立了电火花加工间隙流场模型,分别对加工间隙流场分布、蚀除产物浓度进行模拟仿真,研究了冲液压力、加工深度对材料去除率和电极相对损耗率的影响.进行试验验证,结果表明:采用内冲液方式蚀除产物排除效果较外冲液方式好,可显著提高加工效率和表面质量.增大冲液压力能有效的减少蚀除产物的堆积,提高了加工效率;加工深度越小,产物排除效果越好.     

独头巷道受限贴附射流不同射口形状流场特征数值模拟

为了研究不同射口形状对独头巷道压入式通风流场特征的影响,根据矿山实际情况,在建立了独头巷道受限贴附射流流场数学模型的基础上,采用计算流体力学软件Fluent模拟分析了渐变收缩型射口、渐变扩张型射口和普通射口射流流场的特征分布,结果表明:渐变收缩型射流出口轴线流速与普通风筒相比得到了较大的提高,风流紊动强度最高;渐变扩张型射流出口轴线速度最低,风流紊动强度最低;独头巷道压入式通风受限贴附射流的流场区域可分为贴附射流区、冲击射流贴附区和回流区,渐变收缩型射口各流场区域的风流流速最大;射流风流与壁面贴附后逐步形成圆形镜像体,渐变扩张型射口镜像体面积最大;渐变收缩型射口射流速度和回流速度虽最大,但射流面积最小.     

深层页岩气压裂新型高压管汇研制与应用

7"-140MPa深层页岩气压裂高压管汇是针对深层页岩气压裂施工工艺需要研制的一种具有流通能力大(26m~3/min)、承压高(额定工作压力140MPa)等特点的高压管汇。该高压管汇采用大通径、单通道、进液口与中心管汇呈90°连接、左右进液口采用错位设计、排出部分采用对称设置的多通道压裂头为主要结构形式;具有流通能力大、耐冲蚀、减振、排出流量分配均匀的效果。经现场试验和测试,整套装置综合性能指标满足深层页岩气压裂工艺施工要求、安全可靠性高、稳定性优良,具有广泛的推广应用前景。同时,也对国内高压管汇装置设计制造起到借鉴作用。     

基于COMSOL的电解加工电解液池的温度场分析

为解决电解加工过程中电解液温升对加工精度的影响,针对一个48m3的竖流式复合电解液池,采用COMSOL Multiphysics分析了电解液池中的流动电解液热量的传递过程及电解液的流速对温度场分布的影响,得到温度的变化规律.结果表明:沉淀池的温度场分布均匀,温度明显比清液池温度高,此时清液池的温度场分布不均,出现温度高和温度低的区域.通过合理设置采样点,得到了电解液池中温度最高的位置,为采用热交换器选择热液抽取点提供了工艺参考,有利于后续调节和控制电解液温升.     

闭式整体构件电解加工装置参数化设计及仿真

针对闭式整体构件内流道电解加工供液导杆与阴极进给机构的悬臂问题,提出两个设计方案,在UG平台进行参数化建模、装配,按实际加工工况,通过对两套装置的有限元分析,预测最大位移和最大应力.结果表明,将供液管与主轴座的连接部位设计成两个互相垂直的平面,以便直接连接,导流块和配流块通过止口定位再用螺纹连接,其薄弱环节的最大位移量和最大应力均小于通过两个压板主轴头、供液管连接,导流块和配流块通过四个螺钉相连的结构.最后,在分析和优化结构的基础上完成设计.将参数化建模技术和有限元力学分析技术应用于闭式整体构件电解加工装置的研发,有利于缩短研制周期.     

水平井电化学完井工艺中供液问题的研究

为使电化学射孔和切割技术在水平井完井中得到工程化应用，根据电化学加工原理并结合井下环境特点，研究了井下电化学射孔和切割加工中电解液及其流速的选择、加工区供液流速的控制方案和电解液总需要量的估计方法。研究表明，应选用KCl电解液并采用开放式供给方式；可用平行板电极下的界限电流作为电解液的界限电流；可通过控制压力和流量的方法来控制电解液的流速；对1000m深的水平进进行电化学射孔和切割时所需的电解液总量约为3．46和3．19m^3。     

弯管中液固两相流及壁面碰撞磨损的数值模拟

利用Eulerian-Lagrangian混合模型对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%～8%)运行时壁面磨损过程进行了数值模拟.计算了流场中湍流速度及压力的分布,并对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较.模拟结果表明:在弯管为90°时,颗粒分布最为理想,最大磨损率出现在弯管中心角40°～60°的范围内,即该区域固粒对壁面的碰撞频率和强度最大.该结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用.     

匀速流体横掠管束的流场数值模拟

采用标准k-ε模型对速度分布不均匀气体流经顺排和错排管束的流场进行了计算机数值模拟,SIMPLE算法求解速度场和压力场的耦合,方程离散采用二阶上风格式,管箱进口处气体速度假设符合二次曲线分布,研究不同排列方式管束对气流的影响.结果表明,对于顺排管束,经过5排管子,流速就可达到比较均匀;对于错排管束,由于对流体的扰动加强,只要经过4排管子,流速就趋于均匀;当管束的横向和纵向节距变大时,对流体的扰动减弱,气流需要经过更多排管束,速度才能达到均匀;在管箱顶部和底部,由于流体速度高,管束容易被磨损.     

缠绕管排列方式对缠绕管式换热器内壳程流场影响的数值模拟

采用SolidWorks建立了3种不同换热管排列方式缠绕管式换热器的物理模型,利用Fluent流场模拟软件,考察了缠绕管式换热器内管排列方式及入口流速对壳侧流动、传热性能的影响。模拟结果表明:与平行排列方式相比,采用错位排列方式时由于缠绕管的导流作用,管间存在较大的径向速度,促进缠绕管外侧流体与缠绕管周围流体的混合,管后低速区面积亦大大减少,强化了流体传热;温度分布更加均匀。基于换热器评价体系对模型进行了评价比较,入口流速超过0.3m·s~(-1)时,错位排列的换热器的努塞尔数最高、平行排列最低;交叉排列的换热器的阻力系数比其它两种方式略高;PEC指数计算结果表明:错位排列方式的PEC指数最高,当入口流速为0.9m·s~(-1)时,大约高出25%,具有更好的传热性能。     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响。模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀。与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算。     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响.模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀.与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算.     

用CFD方法模拟膜生物反应器内部流场及布气优化

采用Eulerian多相流模型对膜生物反应器进行气液两相流数值模拟,对“对齐”和“对齐导流”两种反应器构型内部流场气含率、速度场和膜面液体流速进行了分析比较,并就布气方式进行了分析和优化,同时借助缩小实验模型对模拟结果进行了实验验证.结果表明：两种反应器构型流场内的气泡呈现出汇集于膜组件中心位置,然后在膜组件顶端散开的流动状态;导流作用对反应器内气含率分布的影响不大,但对速度场分布特性影响显著;体积缩小100倍的对齐导流模拟装置中的气液流动状态与CFD模拟结果基本一致;通过对布气方式的优化模拟发现,不均匀布气方式可以改善气体分布状况,提高反应器内气含率和流场的湍流强度.     

多层连续式微波药丸干燥设备的设计

阐述连续式微波药丸干燥设备的结构特点和设计要点,确定干燥设备的抽湿系统设计采用设备出口端底部进风,进口端顶部抽风的方式,使冷却风在设备内部呈"S"型运动;并借助于有限元分析软件对设备结构进行了优化,结果表明:微波干燥室的不同位置,电场的分布差别很大;频率大于1.5 GHZ的微波才能有一定的谐振效果;具有梯形波导口的干燥室,且两个波导口一纵一横排列的方式,干燥室内电场分布更强更均匀;干燥床布置的最合适的位置是距离底面200 mm左右的位置。     

中压低温透平膨胀机增压端三维数值模拟

综合运用现代计算流体力学方法对某型号中压低温透平膨胀机增压端的三维定常黏性流场进行了数值模拟,详细研究了轮背间隙和密封腔内的刮削回流现象、动叶通道内的流场气动参数以及无叶扩压器内的流动特性对整机气动性能的影响。研究结果表明:气封齿和盖板缝隙内的局部射流是形成气封齿内旋涡旋向的主要因素;轴封槽内存在较大的旋涡且挂在齿尖上,这是由于齿尖区域的节流作用导致的;无叶扩压器和蜗壳通道内的流动具有很强的三维不均匀性,自蜗舌位置开始顺时针方向约45°范围内压力和温度都明显低于其他周向位置,影响了蜗壳的气动特性。数值计算结果为膨胀端的气动优化和改型设计提供了依据。     

燃烧器布置对1 000 MW锅炉热偏差的影响

为改善单炉膛双切圆锅炉燃烧器墙式布置时炉内形成"冷热角"、易结渣的问题,提出一种新型燃烧器布置方式.利用Fluent软件模拟一台1 000 MW超超临界锅炉燃烧器布置对炉内流场和炉膛上部受热面热偏差的影响.结果表明,燃烧器采用半墙式半角式布置方式可以有效改善炉内的斜椭圆流场,降低前墙中部区域的温度,同时使火焰中心上移,屏底温度增加;气流旋转动量的增大导致切向速度提升,切圆直径增大,炉内气流有偏向侧墙的趋势.对于炉膛出口各截面的烟气速度、温度分布不均匀性和炉膛上部受热面热偏差增加问题,可以采用燃尽风偏转等措施来减小热偏差.     

立磨选粉机导流圈的数值模拟与分析

为解决立磨改造中进入选粉机分级室气流速度过低的现象,设计了一种用于提升气流速度的导流圈.采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型分别对立磨选粉机的气相流场和气固两相流场进行了数值模拟研究,对比分析了不同导流圈α角下的速度、压力分布云图和颗粒运行轨迹.模拟发现,导流圈α角过大,会限制进入选粉机分级室的气流速度;α角过小,则将增大立磨选粉机的压阻.结果表明:α角为60°时,大部分颗粒能够被迅速提升至分级室,同时选粉机自身的压阻也相对较小,细粉在选粉机内的停留时间较短,选粉机具有最高的分级效率.试验结果和工程应用表明,导流圈的设计有效提升了立磨选粉机的性能和产量.     

新型柱浮选泡沫输送装置及固液两相流动特性

针对高含气率、高黏性柱浮选泡沫输送的需要,设计了一种新型柱浮选泡沫输送装置,并进行了固液两相流动特性模拟.结果表明,漩涡多靠近叶片工作面,其方向与叶轮旋转方向相反;叶轮内各流道压力分布较为均匀,叶轮中心区域为低压力区;颗粒直径越大,叶片工作面和轮缘处分布的颗粒越多,磨损程度越重;颗粒浓度越大,流体的全速度越高,叶轮出口附近处颗粒速度梯度越大,叶轮受局部磨损程度越重.基于数值模拟的优化设计结果表明,采用后倾叶片、扩大出料管径和增加出料管数量,有利于改善输送效果.     

两类补丁对S型旁路移植影响的血流动力学数值研究

在下肢动脉重建手术中常使用Miller袖口和Taylor补丁来提高术后血管的长期通畅率.相对于传统移植方式,基于旋动流理论建立的S型动脉旁路移植方法可在宿主动脉内产生螺旋流动,有效地减少吻合口内膜增生.为了研究Miller袖口和Taylor补丁在S型动脉旁路移植术中对吻合口流场的影响,通过数值方法建立原始S型、以及分别采用Miller袖口和Taylor补丁的3个S型旁路模型,对比分析其速度场、二次流、螺旋度、壁面切应力等参数.结果表明,原始模型具有紊乱的流场,急剧变化的壁面切应力,在足尖、吻合口相对的宿主动脉底部壁面的血流动力学特性容易引发内膜增生.Miller模型壁面切应力变化稳定,但足尖处的血流动力学较差,容易引起内膜增生.Taylor模型流场最为均匀,壁面切应力变化平缓,吻合口内的高螺旋度面积比例最高.比较而言,在S型股动脉旁路移植手术中采用Taylor补丁可以更好的改善吻合口的流场特性.