基于大涡模拟方法的多层动网格技术识别平板气动参数

【摘要】从弱耦合的角度出发,对流体计算软件fluent进行二次开发,利用其用户自定义函数(UDFs)描述结构的运动状态并结合动网格技术实现流固耦合。在保证动网格运动速度符合空间守恒法则的条件下,针对固体模型在流场中运动受网格尺寸限制且易造成网格变形过大导致计算失败的问题提出了多层动网格的解决方法。流体动力计算时考虑湍流的作用,采用大涡模拟方法求解N-S方程。数值模拟了平板做单自由度强迫振动的断面绕流流场,通过最小二乘法拟合气动力时程曲线获得气动导数。仿真结果与通过Theodorsen理论导出的平板气动导数具有良好的一致性。     

等螺距螺杆真空泵内气体流动的数值模拟研究

应用计算流体力学（CFD）方法对螺杆干式真空泵进行数值模拟计算,建立了针对螺杆干式真空泵流场的分析方法。对泵腔中流动区域进行三维建模,采用SCORG和ANSYS-ICEM软件对转动域和固定域分别进行了网格划分,利用瞬态模拟方法得到了泵内压力场、速度场和温度场的分布情况,并计算出抽气速率等参数。网格无关性分析结果与理论数据对比表明数值模拟结果可靠,符合预期。     

基于CFD与ADAMS的三角转子气动机设计与仿真

针对采用高压天然气井井下节流降压工艺时存在浪费天然气压力能的现象,提出了利用三角转子气动机将高压天然气压力能转化为机械能驱动发电机发电的思路。首先,借鉴传统三角转子发动机结构特点,对三角转子气动机进行了总体结构设计并提出全新的降压方案;然后,利用CFD （computational fluid dynamics,计算流体动力学）数值模拟方法对气动机内部流场进行了数值模拟;最后,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件对三角转子气动机机械系统进行了运动学与动力学仿真,运用赫兹接触理论校核了径向密封片与气缸的接触强度,利用ABAQUS分析软件校核了缸体耐压强度。仿真结果表明,第1级气动机设计合理,第2级气动机的设计存在缺陷,将第2级气动机入口温度从343 K提高到353 K后,解决了气缸中因压力、温度下降产生水合物的问题。仿真结果为后续三角转子气动机的深入研究提供了新思路。     

基于映射理论的网格生成新方法及应用研究

基于映射函数理论提出二维/三维流场的网格生成新方法。针对实际应用中对场函数变密度的要求,提出可控制网格疏密度的插值公式,并以此对典型物体周围流场进行网格剖分,验证其有效性。针对圆形域(柱形域)流场网格生成质量的缺陷,提出在目标域中建立内置块的新策略,统计分析网格最小内角分布,并与原方法对比分析,以验证改进效果。运用自编程序,对具有复杂外形的空间膜结构进行流场网格剖分,并将该网格导入Ansys-CFX软件,进而数值模拟结构表面风压分布。经验证,该方法可有效地运用于流场网格剖分。     

空气动力发动机气缸容积及程径比的研究

 气缸容积和程径比是进行气动发动机设计的关键参数.在通过热力学和动力学分析对气动发动机工作过程建立并经试验验证的数学模型的基础上,运用仿真方法研究探讨了不同气缸容积与程径比的组合对发动机工作特性的影响情况,提出了相关选用准则,为优化气动发动机设计,提高气动发动机性能打下良好的基础。     

浮子流量计流动特性的非稳态数值研究

应用计算流体动力学（CFD）方法和动网格技术对浮子流量计的流动特性进行了非稳态的数值模拟计算。计算真实地再现了浮子趋于平衡的动态过程一从初始位置出发上下来回移动,动能在阻尼作用下逐步耗尽,最终归于静止。通过计算获得一系列与流量相对应的浮子平衡位置,与实验结果很好符合。数值模拟也显示了动态流场分布和分离涡的结构等。研究表明CFD方法可以成为浮子流量计设计的十分有效的辅助手段。     

基于坐标变换法的红外成像模型

针对气动光学传输效应,本丈提出一种用坐标旋转法追迹空间任意若干条光线得到光学传递函数(OTF)来计算成像的模型.该方法根据几何光学成像和坐标旋转变换原理,采用基于计算流体力学(CFD)网格的超高声速流场密度数据建立了成像模型,模拟出了流场的降晰效应,并且对仿真结果进行了对比分析.实验结果表明,该模型在一定的精度内反映了现有的气动光学降晰现象.最后探讨了模型的精度及工程应用的意义.     

气动打标系统动态特性分析

以研究气动打标系统的动态特性和改善气动打印机打印效果为目的,利用ADAMS和MATLAB分别建立了气动打标头模型和气缸腔室动态压力模型,联合对气动打标系统的动态过程进行了仿真.分析结果表明这3个量的提高与动态压力特性和气缸的机械特性有关,且是相互制约关系.研究成果将为气动打印系统的优化设计提供依据,缩短产品开发周期和节约试制成本.     

流固耦合振动效应对机翼气动噪声辐射的影响研究

在常规气动声学研究中,机翼结构往往被视为不会与流体发生耦合作用的刚性体,认为流体压力不会引起机翼结构振动。但实际上机翼结构在外部流体激励作用下会产生振动,结构振动会起流场变化进而引起气动噪声变化。对于弹性较大的机翼结构忽略这种流固耦合振动噪声效应会导致数值模拟结果偏离实际情况。为了研究流固耦合振动效应对气动噪声预测结果的影响,以NACA0012翼型为对象,采用CFD/CSD耦合数值方法求解翼型流场和结构场的非定常响应,再通过FW-H方程评估翼型的远场辐射气动噪声。仿真结果表明考虑流固耦合效应时翼型的气动噪声要显著大于刚体模型情况,并且噪声声源指向性发生明显改变。对机翼表面涡量分析发现,机翼的振动改变了机翼表面压力分布,导致机翼表面湍流动能增强,进而造成机翼辐射气动噪声的增大;并且弹性机翼辐射的气动噪声随着机翼刚度降低呈增大趋势。     

膜式燃气表内部流动数值模拟研究

采用CFD数值模拟方法对有柔性膜片的膜式燃气表内部流动进行数值模拟研究,解决了皮膜和旋转阀之间的联动关系以及旋转阀转动与皮膜运动的仿真实现等技术问题;运用滑移网格、动网格及用户自定义函数(UDF)技术实现了膜式燃气表内部流动的动态数值模拟,获得了旋转阀与阀座存在1mm间隙的情况下膜式燃气表内部流场和仪表压损数据.结果表明,数值模拟技术用于膜式燃气表这种复杂结构的内部流动研究是可行的.     

圆柱绕流气动噪声数值分析

为了快速预测刚性圆柱绕流的气动噪声,研究了一种将离散涡方法(DVM)和涡声理论结合起来计算低马赫数、高雷诺数流场气动噪声的方法。首先用Oseen粘性涡模型改进了离散涡方法并模拟了圆柱绕流,分析结果与实际情况相符。根据流场计算的结果,应用涡声理论进一步计算了远场的声压。测点的总声压级与实验值及其他数值计算结果都比较吻合。最后绘制了声场的指向性特性曲线,表明圆柱绕流声场明显的偶极子特性。     

印刷机进风系统的结构分析与优化

目的研究凹印机烘箱进风管道的结构,以减少管道内的涡流,提高热风流动均匀性。方法建立烘箱结构的三维模型和进风管道的流体域,确定进风系统管道结构数值模拟的可行性研究方案。设计制作烘箱管道结构的实验模型。验证理论研究和数值模拟结果的正确性。结果实验结果表明,流场的速度及压力特性与数值模拟的特征结果具有较好的一致性。结论通过三维结构建模、仿真分析和实验验证,提高了管道的热风效率,节约能耗效果显著。     

半无限土介质中集团装药爆炸空腔的数值模拟

利用LS-dyna3D有限元程序,运用非线性动力学基本理论和算法,针对集团药包对半无限土介质中爆炸时空腔的形成和发展规律以及鼓包的运动规律等问题,进行了数值模拟研究,将模拟计算结果与现有实验研究成果进行了对比,并分析了数值模拟和模拟计算结果的正确性.     

船用柴油机机体组合结构模态分析方法

利用数值试验方法验证包括柴油机机座、机架、气缸体、扫气箱、空冷器等有限元模型简化的合理性。通过螺栓连接板件的模态试验验证有限元法模态分析中螺栓连接处理方法的可靠性。在此基础上建立包括以上各部件的某大型船用6缸柴油机机体组合结构有限元模型。通过对整体结构模态分析,找出整机刚度局部薄弱部位和整体固有振型。为大型船用柴油机设计人员在设计阶段,预报和预防整体结构振动提供一较为简便的方法。     

稀相气-固流化床分选电厂磨机返料中黄铁矿的实验与模拟

为了降低燃煤电厂的磨机功耗,减少锅炉燃烧后的污染排放,通过分析磨煤机分离器返料的粒度和密度分布,对电厂采样物料进行稀相流化床分选去除黄铁矿等矿物质的实验研究,并对物料分选过程进行数值模拟。结果表明,粒径小于0.500 mm的分离器返料在流化床中具有较小的起始流化速度1.62 cm/s,流化床各层的密度和粒度具有很好的稳定性;物料中的黄铁矿等矿物质得到分离,上层和底层物料灰分质量分数分别为33.34%、73.42%,硫分质量分数分别为1.12%、8.96%,底层物中硫主要以黄铁矿的形式存在;气-固两相流稀相分选床的流场形态及颗粒运动数值模拟验证了实验结论。     

内燃机车司机室吸附式空调器性能分析

一种以内燃机排气的余热驱动的机车司机室空调系统已投入试运行。该系统采用分子筛－水作为工质对，单吸附器结构，并通过蓄冷器，向外连续、稳定地供冷。本文阐述了该空调系统的工作原理、热力计算方法，并对部分试运行的结果进行了分析。     

某过滤净化装置内部流场优化

使用CFD技术对某过滤净化装置内的流场均匀性进行优化研究,计算并分析不同工况下装置内部空气的流速,并利用正交试验方法设计模拟方案,研究不同导流板对装置内部流场的影响,确定最合理的导流板布置形式。采用正交试验对模拟结果进行分析,发现各因素影响水平从大到小分别为导流板数、导流板长度和送风量。在送风量一定的条件下,设置9块导流板,导流板长度为100 mm时装置内部的流场均匀性最好。     

Experimental study on performance of a biogas engine driven air source heat pump system powered by renewable landfill gas

The equipment configuration of a landfill gas (LFG) fueled biogas engine driven air source heat pump system was studied. The process flow for collecting and purifying LFG was analyzed, and the LFG collection and purification method was determined. An experimental apparatus was set up, and the effect of biogas engine speed variation on LFG consumption, exhaust fume temperature of biogas engine, recovered waste heat from exhaust fume and cylinder liner, coefficient of performance (COP) of the heat pump and primary energy ratio (PER) of the system were experimentally tested. The results indicated that LFG consumption and biogas engine exhaust fume temperature increased with biogas engine speed. When the biogas engine operated in the 70%–90% rated speed range, the system heat output and exhaust fume waste heat recovery rate would be relatively higher. In addition, the maximum COP and PER reached 4.2 and 1.4 respectively.     

水流作用下双圆柱墩混凝土梁桥的动力响应实测与数值模拟

西藏达林大桥为一座7跨桥面连续的混凝土梁桥,下部结构采用双圆柱桥墩。2018年7月,在水流作用下达林大桥桥墩及桥面出现了显著的顺桥向振动。该文报道了水流作用下大桥的动力响应实测与数值模拟研究。实测表明:桥梁顺桥向振动表现为桥梁一阶纵向模态为主的拍振,横桥向为随机微振动;顺桥向最大加速度约为0.08 m/s2,梁端最大位移约为1.56 mm。基于一阶纵向振动模态参数,将双圆柱墩梁桥简化为单自由振动体系,在2 m/s~10 m/s流速范围内(折减流速U_r=1.69~8.45、雷诺数Re=2.6×106~1.3×107)进行了二维流固耦合数值模拟,得到了桥墩双圆柱升阻力系数以及不同结构阻尼比时的涡振响应。并对桥墩振型与水流流速剖面等三维效应进行修正,得到了墩顶位移随流速变化的关系。结果表明:上游柱尾流对下游柱的脉动涡激升力有显著增强作用,在3 m/s~6 m/s流速范围内双圆柱桥墩出现了涡激振动。在考虑三维修正后,ζ=0.01工况下墩顶位移数值模拟结果与实测值较为吻合。随着阻尼比ζ的增加,涡振最大振幅变小,锁定区间基本不变。