非圆变截面管道流场的数值仿真

管流式动海水腐蚀试验装置主要用于模拟材料长时间浸泡在海水中,受海水冲刷的腐蚀情况。若其过渡段的形状、尺寸设计不合理将会严重影响试验数据的准确性和可靠度,且极易导致试验装置管壁发生空化气蚀现象,缩短试验装置的使用寿命。运用计算流体力学软件Fluent对非圆变截面管道内流场进行了数值仿真和研究。结果表明,过渡段的长度对管道内介质流速影响不大,而对管道接口处气蚀现象影响较大。将分析结果应用于某企业管流式动海水腐蚀试验装置的设计生产中,取得了良好的使用效果。     

基于流固热耦合的负载敏感多路阀仿真研究

由于多路阀内部流量大、压力高,且流道结构复杂、节流温升大,会造成阀芯发生变形而引起卡滞现象,为此,对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真研究。首先,利用AMESim和UG软件对负载敏感多路阀进行了建模;然后,利用ICEM对流体域及固体域进行了网格划分;最后,采用ANSYS Workbench平台,在不同工况下对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真,分析了不同工况下多路阀流场内流体速度、压力分布、节流温升、气穴气蚀以及阀芯变形的情况。研究结果表明:阀芯与油液接触的区域温度受影响较大,而远离油液的区域阀芯温度变化不明显,在油液温度影响下,阀芯上节流槽区域发生膨胀变形,说明节流温升对阀芯的影响主要集中在节流槽附近区域;当主阀口开口度较大,压力补偿器开度较小时,阀内易出现气穴,产生气蚀现象,节流槽处温升非常明显,阀芯变形量较大,容易引起卡滞现象;该研究结论可为多路阀阀芯的结构设计提供理论支撑。     

基于FLUENT的管道内壁表面状态对流体摩擦阻力的影响研究

油气长输管道在运行过程中受腐蚀、结垢的影响,管道内壁表面状态会发生显著的变化,进而会引起管道内流场和沿程流体摩擦阻力的变化,目前在这方面的研究比较欠缺。基于计算流体动力学软件FLUENT,数值模拟在腐蚀、结垢条件下管道内壁表面状态发生改变后,管道流体摩擦阻力的变化情况。结果表明:管道结垢后在内壁形成凸起,流通面积减小,沿程摩擦阻力系数变小,单位长度压降和总的能量损失增大;管道腐蚀后在内壁形成凹坑,沿程摩擦阻力系数和单位长度压降均减小,说明形成腐蚀坑后不规则表面可能具有一定的减阻效果,研究可为基于表面纹理的管道减阻提供一定的参考依据。     

节流截止阀阀芯端面形状对线性度的影响

以螺纹插装阀上某型号的节流截止阀作为研究对象,建立不同端面形状节流槽的阀芯,通过理论计算结果与Fluent数值模拟结果进行对比,对不同端面形状节流槽的阀芯在不同开度下与流量的关系进行分析,比较不同形状的节流槽对阀芯线性度的影响,选取较好的阀芯线性度的阀芯端面形状。     

二级节流中间区域压力分布及其刚度特性分析

二级节流是减轻水压控制阀中气蚀的有效结构形式,文章对二级节流两节流口之间区域的压力分布进行了仿真研究。在此基础上,详细分析了二级节流的刚度特性。     

圆管变截面结构局部压降计算方法研究

在农业机械、石油管道输送和井下作业工具中,存在大量圆管连续变截面结构,其压降计算还没有可靠的理论计算公式。为此,通过缩径、扩径流体数值模拟,给出了圆管缩径、扩径结构产生压降的流道长度分别为0.25D和2.0D、0.0D和3.5D。经不同缩扩、扩缩变截面结构的流场数值模拟,提出了缩扩结构在小于临界长度2.0D、扩缩结构小于临界长度3.75D的压降计算公式,在此基础上给出了圆管连续变截面结构压降计算公式,为连续缩扩结构与扩缩结构不同时小于临界长度的圆管变截面结构压降计算提供了可靠的、统一计算公式。     

非光滑管道壁面减阻性能研究

旨在研究不同非光滑管道壁面流体摩擦阻力特性差异。基于仿生学原理和平板边界层理论,设计凹坑型、凸起型和波浪型3种非光滑管道壁面造型;采用数值模拟方法揭示不同非光滑管道壁面形态对流体摩擦阻力的影响规律;针对减阻性能最佳的凹坑型非光滑管道壁面,探索不同排列方式与流体减阻性能的关系。计算结果表明:凹坑型非光滑管道壁面沿程阻力系数最小,相比基准管道壁面模型其减阻率可提高35.57%;均匀排列方式的管道沿程减阻效果最显著。研究可对管道内壁面基于纹理减阻提供一定的参考依据。     

利用压力损失补偿方法提高气力提升装置性能研究

基于多相流流型及垂直管道提升沿程压力损失机理,依据压力损失补偿方法,提出了管径"压力损失补偿系数"。结合模拟气力提升实验理论,建立了气力提升装置物理模型,设计了气力提升新型管道结构。计算了不同进气量和浸入率下压力损失补偿系数对气力提升排水量的影响,分析了不同压力损失补偿系数下的气力提升装置排水量及提升效率。研究结果表明:管径影响气力提升沿程压力损失,在一定范围内管径越大,管道沿程压力损失越小。合理的压力损失补偿系数能改变管道结构形状,减小管道摩擦阻力,进而降低气力提升过程中的管道压力损失并改变多相流流型相变点位置,提高气力提升装置效率。以排水量表征气力提升装置性能,不同进气量和浸入率下,压力损失补偿系数为正时,多相流流型受提升管道内压力损失影响降低,沿程气力提升装置排水量提高;压力损失补偿系数在0~4°逐渐增大,气力提升装置排水量先上升后趋于平稳;进气量为4.2 kg/h和2.5 kg/h时,排水量在压力损失补偿系数为2.5°~3°和0.7°~1°时达到较高值,其气力提升装置效率提高最大值分别为14.6%与9.5%。     

油气两相流工况下汽车发动机轴承气蚀磨损的模拟试验研究

采用超声振动原理建立了一台汽车发动机滑动轴承模拟气蚀试验装置。试验研究了空气混入滑动轴承后对其气蚀磨损的影响。通过大量试验研究结果的分析比较 ,发现空气的混入会使滑动轴承的气蚀磨损降低 ,且含气率越高这种影响作用越明显。并依据这一新发现对传统的空气蚀理论进行了重新分析与解释     

双节流环对磨煤机出口风粉管道压力调平影响研究

制粉系统一次风粉分配均匀性的好坏以及各风管长度的差异,是影响煤粉管道堵塞和锅炉燃烧的关键因素。本文采用CFD数值模拟软件对某机组煤粉管道的内部流场进行模拟计算,通过增加可调节节流环的方式优化管道内部压力,从而改善管道内部风粉不均的问题。结果表明,节流环的位置对管道压力的调平效果影响并不显著;节流环大小对管道压力影响显著,且节流环越小,管道压力梯度变化越大。通过使用节流环,可以将磨煤机风粉管道压力偏差降至2%以下。     

水力空化装置文丘里管的模拟优化

基于FLUENT软件．采用标准的κ-ε模型和空化泡动力学模型对三种不同几何形状的文丘里管中的空化流场进行了数值模拟，井将计算结果与实验结果进行了比较．计算结果表明，理论计算的汽含率分布与实验拍摄的汽含率分布是相似的。文丘里管的结构对空化效应有着重要的影响．从而为文丘里管的优化设计提供了依据。     

二级节流阀口空化特性表征研究

探讨了二级节流阀口空化概率的表征,并在经典空化数σ基础上提出了适用于二级节流阀口空化剧烈程度表征的空化指数计算式。在节流阀口空化表征基础上研究了U形和V形节流阀口的空化特性曲线,得出如下结论：U形和V形节流阀口的空化气蚀剧烈区始终集中在较小过流截面A2上,并且当阀口体积流量方向反转时节流空化特性表现出明显差异;当流体流入过流截面A1时A2截面上的空化指数要大于流体流出过流截面A1时A2截面上的空化指数,从宏观上则反映为流入截面A1时的体积流量要小于流出A1时的体积流量。     

燃油汽心泵的数值模拟与试验

作为离心泵的一种演变泵型,燃油汽心泵在航空发动机中应用前景良好,叶轮区形成的汽心对泵的工作状态和性能影响较大。基于RNG κ-ε湍流模型对汽心泵内流场进行了非定常汽液两相数值模拟,研究了进口节流活门开度与出口负载对汽心区域的影响规律。为验证数值模拟结果的精度,利用汽心泵样机开展了基本特性试验。结果表明,汽心泵内燃油汽化发生于叶轮进口端;汽心区域随出口负载减小逐渐扩张。扩张至叶片区后,燃油全部从叶片压力面一侧流道进入蜗室;其他工况不变时汽心区随节流活门开度减小而迅速扩张,2mm开度时泵的效率最低可降至20%以下。数值模拟与样机试验误差基本在10%以内。     

磁致伸缩仪超声空化流的三维非定常数值模拟

采用Singhal完全空化模型和SST k-ω湍流模型结合动网格技术对磁致伸缩仪超声空化流进行三维非定常数值模拟。计算结果表明,由于变幅杆高频振动,在靠近试样表面附近局部流场的压力和空泡体积组分变化具有周期性,压力波动的最低值可达到汽化压力,该局部流场可发生空化。由于空化,试样表面压力波动具有脉冲特征。压力和空泡体积组分在试样表面近似呈环形分布。在同一环形区域内,压力和空泡体积组分存在无规律断续脉动。试样表面中心区域空泡经历两次振荡后溃灭,产生强烈脉冲压力,最大脉冲压力可达约14MPa。脉冲压力在试样表面按间隔环形区域分布,且随试样振动在相邻环形区域上交替出现。在磁致伸缩仪超声空化流场中,试件表面可近似多个声波发生源,各声波传播时相互叠加和干扰。在声波传播的过程中压力衰减很快,只是在距试样表面约20mm内,压力有明显波动。     

基于Fluent的油液减振器气穴现象研究

为了抑制油液减振器气穴现象的产生,分析了减振器复原和压缩过程中气穴的生成过程。基于CFD数值方法,建立了较高精度的减振器三维流体模型和流体网格模型,在Fluent流体软件中进行了仿真分析,获得了油液减振器气穴产生的具体位置和分布情况,分析研究了不同温度对气穴产生的影响,并进行了试验验证。结果表明：气穴现象主要分布于减振器节流阀片周围,随着活塞速度的增大,气穴现象更加明显;其他因素不变,油液的温度越低,气穴现象更加严重。此方法为降低油液减振器异常振动噪声提供了一定的参考价值。     

小开度节流阀流场特征及空化流动的数值分析

基于两相空化流动的控制方程和湍流模型,对节流阀在小开度下的流场特征及空化流动进行数值分析。结果表明:流体在流经节流口时,流速急剧增加,压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下,形成空化。当节流阀出入口压差增大时,出口边界流速明显提高,出口两侧的流速差异更加明显,且在低速流一侧形成涡流。并且,出入口压力差的增加、阀门开度的减小会导致空化区域扩大,强度增加。研究成果可为节流阀的后续优化设计和操作提供理论依据。     

工艺参数对三维非轴对称管件缩径旋压成形的影响

以6061T1(挤压态及退火态)铝合金为研究对象,探讨工艺参数对三维非轴对称管件缩径旋压成形的影响。结果表明,当材料状态及其他工艺参数相同时,与轴对称零件相比,偏心及倾斜类零件的极限名义缩径量要小得多;轴对称件所能采取的进给比下限最低,而倾斜件的进给比下限最高;当旋转圆角半径过小时,会使工件表面粗糙度值变大,甚至出现破裂现象;旋轮直径对极限名义缩径量的影响不大。当工艺参数选择不合理时,工件口部或起旋点附近易产生破裂现象,为危险截面所在位置。     

Planar Drift Tube for Ion Mobility Spectrometry

Abstract

The drift tube in ion mobility spectrometry is the component of central importance, where sample vapors are ionized and where ions are separated on the basis of gaseous mobility in a comparatively weak electric field. Construction of drift tubes is labor intensive and costly when built with precision machined components and an alternative design, fabricated using photolithography methods with planar drift plates, is described. Diagnostics of performance including response toward electric fields, peak shape of mobility spectra, determined values for reduced mobility coefficients, and patterns of response to changing vapor concentrations were consistent with conventional drift tubes. Neither ion losses nor band broadening were unexpectedly large though ultimate measures of performance were limited by the unavailability of drift tube components with rectangular profiles and by an imperfect reaction region design. The cost of making drift tubes is calculated as roughly 10% of that for conventional designs.     

管束效应对HFC245fa与HCFC123膜状凝结换热影响

建立试验系统、改进试验方法,试验研究HFC245fa与HCFC123在光管与3种强化换热管(2D-A,3D-A与3D-B)管束外冷凝换热特性。试验管束由4列排深为5排的列管构成,换热管公称外径为19.05 mm、有效换热长度为500 mm。试验中,利用改进的Wilson图解法获得水侧对流传热系数,通过轮转试验方法消除管束试验中各试验管换热本构差异等因素对管束效应测试分析的影响。试验结果表明,Kern模型预测值与HFC245fa与HCFC123光管管束外凝结换热结果偏差随试验热通量升高而增大;管束效应对光管与三维表面强化管(3D-B)凝结换热影响比其对二维表面低肋管(2D-A)影响显著;管束效应对HFC245fa在3D-B管外凝结换热影响在n>3后超过Nusselt管束模型预测值;HFC245fa在3D-B管束外凝结换热性能随管排深度的变化规律与其在光管管束外的变化规律及Nusselt模型显示规律明显不同。     

A comparison of the effect of the electrohydrodynamic technique on the condensation heat transfer of HFC-134a inside smooth and micro-fin tubes

The results of the condensation heat transfer enhancement and pressure drop of HFC-134a by using the electrohydrodynamic (EHD) technique are presented. The test section is a horizontal tube-in-tube heat exchanger where the refrigerant flows in the inner tube and water flows in the annulus. The outer tube is a smooth copper tube havign outer diameter of 21.2 mm. Two types of inner tubes, smooth and micro-fin copper tubes, are tested. The outer diameter and length of both inner tubes is 9.52 mm and 2.5 m, respectively. A stainless steel cylindrical electrode of 1.47 mm in diameter is placed in the center of the tube. Experiments are conducted under conditions providing mass flux of 400 kg/m²s, saturated temperature of 40°C, heat flux of 20 kW/m² and applied voltage of 2.5 kV. The experimental results indicate that the EHD enhancements of the smooth tube are higher than those of the micro-fin tube over the range of average quality. The maximum heat transfer enhancements for smooth and micro-fin tubes are 1.1. times and 1.08 times, respectively. For a smooth tube, the pressure drop induced by EHD is considerably small. However, the application of EHD in a micro-fin tube can lead to 10% increase in the pressure drop.