部分流低温液氮泵性能及流动特性仿真研究

对部分流低温液氮泵进行了外特性及内流场特性的数值模拟研究。通过两种数学模型及不同计算方法的对比,以扬程的预测差异为依据,确定了采用SIMPLEC压力耦合方式标准湍流模型最为精准,扬程偏差在4%以内。泵内流场的分析可知,泵的速度流场分布与部分流泵的设计理论相符;模拟的叶片头部的负压区验证了实验中的零压头现象。     

立磨选粉机操作参数对分级流场影响的数值模拟

采用离散相流体模型和RNG k-ε湍流模型,对涡轮式立磨选粉机内的气-固两相流场进行数值模拟,对比分析不同操作参数下的速度场、压力场和设备分级效率,获得转笼转速和系统风量对选粉机分级流场的影响规律,并进行相关的试验研究。结果表明,较低的转笼转速和过大的系统风量均会引起叶片间退行面处正漩涡的产生;转笼转速过高或系统风量较小时,分级叶片间的进入面处会出现反漩涡。正、反漩涡的产生均加剧了分级叶片间的速度波动,严重影响了分级流场的稳定性,同时也导致选粉机循环负荷的增加。综合数值模拟与试验分析,系统风量为5 500 m3/min与转笼转速为55 r/min是SMG5500型立磨选粉机的最佳参数匹配。     

叶片数变化对轴流泵流体激励力影响

泵的振动有一部分是由泵内的非稳定流动引起的，叶片数的改变会引起泵内非稳态流场的变化，从而对泵的振动特性产生影响。通过流体力学计算软件FLUENT对某台立式轴流泵内流场进行仿真计算，先通过定常计算得出泵的性能与叶片数的关系，并以定常计算结果为初场进行非定常计算，得出分别在3、4、5叶片下，作用在泵壳及叶轮上的流体激励力的变化情况。结果表明额定工况下4叶片设计的扬程和效率最高，随着叶片数减少，1倍叶频处的压强系数峰值逐渐增大，泵内流体激励力脉动变强，会使流动诱导的振动增加。     

SiCp/Al复合材料搅拌铸造新型搅拌器流场及工艺研究

SiCp/Al复合材料搅拌铸造法虽然具有制备成本低、近终成型的优点,但是实现SiC颗粒在铝合金熔体的均匀分散难度很大,这与搅拌器结构及搅拌工艺有直接关系。采用数值模拟和实验相结合的方法开展了新型桨栅复合搅拌器设计及其工艺研究,比较了桨栅复合搅拌器与单一搅拌器的流场结构和速度场分布,并在此基础上进行了搅拌铸造工艺研究。结果表明:(1)桨栅复合搅拌器能够较好地实现复合材料大体积熔体的均匀搅拌和高速剪切,复合搅拌器内熔体的流场为较好的轴向和径向循环,液面更为平稳,搅拌转速500r/min时熔体最大速度为3.9m/s,流场结构和剪切速度均优于单一形式搅拌器;(2)用桨栅复合搅拌器进行20%(质量分数)SiCp/A357复合材料搅拌铸造工艺实验,在搅拌温度610℃、搅拌转速500r/min、搅拌时间20min的工艺条件下,SiC颗粒分布均匀且无气孔缺陷。     

基于CFD技术的立式水力碎浆机内流特性分析

目的 对立式水力碎浆机内部流场特性进行分析，为改善碎浆效果和改进碎浆机的设计生产提供一定的理论依据。方法 利用Ansys Fluent软件对水力碎浆机内部流场进行数值模拟分析，采用控制变量法研究叶片数量、转子离底间隙、扰流板数量对流场特性的影响，流场的评价指标有速度场、压力场、转子功耗等。结果 数值模拟分析结果表明，立式水力碎浆机内部流体流动为典型的轴向流动模式，叶片数量、转子离底间隙及扰流板数量对流场静压和转子功耗影响较大，对流场速度影响相对较小;当转子叶片数量为2、转子离底间隙为10 mm、扰流板数量为3时，碎浆机结构的功耗相较于原始结构的功耗降低了8.5%;内部流体流动速度也大于原始结构，碎浆效率有所提高。结论 获得了水力碎浆机的内流特性，为水力碎浆机升级改进提供了参考，从而助力纸模包装行业的发展。     

气动发动机缸内流场特性研究

以全新研制的电控气动发动机气缸流场域为研究对象,建立其几何模型,运用CFD前处理软件ICEM对流场域几何模型进行网格划分,再运用Fluent动网格技术进行动态模拟计算,分析其气缸内部流场特性,进而得出气体在工作过程中各个阶段的压力场和速度场分布.同时,将模拟计算数值与气动发动机台架实验所得值进行比较.结果表明:动网格数值模拟结果与实验结果较为接近,气动发动机气缸内流场动态仿真过程准确可靠,仿真结果可为气动发动机设计提供参考.当转速稳定于450r/min时,由仿真模拟所得数据计算得此气动发动机指示功率为0.62kW,实验时测算得同条件下实验指示功率为0.55kW,求得仿真和实验指示功率的最大误差为11.2%.利用自制的测功装置测得实验时有效功率为0.45kW,进而求得机械效率为81.8%.研究结果为下一步改善气动发动机性能提供了依据.     

物料参数对立式搅拌釜混合性能影响的模拟

为了提高无挡板立式搅拌釜的混合性能,应用自主开发的离散元软件研究颗粒的粒径、密度以及颗粒间的摩擦系数对搅拌釜混合性能的影响,采用接触数法评价颗粒的混合度并结合颗粒的空间合角速度来分析颗粒的混合效果。结果表明：颗粒的粒径对混合性能影响较小,4种不同粒径组合的混合度均在0.25～0.45之间;而2种颗粒的密度差越大,混合度越小,颗粒密度一致时混合度最大;混合度随着颗粒间的摩擦系数的增大先增大后减小,当摩擦系数为0.54时,混合度最大,接近0.5。     

分级轮叶片结构和转速对分级性能影响的仿真

运用Fluent软件,采用液-固两相流的数值模拟方法,对超细粉体湿法离心分级机分级腔内流场进行数值模拟仿真;选用重整化群k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,利用多重参考坐标系法,在稳态条件下,分析不同形状分级轮叶片分级腔内流体的速度分布情况,研究不同形状分级轮叶片对分级机分级性能的影响;选用离散相模型,在非稳态条件下,分析分级腔内颗粒轨迹的规律,研究分级轮转速对分级粒径的影响。结果表明:相比于直叶片和斜叶片,弧形叶片分级效果更好;采用弧形叶片结构,当分级轮转速为1 000 r/min时,分级粒径大于1μm,分级轮转速为2 000 r/min时,分级粒径接近1μm,当分级轮转速为3 000 r/min时,分级粒径小于1μm,增大分级轮转速有利于减小分级粒径。     

叶轮式介质搅拌磨单相湍流场的数值模拟

采用计算流体动力学对叶轮式介质搅拌磨中的单相流湍流流场进行数值模拟,分析不同转速下的流体速度、速度梯度、剪切力、湍流强度、湍动能输运等流场特性,并对该搅拌磨磨腔内单相流(水)的流体速度进行实测。结果表明,磨腔中的流体能量不断分散并重新分配,产生随机分布的涡量,流场能量主要集中在靠近叶轮搅拌器及腔筒内壁的区域内,为有效研磨区;在一定范围内增大搅拌器转速,流体速度及速度梯度增大,流体之间剪切力增大,研磨效果改善;黏度越小的湍流场,湍流强度越高,湍动能在传输过程中耗散越小,能量利用效率越高;实测所得的流体速度变化情况与模拟结果相似,两者的平均速度值相差较小,表明模拟方法可行。     

气流分级机流场的数值模拟与优化

运用计算流体力学数值模拟的方法,研究气流分级机的内部气流流场情况,并对于分级机的工作参数进行优化。通过采用滑移网格技术模拟分级轮在气流分级机内的旋转,用结构网格与非结构网格结合的方法对气流分级机进行网格划分,主要研究了分级轮不同叶片数(4、6、12片),不同转速(500、1000、2000、3000r/min)下分级机内部流场情况并给出了相关解释。通过对不同参数的比较给出了优化的参数。模拟结果表明,分级轮转速越高、叶片数越多,分级效果越好。     

错位桨对污泥固液两相流混合的数值模拟

为了提高搅拌器的搅动范围、减小流动死区,基于混合理论和等螺距的设计原理,提出了一种错位叶片的结构形式.采用Fluent软件对错位桨搅拌器(6SBP)和普通6BP搅拌器在污泥液体中的流场变化进行了三维数值模拟,模拟分析比较了6SBP桨和6BP桨式两种搅拌器的流场形态、速度分布和功耗的特点,并通过实验进行了验证.结果表明,模拟结果和实验结果较吻合,错位桨搅拌流场不对称,能够减小流动死区,增大搅动范围.在N=3r/s的工作状态下,6SBP桨的轴向速度和径向速度分布要大于6BP桨,而功耗约为6BP桨的77%.     

40Cr轴面激光熔覆Ni60数值模拟

目的 针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响.方法 采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证.结果 熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 ...     

横板型稳压罐气液两相流场数值模拟及流量稳定性研究

依据湍流模式理论中的标准k-ε湍流模型及流体体积函数多相流模型,实现了水流量标准装置中横板型稳压罐多相湍流流场的数值研究,采用PISO方法求解离散控制方程,并使用UDF编写入口速度脉动信号。获得稳压罐压力场、速度场、流线等关键信息,分析了入口脉动频率、气液比、竖隔板位置因素对流量稳定性的影响,并通过实验验证了计算结果的有效性。结果表明:低频脉动对稳定性影响较大,当泵出口脉动5Hz时,气液比1:3,竖板位于罐体D/3处,稳定性最好,流量波动系数为0.058%。     

PIV血流场显示测速技术

通过分析多普勒测速技术与粒子图像测速技术的区别,从一个新角度把PIV全流场测速技术应用于血液流场的研究中。用激光片光源照亮血流粒子场,再计算确定实验系统光学参数,以获得最佳流场图片。对流场分析常用的互相关算法进行改进,辅以曲面拟合和误差修正,获得了亚像素级的全流场速度的大小和方向,并进一步计算出血流场的涡量分布和剪切率分布。为了验证改进的算法,对日本视频协会提供的PIV-STD序列标准图像进行仿真计算和误差分析,与原算法相比其速度矢量图的误差降低了2个百分点,流场速度值的平均误差小于±1%。该结果表明文中建立的方法是有效的,并可推广用于其它的流场分析。     

基于CFD对低速风洞试验段的仿真研究

因为速度分布的均匀性、稳定性是影响试验段测试性能的关键因素,本文基于CFD针对低速风洞试验段作为研究对象,对不同参数下试验段中心轴线上、横截面上各关键点速度分布进行研究,结论如下:试验段的中间部位流量较为稳定,起始点(2m,0m,0m)、终止点(1m,0m,0m)的速度较小,总体呈抛物线形状,标准偏差最大、最小分别为0. 014、0. 005;试验段横截面速度呈明显的分层现象,各关键点速度呈现M型分布,三种转速水平下各标准偏差均达到最小,分别为0. 003、0. 007、0. 011;试验段速度较稳定的区域为圆环柱状体,圆环的外径为150mm,内径为50mm,长度200mm的柱状体,该区域内空气介质的速度稳定,适用于检测仪器仪表。本研究将为今后低速风洞测量装置的设计、改进提供一种方法参考和借鉴。     

大型高度-温度试验舱分布式送风流场仿真及分析

针对大型高度-温度试验舱在低气压环境下试验空间内温度场均匀性下降的问题,通过对大型高度-温度试验舱分布式送风流场进行数值仿真及分析,研究了两种不同送风方式下低气压试验舱内的温度场变化规律。结果表明,试验舱内温度场均匀性随着环境压力的降低而下降;增加试验舱内壁辐射换热、提高流场风速,均可以提高试验舱内的温度均匀性;同样环境压力下,采用双侧送风方式比单侧送风方式的试验舱内温度场均匀性更好,但平均风速较高。在进行高度-温度试验舱设计时,需根据不同的试验需求选择不同的送风方式。     

辐流式沉淀池固液两相流三维数值模拟

结合高雷诺数k-ε模型,建立了辐流式沉淀池三维两相流紊流模型,在动量方程中考虑了曳力、虚拟质量力、升力的作用,以及悬浮物浓度的影响。在考虑池形结构变化条件下,对辐流式二沉池三维流态及悬浮物分布进行了模拟研究。结果表明:环向流速受池底、边壁、进口挡板及出口溢流堰影响较大,与假设切向速度为零的理想沉淀池存在很大差异,三维模型能更好的反映水流和悬浮物变化;采用外堰出水效果很差;当距离池壁2m时,采用内侧堰出水和双堰出水,其去除效果较外堰出水明显改善;与Deininger等的实测资料进行了对比,模拟值与实测值吻合较好。     

雾化气体淬火过程耦合流场数值模拟及实验研究

运用计算流体动力学(CFD)的方法在FLUENT平台上建立雾化气体淬火的三维非稳态模型,对介质不同速度工况下淬火过程中试件温度场、流体速度场、流体温度场和流体压力场进行了流固热耦合数值模拟,并将模拟结果与边界条件实验结果进行了对比分析。结果表明,同等工况下,介质进口速度越大,流体的速度也越大;同截面上200m/s速度工况下试件上下表面两区域的压力差值比100m/s速度工况下大;试件放在淬火区淬火80s后,200m/s速度工况下试件的最高温度为299.5℃,100m/s速度工况下试件的最高温度为336℃,由此得出淬火介质进口速度越大,淬火试件的温度下降越快,试件冷却速度越快,冷却效果越好。     

缝合复合材料弹性性能分析的新方法——流场模型Ⅰ:缝合单层板弹性常数计算

为了求解缝合层合板中单层的弹性常数, 基于单层面内纤维走向与绕流流场中流线形状的相似性, 建立了与缝合单胞相对应的有限空间定常二维无粘性不可压理想流体的无旋绕流流场模型, 流场的几何边界与单胞的边界一致, 绕流物面与缝线截面形状一致。用该流场的速度变化描述单胞面内纤维体积含量的变化, 用流线形状描述缝线周围面内纤维的变形。以流场模型为基础, 用细观力学方法和均匀化方法求得缝合单层的弹性常数,结果与实验值吻合。最后用流场模型分析了缝合参数对缝合单层弹性常数的影响。      

内置有水平挡板的矩形储液器非线性晃动分析

该文以内置有水平挡板的矩形储液器为研究对象,对储液器的非线性晃动问题展开研究。利用势流理论和虚功原理,推导了由水平挡板引起的储液器非线性阻尼比(非线性体现于波高有关)的计算公式,同时考虑水平挡板对储液器晃动频率的影响而对非线性阻尼比计算公式进行了修正。结合液体晃动的非线性分析理论,研究了水平挡板处于不同位置、挡板长度不同时储液器的液面波高与晃动力变化情况。利用Fluent软件进行了数值模拟,并与理论模型分析的结果进行对比。结果表明：当水平挡板靠近储液器底部或长度较小时,储液器内液体的非线性晃动现象较明显,利用非线性三阶模态方程推导得到的波高、晃动力与数值模拟结果较接近,而仅考虑一阶线性响应会明显低估储液器液面波高,但其求解的晃动力却与考虑非线性值的状况基本一致;随着挡板到自由液面距离的变小或挡板长度的增大,储液器液面波高、晃动力幅值减小,液体晃动呈线性变化,说明水平挡板靠近自由液面或增大其长度时能够提高储液器的阻尼比,进而也更能抑制液体的非线性晃动。同时水平挡板逐渐靠近自由液面或长度逐渐增大时,储液器晃动频率逐渐减小,减小的幅度分别可达到5.7%～28%。