充型过程流场数值模拟研究

对充型过程进行分析,确立了充型过程数值模拟的数学模型。利用计算机数值模拟技术对充型阶段的流动过程进行了计算。在此基础上开发了流场模拟软件,并对铸件进行了模拟,结果证明所建立的数学模型及开发的程序是正确的。     

微注塑充模流动过程熔体黏度影响规律的数值模拟

微型塑件注射成型充模流动过程中,与宏观塑件相比,塑料熔体黏度随剪切速率的变化对流动的影响有很大的不同.对比微观和宏观黏度模型,运用流体分析软件Fluent,对微注塑充模流动过程熔体黏度的影响规律进行了研究.分析了熔体黏度的分布规律,结果表明微尺度降低了熔体黏度.研究了微尺度熔体黏度模型对熔体速度场、温度场和压力场的影响规律,结果表明:微尺度黏度模型的速度相对较大,近壁面区熔体温度相对较高,对微通道中的压力分布几乎没有影响.总体而言,由于通道微尺度而造成的熔体黏度变化有利于微注塑成型.     

用RNG k-ε紊流模型对截止阀三维紊流流动的数值模拟

采用了RNG k-ε紊流模型和贴体坐标对截止阀对称面和三维流场进行了模拟,同时用粒子成像流速仪(PIV)对弯型截止阀对称面模型的测试结果和数值模拟结果进行了验证。数值模拟结果与实验结果吻合较好。实验和计算结果揭示了截止阀的流场特性,并说明截止阀水流产生的涡旋、分离流、二次流和强烈的紊动是截止阀水头损失的主要因素。计算结果表明斜进口截止阀流态好于弯型进口截止阀的流态,RNG k-ε紊流模型对具有分离和二次流的紊流流动具有较好的模拟性。     

用RNGκ-ε紊流模型对截止阀三维紊流流动的数值模拟

采用了RNGκ-ε紊流模型和贴体坐标对截止阀对称面和三维流场进行了模拟，同时用粒子成像流速仪（PIV）对弯型截止阀对称面模型的测试结果和数值模拟结果进行了验证。数值模拟结果与实验结果吻合较好。实验和计算结果揭示了截止阀的流场特性，并说明截止阀水流产生的涡旋、分离流、二次流和强烈的紊动是截止阀水头损失的主要因素。计算结果表明斜进口截止阀流态好于弯型进口截止阀的流态，RNGκ-ε紊流模型对具有分离和二次流的紊流流动具有较好的模拟性。     

采用B—L紊流模型的离心泵三维数值模拟

本文基于三维Navier—Stokes方程和Baldwin—Lomax双层代数紊流模型，采用分块结构化网格，对离心泵整场进行数值模拟。计算所得到的流量扬程点与实验值吻合较好，在设计工况和大流量工况点计算效率偏高。本文将叶轮内的流场与PIV实验进行了对比，分析了实验值与计算值存在差异的原因。     

型腔充填过程三维自由表面的数值模拟

开发了铸件充型过程三维数值模拟软件 ,采用了一种改进的 VOF方法处理三维自由表面 ,包括自由表面网格中流体方位的确定、自由表面的推进及边界条件施加等 ,并利用一个方形板腔的压铸水模拟实验结果对程序进行了验证 ,表明了程序具有处理复杂自由表面的能力。     

不可压流体自由表面流动的SPH数值模拟

根据SPH方法的原理提出了一套模拟流体自由表面流动的方法,场变量及其导数通过核函数插值求取,不需进行差分,也不需要网格,时间积分采用分数步长法,避免了不可压条件带来的压力计算不稳定问题。对流项通过粒子的运动求解,完全消除了数值扩散和自由表面模糊问题。可以模拟飞溅、融合等复杂自由表面现象,并对水坝坍塌这一典型自由表面流动问题进行了模拟,模拟结果与试验吻合良好。     

垂直缝隙式浇注系统充型特性的数值模拟

利用ProCAST软件对缝隙式浇注系统的充型特性进行了模拟计算，发现缝隙式浇注系统难以实现逐层顺序充填型腔的目的。     

基于近似因子分解法的铸造充型过程数值模拟研究

目前求解流动过程中速度场、压力场最常用的方法是SOLA法,在求解过程中由于需要在连续性方程、动量方程间反复迭代,所以计算效率不高。采用近似因子分解法进行速度场、压力场求解,由于在求解过程中每一步均可采用托马斯算法求解三对角方程,所以计算简单,可有效提高计算效率。最终建立了基于有限差分法的流动场数值模拟程序,并针对Benchmark件进行了充型过程流动场数值模拟,通过对比模拟结果与实验结果,验证了计算模型的正确性。     

真空吸铸叶轮铸件充型过程数值模拟*

给出了描述熔融金属充型过程的数学模型,简要介绍了充型过程的数值算法,在一些具体算法上作了适当改进。该技术被用于真空吸铸叶轮铸件充型过程数值模拟计算,并将计算结果与试验结果进行了对比。     

NUMERICAL SIMULATION FOR INCOMPRESSIBLE TURBULENT FLOW IN THE IMPELLER OF SEWAGE PUMP

The 3-D turbulent flow in the impeller of sewage pump is simulated. The time-averaged N-S equations and the k-ε turbulent model is modified. The calculation is carried out in body-fitted coordinated grid by applying SIMPLE-C algorithm. The calculated velocity, pressure distributions of the turbulent flow in the sewage pump are obtained for the first time, which will be helpful for the optimal design and performance prediction of sewage pumps on the basis of flow field simulation.     

毛细管电渗流微泵的流型及驱动

采用二维纳维一斯托克方程、拉普拉斯方程、泊松-玻尔兹曼方程表述电渗流微泵的计算模型,讨论了电渗流在各种工况下的流型,分析了双电层(EDL)厚度、外加垂直电势、Zeta电势、背压以及管径对电渗流(EOF)驱动时间的影响。仿真结果表明:影响驱动时间的主要是管径,其他因素可以忽略;无载驱动与反向驱动时间是毫秒级,有载驱动时间是在微秒级。通过改变外加垂直电势或Zeta电势的极性,可以实现双向驱动。     

轴流式水轮机全流道内非定常空化湍流的数值模拟

为了研究轴流式水轮机内部的空化流动,将Fluent 6．1商用软件中的一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型相结合,对某水电站原型轴流式水轮机全流道内的非定常空化湍流进行了数值模拟。根据模拟结果,预测了水轮机在特定工况下运行时流道内空化发生的部位和程度,并对水轮机的能量性能进行了预估。数值预测的空化流动现象与模型水轮机空化试验中所观察到的现象基本一致,说明数值模拟结果可为轴流式水轮机的运行性能预测提供参考。     

离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k – e 两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场,并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上,提出设计上的一些改进措施,为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-DDENSE SOLID-LIQUID TWO-PHASE TURBULENT FLOW IN A NON-CLOGGING MUD PUMP

A mathematical model is set to evaluate the 3-D dense solid-liquid two-phase turbulent flow in a non-clogging mud pump, the flow feature in the impeller channel is simulated with the tool of IPSA. Meanwhile, resort to TECPLOT as the post-processor, the simulation results is visualized. The results show the main flow characteristics: There exists backflow and aberrant velocities at inlet area and a relative velocity slip between two phases; A jet-wake flow pattern is discerned around the shroud-suction side area; The relative velocity vector of solid phase is closer to the pressure surface than that of liquid phase and the trend is more obvious with the increase of diameter; The kinetic energy of turbulence k and the dissipation rate s reach their peaks at the corner of pressure and suction surface. The simulation results show a good agreement with the experimental flow features in the impeller channel, which prove the turbulent model used is valid and provide a theoretical design basis to non-clogging pu     

板坯连铸结晶器流场的格子法模拟

给出一种与现有传统数值方法不同的计算流体动力学介观模型。在该模型中,建立描述流体微团运动及碰撞规律的格子Boltzmann方程以及平衡分布函数,并依此求解出流体微团的分布函数,而流场的速度、压力等物理量可直接根据流体微团的分布函数统计求和而得。在此基础上计算了板坯连铸结晶器中心面内的二维流动,模拟出流场在高雷诺数条件下流动模态随时间的变化过程,得到与试验结果一致的流场结构,较真实地反映高雷诺数条件下结晶器内湍流的有漩性、非对称性及非定常性。结果表明随着流场雷诺数的提高,流动中物理量脉动成分的显著增强,打乱了原有对称性的大涡结构,使得流动呈现非对称性及非定常性。     

铝合金消失模充型过程的流场及温度场的数值模似

将ＳＯＬＡ－ＶＯＦ法应用于消失模充型过程中，并与传热过程耦合起来，综合考虑了消失模气化分解对充型速度的影响，得到了一维、二维流动的流场和温度场分布，预测了铝合金在消失模铸造中的流动性，揭示了铝合金消失模铸造充型过程与普通砂型铸造充型过程充填模式的差异。     

带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场的数值模拟

对带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场进行数值模拟。计算采用雷诺时均方程和修正了的 湍流模型,在压强连接的隐式修正法(SIMPLE—C)建立的压力速度校正方程基础上,利用贴体坐标系和交错网格技术进行计算。计算结果揭示了带分流叶片离心泵叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布规律,并对增加分流叶片后叶轮内部的流动状况进行了分析和研究,研究结果将对带分流叶片的离心泵进行性能预测和优化设计有指导 意义。