计算流体力学在制冷工程中的应用

近年来，计算流体力学被越来越多地应用到制冷领域中。计算流体力学(CFD)是流体力学的一个分支，用于求解固定几何形状空间内的流体的动量、热量和质量方程以及相关的其它方程，并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，是工程设计人员用于分析问题和解决问题强有力的和用途广泛的工具。本文对CFD在制冷各方面的应用进行了综述，并对CFD应用的优势和应用前景作了探讨。     

计算流体力学在制冷领域中的研究应用

近年来，计算流体力学被越来越多地应用到制冷领域中。它是流体力学的一个分支，用于求解固定几何形状空间内的流体的动量、热量和质量方程以及相关的其它方程，并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，是工程设计人员用于分析问题和解决问题强有力的和用途广泛的工具。本文对CFD在制冷各方面的应用进行了综述，并对CFD应用的优势和应用前景作了探讨。     

考虑流体渗透压力的管道焊缝内裂纹扩展流固磁耦合方法

为实现利用漏磁法检测在役管道焊缝内裂纹动态扩展问题,本研究提出一种考虑流体渗透压力的管道焊缝内裂纹扩展流固磁耦合方法。通过建立管道焊缝内裂纹扩展的流固磁多物理场模型,来构建流固磁多场耦合方程,并进行管道焊缝内裂纹扩展计算,从而实现管道焊缝内裂纹周围计算域网格重构与管道焊缝内裂纹扩展进程中的漏磁场分析。结果表明,流体渗透压力加速了内裂纹扩展进程。与不考虑流体渗透压力相比,考虑流体渗透压力的管道焊缝受到更严重的威胁。同时,考虑流体渗透压力施加的流固磁多场耦合方法更符合工程实际情况。考虑流体渗透压力的管道焊缝内裂纹扩展流固磁耦合方法能较准确地表征在役管道焊缝内裂纹的扩展程度,判断管道焊缝损伤的危险等级,解决流固磁多场耦合作用下管道焊缝内裂纹扩展表征与评价问题。     

一种气动声源的数值研究

将CFD技术研究引入对一种气动声源的流体数值模拟研究,利用Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间用滑移网格技术建立交界面,进行数值模拟,再采用时域和频域分析方法对流场内压力脉动的强度和频率进行分析,并将该结果与该气动声源的试验值进行对比,证明该数值计算的可靠性。     

利用CFD获取超声流量计截面速度分布

 通过CFD技术在超声波流量计设计过程中的引入,为流量系数的获取提供了新的途径.通过对特定管道的理论计算表明,采用CFD技术获取的管道内部流型完全可以与试验数据吻合,有助于超声波流量计应用场合流量系数曲线的获取及其精度的保证.     

流体管道超声导波无损检测

研究工程中流体管道的结构损伤识别技术具有现实的意义。以实现管道损伤定位为目的,探讨超声导波检测技术在流体管道的结构损伤识别中的可行性以及其识别精度。选择材料为20#碳钢的圆管为研究对象,根据频散方程利用数值法求解其各个模态频散曲线。以管中导波的传播原理为基础,从管中导波的模式、频散特征、避开截止频率、传播速度等方面因素选择激励信号,通过Abaqus有限元仿真分析导波在流体管道中的传播机理,利用概率密度函数法实现流体管道损伤定位。最后通过在管道上引入切槽损伤和孔损伤进行实验,对定位方法进行验证,实验结果与仿真分析基本吻合,证明了该方法的工程实用价值。     

液体流量计在线检定实验研究与数值模拟

根据计算流体力学原理（CFD）,对不同的管道条件进行数值模拟,分析管道内流场分布情况,并通过实流试验和CFD数值模拟试验的结果比较,讨论了影响在线流量计检定结果的因素。将CFD技术应用到现场在线流量计检定,能够优化检定结果,保证数据的可靠性,从而更好解决一部分不能离线检定的流量计的量值溯源问题。     

管道冲刷腐蚀缺陷对超声测量流体速度的影响

针对管道内流体冲刷腐蚀管壁变薄最终导致管内流体泄漏的问题,采用超声多普勒检测法测量管道内流体速度分布以判断管壁的损伤程度。建立带有缺陷的管道内流体模型,通过CFD数值模拟分析了不同雷诺数以及不同缺陷下管道内流体状态。利用含有不同预制缺陷管壁厚度的有机玻璃作为实验测量对象,超声多普勒检测法测量参量分别为入射频率8MHz,入射角10°。CFD数值模拟以及UVP实验结果均表明,在缺陷不同位置处的流体速度分布具有较大区别,具体表现为在缺陷位置处缺陷越大流体速度分布越平缓;在缺陷临界点位置处产生了涡流现象,随着缺陷的增大和流量的增大,涡流现象将更加明显;在远离缺陷位置后的流体速度分布与缺陷位置前的区别并不明显。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

弹射座椅气动参数的数值计算

为了解决弹射座椅研究中风洞试验不足和气动参数缺乏的问题,尝试了采用计算流体力学（CFD） 方法,利用CFD计算软件Fluent求解N－S方程,对弹射座椅的外流场进行数值计算,求得了弹射座椅不同姿态 下的气动参数值,并将部分气动参数与风洞试验的测量值进行了对比,结果发现,计算结果与试验值的变化趋 势完全相同,大多数计算值与试验值的误差都在１０％以内,能够满足工程计算的需要,可以作为试验值的补充 和替代。通过CFD方法在弹射座椅气动参数计算中的应用,可以看到CFD方法在弹射座椅的研究中有着广阔的 应用前景。     

CFD技术在影剧院空调气流组织分析中的应用

介绍了影剧院空调系统的特点及评判空调系统设计优劣的技术指标;将CFD技术应用到了对影剧院空调系统的气流组织分析中;通过简单实例的分析,说明了CFD在影剧院空调系统设计中的优越性.     

输流管道的流体诱发振动稳定性分析

考虑内、外部流体的联合作用,研究输流管道的流体诱发振动稳定性。将外部流体的作用简化为涡激升力,利用Kane方法建立输流管道的二维非线性涡激振动方程。将动力学方程在平衡位置附近线性化,进行输流管道的稳定性分析。探讨不同内外流流速、外部流体的粘滞力系数、管道跨度以及内外流联合作用对管道稳定性的影响。研究结果表明,非线性涡激振动模型更真实地反映输流管道的流体诱发振动稳定性,在内流和管道跨度的影响下,发生耦合模态颤振现象;外部流体粘滞力系数的变化对管道的动力特性有明显的影响;在内外部流体的联合作用下管道的振动特性与各因素单独作用时明显不同。     

风力机叶片流固耦合计算的降阶模型研究

针对风力机叶片流固耦合计算复杂,耗时量大的局限性,建立了一种风力机叶片的弱耦合计算降阶模型。采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法建立流固耦合计算中空气流体方程的降阶模型,利用POD方法将流体控制方程的速度和压力等未知量进行基模态分解并用一小部分空间模态表示,对流体方程进行时间离散,在既有缩减空间上采用Galerkin投影方法获得流体控制方程的最小残差投影,构造流体方程的最小残差降阶模型。再将流体降阶模型与风力机叶片进行流固耦合计算。将该降阶模型应用于经典NREL V风力机叶片的流固耦合计算中,对比了该降阶模型和经典Galerkin法的时间离散系数;计算得到了风力机叶片的受力和变形变化特征,并与CFD结果进行了对比,结果表明了该降阶模型的正确性和有效性。最后对比了该降阶模型和全阶模型的计算效率,结果表明降阶模型的计算效率有较大幅度提高,节约了大量机时。提出的降阶模型是正确有效的,达到了准确高效进行风力机叶片流固耦合计算的目的。     

基于分层模型的功能梯度输流管道耦合振动

基于Timoshenko梁模型,研究了材料属性沿管道壁厚方向呈梯度变化的输流管道的耦合振动。沿厚度方向将功能梯度材料离散为若干层均质材料;考虑流体在轴向的可压缩性及管壁与流体间的摩擦,通过Hamilton原理及流体动量方程、连续方程建立了功能梯度输流管道的耦合振动模型;采用动刚度法对管道单元进行求解,并通过算例分析了功能梯度材料的梯度指数变化对管道动态特性的影响。     

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析

研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算。对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解。然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性。最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析。结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强。     

弯管转角对液压管道振动特性影响分析

飞行器液压管道的振动关系着飞行器管道系统的使用寿命及飞行安全,该振动主要由液压泵体振动、机身振动及管道与流体耦合振动三部分组成。前两种振动可以通过软管连接而得到较好的解决,最后一种振动则需要通过对管道系统进行优化设计来减弱。在管道与流体耦合振动中,管道转弯处又是耦合的敏感区域,应用有限单元法及计算流体动力学法对某型飞行器一典型的高压管段进行了数值液固耦合分析,探讨了在航空泵非定常流速下弯管转角对该管道振动特性的影响。分析结果表明,管道弯头的转角从 降低到 ,其振动幅值降低了50%,振动峰峰值降低了68.29%,可见弯管转角对管道振动的影响需要在将来的设计中应给予足够的重视。     

新型气液两相流相含率检测装置特性研究

油气开采及油气运输中流体不分离计量是实现低碳生产的有效途径,气液两相流检测技术是实现这一目标的关键技术基础。利用近红外光谱技术作为研究测量方法,在水平管道上设计沿两相流流动方向进行测量的气液两相流相含率检测装置,将原有探头径向放置测量的方式改为沿流体流动方向进行测量,提高被相应的接收探头接收比例,达到准确测量的目的。利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真软件,优化装置结构。在新型测量装置上完成多个工况点的实验测试,得到相含率与近红外测量电压信号之间的数学模型,且相对误差分布在0.11%以内,为今后气液两相流不分离检测提供一种新方法 。     

截止阀启闭时流动特征的动态数值模拟

针对XYZ-125G型稀油站所广泛使用的J41H截止阀工作状态下流场特点,采用计算流体动力学(CFD)的方法对截止阀的流动情况进行动态数值计算。详细模拟出截止阀阀盘开启和闭合过程中阀体内部的速度、压力分布和压头损失。CFD模拟阀体压头损失值和利用理论计算的阀体压头损失值吻合较好,阀门的开启或闭合,水泵的突然停车等原因,使流速发生突然变化,同时产生压强的大幅度波动现象。通过CFD技术在模拟截止阀启闭过程中动态流动状况的应用,能够确定流体通过阀道时所产生的漩涡、水锤和死水区等水流状况,为液压冲击的预测与防范及阀道结构优化提供理论依据。     

利用FEM/IBEM计算流体介质中的壳体的结构声耦合问题

利用有限元和间接边界元的声振耦合方程同时计算结构表面的振动和相应的辐射声场，将结构的物理坐标转化成模态基本量来表示，对完全耦合的结构动力学方程及声场方程进行解耦，对浸汉于两种流体介质中的椭圆球壳体的数值计算结果表明，流体介质改变了结构的共振特性及声辐射特性。本文的数值方法可用于任意复杂结构在流体介质中的振动和声分析。     

流量系统中阻力损失的分析与计算

流体在管道中流动需要一定的推动力,流体流动的过程实质上是推动力对其作用的过程,为了有效防止管道内产生气穴或者由于压力过低而影响检测准确度,保持足够的管道内压力是保证流量系统流动稳定的必要条件,因此研究流体流动过程中的阻力损失对流量装置的研究以及系统设计至关重要,文章以简化的水表试验装置为例对系统中的沿程阻力损失以及局部阻力损失进行了详细的分析与计算,并与实验结果进行了对比,为系统分析和装置设计提供了试验依据。