磨料流加工技术现状及展望

磨料流加工技术是机械光整加工中新发展起来的一项新工艺、新技术。简要介绍了磨料流加工技术研究的现状和基本机理，并在此基础上对磨料流加工技术的研究进行了展望，首次提出了磨料流加工虚拟技术的概念。     

磨粒流加工的固液两相流模型及压力特性模拟

以FLUENT软件为计算平台,采用Spalart-Allmaras固液两相Mixture湍流模型对磨粒流加工过程中磨粒流的流动形态进行了数值模拟,结果表明：增大压力差可提高通道中流体的平均速度,增大边界层与壁面流速差可提高加工效率;通过改变进口压力得到非稳态流场,能够使近壁面处的磨粒数目增多,有利于加工效率的提高。同时,模拟结果还反映了黏度对磨粒流加工有重要影响。数值模拟结果为磨粒流加工过程中的参数选择提供了参考依据。     

微型轴流式血泵叶轮流场CFD计算分析

通过对人工血泵中血液的流体动力分析,计算血液流场的结构和流动性能,可以较好地了解设计血泵的血液流动和流场对血液造成的损伤。本文通过对一种微型轴流式血泵叶轮流场采用CFD方法进行了计算和分析,结论:计算了该叶轮在满足正常人体供血时的工作转速和驱动功率,为磁耦合驱动的设计提供了理论数据;血液经过螺旋叶片,速度分布梯度变小,有利于血液的均匀流动,减少了对血液的破坏,叶轮流场结构基本合理。但是,叶轮边缘间隙处存在局部高剪切区,由于局部压差的存在,流场在出口处出现局部回流。     

高浓度固液两相球阀开启压差特性分析

利用雷诺应力模型和欧拉—欧拉方法对固液隔膜泵出口球阀的开启压差及压力分布特性进行了理论推导与仿真分析,以纯液相压力特征为基础,进一步研究了多参数下高浓度固液两相流进出口压差的变化规律并相应地建立了压差理论及回归数学模型。研究结果表明,球阀出口压力为1.0 MPa,阀球材质为氟橡胶包覆硬铝质芯时,理论分析所得球阀开启所需压差为3.99×105Pa,而球阀开启后,模拟得到进出口压差及轴向液动力迅速衰减,低压力区出现于阀座上下顶角间的10 mm环形阀隙中心区域,其轴向位置随阀口开度增大呈线性下降。当流动介质为高浓度液固两相流时,阀隙内部射流加速段上移至阀座上顶角z=30 mm处,球阀进出口压差达到了单相流压差的8倍以上,并且得到了各物性和操作参数(阀口开度、固相浓度、混合粘度、入口流量等)对压差影响的显著性程度排序。     

车用液力变矩器混合流道CFD仿真方法

针对车用液力变矩器复杂动态过程中工作相位随时发生转换,不能及时判断相应流场结构的改变,难以对瞬时流场特性进行准确仿真的问题,基于传统变矩器CFD流道模型和导轮空转无叶片模型,建立了液力变矩器混合流道CFD仿真模型。该仿真模型可以自动识别变矩器变矩、偶合和功率反传等工作相位及其相位转换过程,并根据导轮是否空转自动选择相应流道模型。对某变矩器进行了一系列稳态通用特性和动态特性的仿真与试验研究,对比结果表明,液力变矩器混合流道CFD仿真方法对变矩器稳态和动态特性仿真精度较高,有效解决了变矩器复杂动态过程难以快速实时仿真的问题,具有一定的工程实际意义。     

异形内孔曲面的磨料流均匀加工方法研究

针对磨料流加工异形曲面一致性较差的问题,提出通过设置相似模芯结构以改善剪切应力分布的状态,从而实现均匀化加工异形曲面的方法。根据磨料流的剪切率与黏度的关系建立了幂律模型,通过COMSOL Multiphysics软件的CFD模块计算得到置入模芯时磨料介质在加工表面的速度、剪切率和剪切应力的分布。仿真与实验表明:置入相似的模芯后可形成等宽的流道,各曲面受到的剪切应力趋向一致。工件内壁表面粗糙度Ra最大差值由无模芯时的0.376μm降为置入模芯后的0.017μm。     

插装型液压锥阀内部流场的数值模拟及可视化分析

针对液压技术中广泛应用的插装型锥阀，依照实际所用阀的结构和参数，分别对简化为轴对称的二维流场模型和不经过任何简化和近似处理的三维面对称流场模型两种情况，应用CFD分析软件nuent，进行了仿真计算和可视化研究，给出了锥阀阀腔内的速度场、压力场和流线图。对比分析表明，采用基于三维流场的可视化分析，可更清楚全面地反映锥阀内部的复杂流动情况，为从机理上分析锥阀内部流畅和能量损失及流道结构的优化设计提供了更充分的理论依据。     

基于动网格的水下发射装置两相流研究（英文）

为防止水下武器发射时水流浸没身管,提高小口径武器在水下发射的初速,水下武器膛口前需设计密封装置。建立水下武器密封装置模型的非结构网格计算域模型,利用计算流体动力学（CFD）、动网格和UDF等相关知识,通过求解N-S方程,对密封装置内复杂的两相流进行了数值分析计算。仿真结果表明,密封装置内排出的气体有利于射弹超空炮的形成;此外,在水下5m发射时弹前激波和弹后激波对箱体冲击作用力峰值可达100 MPa,因此要求密封装置要有足够的强度。     

基于CFD的磁流体轴承润滑膜特性分析

磁流体轴承具有转速高、密封性好、承载力强等优点,符合高速铁路中的应用需求。提出一种磁流体轴承结构,并运用CFD方法对轴承润滑区的承载性能以及热效应问题进行了仿真计算,在此基础上进一步分析了偏心率对轴承承载力及温升的影响规律,为之后磁流体轴承的进一步设计提供帮助。     

Application of computational fluid dynamics and fluid structure interaction techniques for calculating the 3D transient flow of journal bearings coupled with rotor systems

Journal bearings are important parts to keep the high dynamic performance of rotor machinery. Some methods have already been proposed to analysis the flow field of journal bearings, and in most of these methods simplified physical model and classic Reynolds equation are always applied. While the application of the general computational fluid dynamics (CFD)-fluid structure interaction (FSI) techniques is more beneficial for analysis of the fluid field in a journal bearing when more detailed solutions are needed. This paper deals with the quasi-coupling calculation of transient fluid dynamics of oil film in journal bearings and rotor dynamics with CFD-FSI techniques. The fluid dynamics of oil film is calculated by applying the so-called ’’dynamic mesh’’ technique. A new mesh movement approach is presented while the dynamic mesh models provided by FLUENT are not suitable for the transient oil flow in journal bearings. The proposed mesh movement approach is based on the structured mesh. When the journal moves, the movement distance of every grid in the flow field of bearing can be calculated, and then the update of the volume mesh can be handled automatically by user defined function (UDF). The journal displacement at each time step is obtained by solving the moving equations of the rotor-bearing system under the known oil film force condition. A case study is carried out to calculate the locus of the journal center and pressure distribution of the journal in order to prove the feasibility of this method. The calculating results indicate that the proposed method can predict the transient flow field of a journal bearing in a rotor-bearing system where more realistic models are involved. The presented calculation method provides a basis for studying the nonlinear dynamic behavior of a general rotor-bearing system.     

发动机冷却风扇性能的优化设计研究

针对面向性能的发动机冷却风扇叶片几何形状优化的问题,将参数化建模技术应用到对冷却风扇叶片安装角的描述中,建立了冷却风扇的参数化模型,以多学科优化平台Isight和商业流体模拟软件Fluent为基础,建立了一种模型参数化、网格划分、CFD分析和多目标优化相结合的发动机冷却风扇优化集成平台,并运用非支配排序遗传算法对冷却风扇进行了优化。对优化结果与试验结果进行了对比,分析了冷却风扇的内部流场。研究结果表明,优化后的风扇模型静压提高了12.840 6%,动压和风扇效率也有所提高,冷却风扇的整体性能得到了优化。     

一种拉索套管外形的设计与优化

为了减小斜拉索的振动,延长其使用寿命,提出一种新的斜拉索套管外形。首先,采用空气动力学方法初步设计了一种斜拉索套管外形——仿水滴形;然后,通过对该外形与仿鱼雷外形的计算流体力学(computational fluid dynamics,简称CFD)模拟仿真结果进行分析比较可知,新外形能减小拉索尾部形成漩涡生成的概率,降低斜拉索产生的大幅振动,有效提高斜拉索的稳定性;最后,运用Matlab遗传算法对初始的仿水滴气动外形进行进一步的参数优化,得到优化后的仿水滴外形。优化结果表明,优化后新外形的临界最大压力值、速度值和阻力系数都有一定的减小,可以较好地降低斜拉索的振动。     

离心泵内流场空化特性的数值模拟研究

针对离心泵内流场特性分析困难的问题,对离心泵流场数值模拟的几何模型建立、模型网格划分和边界条件设定进行了研究,采用计算流体力学方法,获取了在敞水性能条件下离心泵的扬程-流量、效率-流量的变化关系;结合Zwart空化模型,重点对不同有效汽蚀余量时离心泵的空化流场进行了数值模拟,得到了离心泵的内部流线和空泡分布的情况,并与该离心泵机组进行了性能测试实验,最后在此基础之上进行了对比分析。研究结果表明,所采用的数值模拟方法和空化模型合理有效,此结果可为进一步开展离心泵空化监测技术研究提供借鉴。     

Flow Field Characteristics for Parachute-projectile System

In the current research for parachute flow field nowadays,the size of parachutes in previous research are so large compared with their carriers that the effects of the carriers wake flow to parachute are always neglected.Different from such large parachutes,the parachute size in this paper is on the same magnitude with the carrier,thus,the carrier can obviously affect the parachute flow field.In this paper,flow field characteristics of small parachute for projectile decelerating are researched through two approaches,namely,computational fluid dynamics(CFD) simulation and wind tunnel tests.Three parachutes with various sizes are chosen for study.Firstly,the CFD simulation of flow field around these parachutes is carried out,and then the CFD simulation of parachute-projectile systems is executed.According to the simulation results,the phenomenon is observed that in the simulations of parachutes there are two vortex-rings at the wind shadow of parachutes,however,in the second simulations of parachute-projectile systems,two additional vortex-rings emerge inside the parachutes.Due to these two inner vortex-rings,the pressure inside parachutes decreases.As a result,the drag of parachute in simulation of parachute-projectile systems is about 20% smaller compared with the prior one.In order to verify the numerical results of CFD simulations,wind tunnel tests are employed.In terms of the data of the wind tunnel tests,the CFD simulation for flow field characteristics is reasonable and feasible.The results of both CFD simulation and wind tunnel tests demonstrated the influence of projectile wake flow to parachute drag can not be neglected if the parachute size is on the same magnitude with projectile.The influence to parachute drag from the ratio of projectile diameter to parachute diameter is also analyzed both in CFD simulations and wind tunnel tests.The approach combined CFD simulation and wind tunnel tests proposed can be used to guide the design of such parachute whose size is on the same magnitude with carrier.     

三级同心液压溢流阀噪声特性的CFD分析

为了改善广泛应用的三级同心溢流阀的噪声特性,按照实际阀的结构和参数,建立了锥形主阀内部流场的三维模型,应用计算流体动力学计算软件Fluent,对三级同心溢流阀模型的多种工况进行了仿真计算和可视化研究,给出了锥阀阀腔内的速度场、压力场分布图.在可视化分析的基础上对阀芯的结构做了改进,对比了3种结构不同阀的内部流场特性.结果表明,改进结构后流场中漩涡区的分布减小,最低压力得到提高,降低了气蚀和噪声发生的可能性.此研究工作为流道结构的优化设计提供了理论依据.     

Fluid damping clearance in a control valve of injector

A force model of a control valve of injector is set up, and the changes of the fluid damping clearance are investigated on the basis of the results of the computational fluid dynamics (CFD) and the experiments of control valve of injector. Results indicate that a damping clearance of 0.02–0.03 mm between the poppet and the valve guide is the most sufficient to dampen any excessive control valve poppet bouncing. __________ Translated from Journal of Shanghai Jiaotong University, 2006, 40(6): 1031–1034 [译自: 上海交通大学学报]     

基于Kriging代理模型液压锥阀抗空化结构优化研究

空化是液压锥阀运行时造成振动及噪声的重要因素,其影响原因颇为复杂。针对水液压锥阀内空化问题,利用Fluent中混合模型(Mixture)及标准k-ε湍流模型,对不同阀芯锥角的锥阀进行计算流体动力学(CFD)分析,发现锥角和开度对锥阀内的空化程度有直接影响。将阀芯锥面改为2个不同锥角的锥面,对阀芯结构参数作5水平全因子实验设计,分析出125个模型的气体体积分数,以平均气体体积分数为空化优化设计目标,建立平均气体体积分数与阀芯结构参数之间的Kriging模型,然后采用遗传算法对此模型进行寻优,得到最优的锥阀结构。优化后的锥阀结构对空化有一定抑制效果。     

三种迷宫密封泄漏量及动特性系数数值研究

对直通型、阶梯型及交错型3种迷宫密封流场进行数值分析,研究其封严特性及动力学特性,分析进出口压差、转子转速对迷宫密封泄漏量及动力学特性系数的影响。研究结果表明:交错型迷宫密封封严特性最优,直通型最差;直通型迷宫密封在高转速时有较好的动力学特性,而交错型迷宫密封在低转速时动力学特性很好,但随转速的增加动力学性能急剧下降;在进出口压差较大或转速较低时,交错型迷宫密封具有良好的密封性能及动力学特性,阶梯型迷宫密封动力学特性最差;在转速较高时,直通型迷宫密封具有良好的动力学特性,交错型迷宫密封动力学特性最差。     

车灯清洗器喷嘴内流体流动的CFD分析

在建立了某车灯清洗器喷嘴内部流动的三维CFD计算模型之后,对该喷嘴内部的三维流动进行了数值模拟分析,分析了喷嘴旋芯结构参数对喷嘴的压力、出口速度等的影响。分析结果为喷嘴结构的设计提供了重要的参考依据,从而可以减少大量的实验操作。