基于Fluent的搅拌器三维流场数值模拟及其实验研究

利用Fluent软件对搅拌器搅拌过程进行单相(水)三维数值模拟,研究3种不同类型桨叶在不同搅拌速度和有无挡板条件下搅拌器的搅拌特性,并用搅拌实验结果验证了数值模拟的合理性。同时,搅拌器单相流场数值模拟结果为搅拌器放大提供了充分的理论依据,为搅拌器的优化设计奠定基础。通过理论研究与实验验证相结合的方法,分析了影响搅拌性能的因素,减少了实验时间和成本,对搅拌器的实践工程应用有指导性意义。     

曲面型叶片轴流式搅拌器数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT、利用多重参考系法(MRF)对曲面型叶片轴流式搅拌器的流场进行数值模拟.首先分析研究了不同扭角下曲面型搅拌器槽内流场特性和搅拌功率,表明:当扭角为10°时,槽内湍流强度强的区域更大,且搅拌功率最高;其次还分析了不同桨叶数的曲面型轴流式搅拌器的时均速度分布和搅拌功率,可知槽内时均速度、搅拌功率随着桨叶数的增加而增加.     

拉杆对锚式搅拌器搅拌效果影响的数值模拟

对锚式搅拌器的研究大多采用试验的方法,现采用数值模拟软件对锚式搅拌器进行研究。对无拉杆、带水平拉杆和带水平垂直拉杆等3种锚式搅拌叶轮在不同雷诺数的流体中进行数值模拟,得到了槽内流体的流场特性,分析对比了拉杆对锚式搅拌叶轮功率消耗的影响。结果表明,放置水平拉杆的锚式叶轮对功率消耗无明显影响,而且同时放置水平和垂直拉杆的锚式叶轮,对功率消耗也无明显影响。模拟结果与文献试验结果相符。     

桨式搅拌器安装高度对搅拌效果的数值模拟

搅拌器安装高度对搅拌效果的影响一般采用实验研究方法,运用数值模拟技术系统的研究较少.通过FLUENT软件系统地研究了桨式搅拌器在不同安装高度下搅拌槽内流场的湍流强度分布、流速分布以及在不同安装高度下搅拌功率的大小.结果表明,搅拌器在合适的安装高度下,搅拌功率随着安装高度的增加有细微的减小;在不合适的安装高度下,搅拌效果会受到影响,功率会增加.     

搅拌器表面粗糙度对搅拌性能影响的实验研究

在搅拌器的搅拌过程中,因其桨叶的冲蚀磨损及颗粒黏附会导致叶片表面的粗糙度发生改变,从而影响搅拌器的搅拌性能.针对这一问题,采用实验的方法研究了搅拌器表面粗糙度对其搅拌性能的影响.首先,选择了不同粒径的微观粗糙元和宏观粗糙元,并黏贴在桨叶的不同部位,构建了不同的实验结构;然后,针对各种实验结构开展了实验测试,通过实验装置...     

搅拌槽内部固-液悬浮流场的数值模拟及实验研究

随着计算机技术的迅速发展和计算流体力学理论的不断进步,国内外许多研究者利用CFD软件对搅拌器内部流场进行了大量的模拟。同时,也有不少学者针对搅拌设备内部流场利用LDV和PIV等测量技术进行了实验研究,结果表明,CFD模拟的结果与实验数据吻合较好。利用滑移网格法计算了六折叶圆盘涡轮搅拌器内部固-液悬浮流场。采用标准湍流模型及欧拉法来建立流体力学模型,研究了搅拌器在不同转速及不同安装高度下,流场的分布情况,分析了数值模拟和实验研究之间的功率消耗差异。通过数值模拟,为搅拌器的优化和放大提供参考。     

沉淀搅拌槽三维流场数值模拟

使用计算流体动力学软件FLUENT对沉淀搅拌槽内的流场进行了数值模拟,分析了桨叶离底高度对三维流场的影响,进而利用模拟出的数据计算出搅拌轴的功率。结果表明:提高搅拌桨离底高度,有利于提高混合效果。     

穿流式搅拌器槽内流场的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法对有挡板条件下的桨式和穿流式搅拌器槽内流场进行了三维数值模拟。在模拟的条件下,穿流式搅拌器提高了搅拌槽内的剪切速率,能够增强槽内流体的湍动,同时也加强了搅拌槽底部的流体流动。实验和模拟都发现在雷诺数较低时,两者的功率准数相当,随着雷诺数的增加有孔平桨的功率准数下降。并且发现单层四叶有孔平桨和双层二叶有孔平桨的功率准数模拟相对误差小于单层二叶有孔平桨的模拟误差。总体来说模拟值与实验值吻合还是较好,所以CFD方法的能够用于穿流式搅拌器的优化设计。     

基于Fluent数值模拟的压裂液搅拌装置功率分析

搅拌装置在混砂车混合压裂液的过程中起着重要作用,为了解决搅拌器在混合搅拌的过程中功率消耗偏大的问题。运用正交设计软件确定了实验的正交表格,利用SolidWorks建立了搅拌装置的几何模型,对不同的结构参数下的模型用Fluent软件对其进行模拟得到其搅拌功率的数值,利用正交软件对不同结构参数下的搅拌功率进行分析从而得出了影响搅拌功率的最优组合,为实际混合搅拌作业提供了可靠的理论依据。     

双流道转轮水力透平机的全流道数值模拟

依据给定的参数,对水力透平机进行模型设计。采用FLUENT软件对所设计的水力透平机进行了全流道三维定常湍流数值模拟,计算以雷诺时均N-S方程为基础,基于贴体坐标和交错网格划分,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。定常湍流计算采用了标准k-ε湍流模型。模拟计算获得了水力透平各过流部件内部的流动机理,该数值计算方法和结果对水力透平机的水力优化设计具有重要意义。     

双层组合叶轮的搅拌槽对液固两相流的数值模拟

采用液固两相流的方法进行数值模拟,运用Fluent软件,利用多重参考系法(MRF)、Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行仿真,分析双层搅拌桨在立式搅拌槽不同工况下槽内的流场流动及搅拌功率特性。结果表明:不同组合叶轮对流场宏观流动特性影响显著,当上下层叶轮结构不同时,混合液的湍动能增强,循环流动增强,混合效果提高,故选择双层上斜下直搅拌桨作为最优桨型。在此基础上分析搅拌功率,转速大搅拌功率大;粒径增大,搅拌功率先减小后增大;颗粒体积分数对搅拌功率影响不明显,对比模拟值与实验值的最大误差为15%。     

井下泥浆涡轮水力性能数值模拟及试验验证

为了提高井下泥浆涡轮的水力性能,采用NACA翼型+前弯叶片代替圆弧平板直叶片,数值模拟研究改造前后井下泥浆涡轮的内部流场和水力性能。结果表明采用NACA翼型+前弯叶片,能够有效地增加转叶压力面与吸力面的压差,降低转叶出口的能量损失,提高涡轮的输出轴功率和效率,降低涡轮进出口的压降。并通过性能试验,验证改造前后涡轮水力性能的改善效果。     

Wilson法对旋风力机气动设计与数值模拟

提出了Wilson法设计上游风轮,利用尾流模型得到下游风轮处轴向风速,代入Wilson法设计下游风轮的设计思路,完成3kW同半径同尖速比的对旋风力机设计。通过数值模拟与基于动量叶素理论及Glauert修正方法的理论程序,对风力机上游风轮进行变转速性能验证,两者均显示在设计点风力机功率系数达到较高值,CFD结果0.455略低于程序结果0.563。对旋风力机数值模拟显示功率系数可达到0.501,较单级功率提高10.11%,设计点处两级风轮转速达到最佳匹配。     

风力机翼型摩擦阻力数值计算中不同湍流模型的比较研究

为了提高风力机翼型特性模拟的准确性,采用数值求解N-S方程的方法,对NACA0015翼型的气动性能进行了数值模拟.考虑不同湍流模型、不同的计算格式、不同近壁面处理方法对风力机翼型特性模拟有着不同影响,数值模拟中应用3种不同湍流模型和3种不同的计算格式,同时配合6种不同近壁面处理方法,并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明,在边界层内布置合适的网格点,采用k-ωSST湍流模型数值模拟,可使NACA0015翼型阻力系数的计算精度明显提高。     

水平轴风力机叶片翼型的气动特性数值模拟

为了直观形象地探讨水平轴风力机叶片翼型的气动特性,利用计算流体力学软件FLUENT对水平轴风力机叶片常用翼型FFA-W3-211,FFA-W3-301和NACA63-215进行了数值模拟,并与试验数据进行对比和分析,验证数值模拟的可靠性。有利于了解风力机翼型的气动性能,为风力机叶片翼型选型和叶片翼型设计和研发提供重要依据。     

双转子燃气轮机稳态数值计算方法研究

以双转子燃机为研究对象,用部件法对燃机进行气动热力性能研究;介绍了燃机特性计算中运用牛顿法寻找燃机的共同工作点,根据Newton-Raphson方法的迭代思想,研究基于高斯消去法的燃机稳态共同工作方程组数值求解方法。实际计算发现:试给若干参数对发动机各部件逐个进行特性计算,并迭代寻找共同工作点,会出现多种问题(迭代不收敛、高斯方程组系数矩阵奇异等)导致计算失败。针对上述问题,采用方程组降阶法、试给参数选择范围弹性限制法改进程序中的算法。结果表明,计算稳定性提高,迭代易收敛。     

对转风力机的设计及流场数值模拟

基于传统单转子风力机风能利用系数低的缺点,采用改进的Wilson方法设计了一个对转风力机,减小了湍流尾流的影响,提高了风力机总的风能利用系数。研究了两转子半径比对总的风能利用系数的影响。通过三维数值模拟对所设计的风力机进行了设计工况的流动分析。研究结果表明两个转子的最佳半径比为1.5,此时总的风能利用系数能够达到0.52,风能利用系数比单转子的风力机提高了15.6%,风能利用效率得到了一定的改善。     

搅拌罐内固体悬浮判据研究

基于流体有限元软件Fluent建立搅拌罐内固液两相湍流流动的三维计算流体动力学（CFD）模型,提出了采用底部取样面监测和90％罐高取样面监测两种固体均匀悬浮判据。并通过计算采样点体积浓度标准差,评价了两种固体均匀悬浮判据在稠密固液系统中应用的优劣。得出结论,两种判据在稠密液固系统中的评价效果相差较小,采用底部取样面的判据略优,并且随着浓度增大,两种判据评价效果之间的差距逐渐缩小。