临界流喷嘴数值模拟研究初探

介绍了国内外有关CFD软件在喷嘴领域内的应用现状。使用Fluent软件对0.95~0.4背压比下,喉径分别为20mm、8mm和2mm喷嘴的流动进行了数值模拟计算。对临界压力比的模拟结果表明:在相同设计临界背压比下,计算得到的临界背压比较设计值低,且随着临界流喷嘴喉径的增加有缓慢地增加。此外,通过计算得到了各喉径下喷嘴流出系数,模拟与实验结果的差异保持在可接受的范围,且有相同的变化趋势。     

扩散角对音速喷嘴临界背压比影响研究

对符合ISO 9300要求，具有扩散角2.5°、4°、6°，喉径为5mm和10mm的6个音速喷嘴的临界背压比进行了测量，发现扩散角对临界背压比有明显影响，且影响随音速喷嘴喉径的减小而增加。采用数值模拟方法对实验结果分析表明，不同扩散角带来的音速喷嘴扩散段激波位置的差异导致了音速喷嘴临界背压比的不同。     

音速喷嘴临界流状态过渡的CFD分析

音速喷嘴是最常用的气体标准流量计之一,结构简单,准确度高,但其内部流动却较为复杂.利用CFD工具模拟了喷嘴内部的流场及温压分布,分析了喷嘴临界流状态前后的流动变化,为喷嘴的使用者提供一些理论参考.临界背压比是音速喷嘴应用过程中的一个重要参数,临界背压比的测量通常可以用标准流量计和喷嘴串联这两种方法,利用数值结果对两种方法进行了初步的分析比较.     

三喷嘴蒸汽喷射泵的三维数值模拟研究及分析

蒸汽喷射泵的操作工况在偏离设计值时,喷射性能会严重恶化。本文借助连续介质力学数值模拟工具-STARCCM+,对三喷嘴蒸汽喷射泵内部流场进行了三维数值模拟。分析了操作参数(背压、工作蒸汽压力和引射蒸汽压力)对其喷射系数的影响,并与相同工况下单喷嘴蒸汽喷射泵进行对比。此外,对三喷嘴蒸汽喷射泵的结构参数(喷嘴轴线的汇交点位置)进行了考察。结果表明,在工作蒸汽变工况操作条件下,三喷嘴蒸汽喷射泵能够保持稳定、可靠运行;在相同工况下,三喷嘴蒸汽喷射泵的临界背压值小于单喷嘴。在多喷嘴蒸汽喷射泵的设计中,各喷嘴轴线的汇交点位置存在一最佳值。     

基于FLUENT的不同喷嘴轮廓线形对流出系数影响分析

利用Fluent软件对5种内轮廓曲线喷嘴进行了三维流动仿真,采用标准的k-ε两方程湍流模型,计算了管道与喷嘴上的压力值.数值模拟结果表明,当在相同的工作状态下,且流量相同的情况下,喷嘴的曲线形状影响差压值,从而影响喷嘴的流出系数.数值模拟方法能够反映喷嘴内部的复杂流动,为喷嘴的设计和改进提供了理论依据.     

微小音速喷嘴临界背压比测试装置

音速喷嘴工作时的背压比小于临界背压比是实现并保持临界流的关键。现行国际标准建议,对于喉部雷诺数Red小于2×10⁵的音速喷嘴,需保持0.25的临界背压比或进行临界背压比的实际测量。基于此,建立了一套微小音速喷嘴临界背压比测试装置,该装置能够实现喉径为0.3~3mm,流量范围为0.05~5m³/h音速喷嘴临界背压比的测量,测量结果的扩展不确定度为0.56%(k=2)。     

音速喷嘴临界背压比测试方法的比较分析

临界背压比是音速喷嘴最重要的条件保证性参数.对于喉部雷诺数小于200000的音速喷嘴,其临界背压比不再有理论公式可以描述,只能进行一次实流测试来得到.建立了一套音速喷嘴临界背压比的测试系统,并对喷嘴串联方法和标准流量计方法进行了分析和比较,认为前者是较好的方法,其优势主要体现在不必用恒压模式逐点测量,测试速度快,测试结...     

音速喷嘴一元流动模型详解及其激波计算

针对文丘里音速喷嘴,阐述了如临界背压比等概念,指出了ISO 9300中背压比定义存在容易造成歧义的缺陷。然后基于一元等熵流动理论,从数学上证明了：当文丘里喷嘴喉部压力与上游滞止压力之比达到临界压比时,喉部产生音速,通过喷嘴的质量流量达到最大值;推导了实际条件下喷嘴的流量公式,导出的流量公式相较于ISO 9300给出的相应公式,增加了喉部状态参数下的压缩性系数修正项■。最后从气体动力学基本方程出发,讨论了在较大背压比范围内,喷嘴扩散段中产生激波的机理,给出了激波产生的位置、激波前、后的压力和马赫数的一元流动计算模型,并运用数值模拟方法对计算结果进行了验证,同时还与Craig A的实验数据作了对比。对最小出口压比对比的结果显示,一元流动模型与实验数据的最大误差≤17%。     

柱塞式校准器检定临界流喷嘴的实验研究

介绍了一种采用标准柱塞结构的临界流喷嘴校准器的原理和组成.根据临界流喷嘴的流量特性建立了检定数学模型,同时建立工作腔气体状态方程,并进行分析.对该校准器工作腔的压力和温度进行了大量实验研究,结果表明,工作腔内气体的压力和温度在检定过程中能够保持稳定,有益于提高检定的精度和效率.利用该校准器进行临界流喷嘴背压比试验,调节被测喷嘴背压比,检测其实际流量,得到与理论曲线相一致的流量特性曲线,从而为临界流喷嘴的特性研究提供了一个良好的手段.     

气体流量标准装置的研制

介绍了音速喷嘴法和标准表法相结合的气体流量标准装置的原理、组成、主要技术措施以及特点等.通过控制管路机械加工影响量,控制温度、压力、湿度和数据采集系统各环节的不确定度,采用湿度在线补偿,音速喷嘴按实测最大背压比进行控制,以及采取一系列抗干扰措施等,使本装置的扩展不确定度达到了0.25%(k=2).     

基于Fluent的某卷烟机搭口胶枪喷嘴流体仿真分析

为解决高速卷烟机搭口胶喷涂过程中出现的涂胶不均匀等问题,利用Fluent模拟搭口胶的涂胶工艺,通过改变喷嘴的进口压力观察胶液出口黏度和出口流速的变化。首先利用Solid Works对搭口胶喷嘴进行建模,然后分析Fluent模拟搭口胶喷胶涂胶过程,最后通过实验测试详细分析在不同进口压力条件下胶液的黏结性能,包括初黏性和抗T型剥离强度。仿真结果表明,喷嘴的出口黏度随着进口压力的升高而逐渐降低,出口流速刚好相反,即随着出口压力的升高而增加。搭口胶的黏结性能随着进口压力的增加而降低的。利用搭口胶喷涂的流体仿真模拟对卷烟生产工艺进行优化具有一定的指导作用。     

微喷管内气体流动特性研究

研究旨在提高微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件的性能。采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维收缩扩张微喷管,喉部宽度为16mm,深度为20mm,收缩比为1.6251。实验测量了不同进出口压比条件下微喷管内氮气流量特性。实验设定进出口压比范围为1.0~5.0,由此出口体积流量范围为0~0.2mL/s,出口截面特征雷诺数小于500。基于两种数值模拟方法(有限体积法和Boltzmann气体动力学方法)对微喷管内部流动特性进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果相吻合。数值模拟结果发现几点不同于宏观流动的异常现象随着压比的提高,声速截面逐渐偏离喉部,向下游区移动,并且下游区的流动不断加速。当压比达到5.0时,出口截面中心区域的马赫数达到1.26。沿程压力分布呈现非线性下降的趋势。这些现象主要是由于相比于常规尺度管道,微小尺度下表面效应引起的粘性附面层效应和三维效应更显著。     

液力式谐波减速器的液动力仿真研究

利Solidworks,Star ccm＋等CAE软件建立了谐波减速器波发生器中的流体模型并进行了仿真研究,得出达到波发生器的喷嘴出口压力所需输入的压力、流量,仿真结果有助于液力谐波减速器液压系统的设计。     

Numerical analysis of spontaneously condensing phenomena in nozzle of steam-jet vacuum pump

The primary fluid in a steam-jet vacuum pump is not assumed as a perfect gas as general research in the present study. A mathematic model based on the wet steam model for transonic flow is proposed to investigate the flow behaviours of primary fluid in the nozzle of a steam-jet vacuum pump. The simulation based on a wet steam model was carried out to predict the flow characteristics of primary fluid along the nozzle axis by a commercial computational fluid dynamics (CFD) code (FLUENT6.3). The simulation results showed that there was spontaneous condensation as the supersonic flow passing through the nozzle and the simulation results had a good agreement with the experimental data. It is found from the numerical simulation results that the steam flow characteristics in nozzle are quite different from a wet steam model and a perfect gas assumption: the outlet pressure of the nozzle predicted in the present study is higher than that as the primary fluid assumed as perfect gas, the outlet velocity is about 10% lower than that as the primary fluid assumed as a perfect gas, and the temperature at the outlet of the nozzle is much higher than that as the primary fluid assumed as a perfect gas. The simulation results demonstrate that the thermo-positive process due to steam condensation would hinder the supersonic expanding flow process in nozzle and depress the efficiency of the nozzle which would affect the pumping performance of steam-jet pump.     

PLA基生物复材丝材熔融沉积成型中增强相在层间界面的分布状态

通过熔融沉积成型3D打印的三维模型,不可避免存有层间界面,针对层间界面增强,本文采用超声浸渍法制备了纳米羟基磷灰石(n-HA)与微米短切碳纤维(CF)两相增强材料在聚乳酸(PLA)基体上牢固结合、均匀分布的PLA基生物复材丝材,该方法避免混炼的同时,也为层间界面储备了增强相。然而,经过熔融沉积成型3D打印之后,n-HA与微米短切CF两相增强材料在层间界面区域的分布状态尤为关键。运用Ansys进行流体数值计算,借助Minitab进行正交参数设计和信噪比数据分析,研究喷嘴直径、送丝速度、微米短切CF含量3个关键因素对于喷嘴出口流体速度的影响规律,并进一步通过熔融沉积成型3D打印机,在相同的打印参数设置下,制备标准拉伸试样,进行拉伸性能表征和SEM观察,研究PLA基生物复材丝材中,两相增强材料n-HA与微米短切CF在层间界面区域的分布状态。结果表明：借助Minitab信噪比优化实验参数,比正交试验参数设计手段更加有效;选取熔融温度为210℃、喷嘴直径为0.5 mm、送丝速度为14 mm·s^-1、微米短切CF含量为7wt%,上述参数组合进行数值计算获得的喷嘴出口流体速度方...     

Thermodynamic modelling and parameter determination of ejector for ejection refrigeration systems

This paper presents a detailed thermodynamic modelling method of an ejector for ejection refrigeration system. In this model, the primary flow in the ejector was assumed to fan out from the nozzle without mixing with the secondary flow in a certain downstream distance, so that a hypothetical throat was formed where the secondary flow reached the sound speed. However, the area of this hypothetical throat remained unknown. Therefore, based on several sets of experimental results, the present study developed empirical correlations of the hypothetical throat area to aid further modelling. The ratio of the hypothetical throat area to the mixing area was correlated with two dimensionless variables: one was the ratio of nozzle throat area to the mixing area, and the other one was the primary and secondary flow pressure ratio. The model has been validated by the measured primary mass flow rates and the critical back pressures.     

主动式冷梁诱导特性研究

针对主动式冷梁诱导性能实验中存在的风量测量问题,设计了一套新型主动式冷梁诱导性能测试实验台,基于此实验台研究不同一次风量对主动式冷梁诱导性能的影响。结果表明:一次风量小于80 m3/h时,冷梁诱导比随一次风量的增加而增加,当一次风量达到80 m3/h以后,诱导比基本趋于3.17。冷梁静压箱压力与一次风量之间存在二次方的关系,在冷梁4 mm喷嘴下,静压箱压力随一次风变化的拟合曲线为y=0.0225x2+0.0101x。建立主动式冷梁模型,针对一次风量对诱导性能的影响进行数值模拟,并基于设计的实验台对模拟结果进行验证,得到冷梁诱导比、静压箱压力模拟结果和实验结果误差最高分别达10.5%和8.8%,模拟整体结果和趋势与实际测量吻合良好,说明该模型具有较高的可靠性。     

基于COMSOL Multiphysics 非接触眼压计喷嘴的数值模拟

为在非接触眼压计设计时对喷嘴结构尺寸提供数值分析依据,基于多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphsics建立非接触眼压计喷嘴仿真模型,对该模型参数进行理论分析。利用所建不同半径、长度的喷嘴模型,通过仿真确定适合非接触眼压计喷嘴的最优长度、直径,分析额定距离下喷嘴将眼角膜喷为一定平面时眼睛距喷嘴不同距离处压强及速度分布。仿真结果表明,非接触眼压计喷嘴最优参数为喷嘴半径1 mm,长度20 mm,距离喷嘴额定距离10.5 mm。实验结果显示,在此参数条件下,非接触眼压计喷嘴可提供眼压测量的合适喷气压力范围,空气气流喷至眼角膜时可使角膜压平变形到要求的一定直径平面。