汽车排气管流固耦合应力计算

本文以汽油机排气管为研究对象,建立了排气管固体、内部烟气以及外部冷空气多种流体对流换热模型,采用CFD软件Fluent对排气管内外流场进行数值模拟,并将计算结果映射到FEA软件中进行流固耦合计算,得到不同车速下排气管的温度场及应力分布情况,计算结果表明外部冷空气的流动对排气管温度及应力分布具有很大影响。计算结果对排气管的模拟计算及生产设计具有一定参考价值。     

三分支排气管三维定常流计算中的几个问题

为了以ＫＩＶＡ程序为基础来计算分支排气管内的气体流动,对ＫＩＶＡ程序作了若干改进,如增加了处理进、出口边界的功能,以适应开口热力系统流动的计算;在压力亚循环阶段和对流通量计算过程中,引入面中心速度求解动量方程,使流场解的特性得到很大的改善;采用分块耦合方法生成三分支排气管三维贴体网格;利用时间相关法设置定常流动收敛准则等。最后,采用改进的ＫＩＶＡ求解分支排气管定常三维流场,计算结果与试验结果吻合良好,说明ＫＩＶＡ的改进是成功的。改进的ＫＩＶＡ具有较高的模拟精度和较强的通用性,可以用于具有复杂形状的开口系统的流动计算     

柴油机排气歧管流场分析与结构优化

建立了柴油机排气歧管的三维结构模型,并应用计算流体动力学软件分析流场。描述了排气管中的典型流动,并根据计算结果对排气管进行了优化。优化后的排气歧管模型内腔容积减小,管内部分漩涡消失,流通阻力减小,各缸流量均匀性提高。     

脉冲排气系统三维非定常流动的计算研究

采用三维非定常流动计算对某大功率六缸柴油机的脉冲排气系统进行了研究。计算物理模型采用Fluent多面体网格单元,排气管进口边界条件由发动机工作过程模拟软件GT-Power给定,湍流模型采用标准k-ε模型;结合对排气管开启、关闭时刻点以及排气最大流量点的分析,探讨了该脉冲排气系统的流动特性;并提出了优化方案。     

方形卧式分离器两相流场的数值模拟

方形卧式分离器是一种结构简单、布置方便、效率高的新型分离器，为掌握其内部流动特性，对该分离器内部紊流气固两相流动进行了数值模拟，采用雷诺应力模型(RSM)模拟气相流动，采用离散相模型(DPM)的非耦合法追踪颗粒运动轨迹，揭示了该分离器的流动与分离机理。计算结果表明：气固两相流在离心力作用下绕排气管流动，进入排气管时由内旋流转为外旋流，在排气管处形成强旋涡，同时计算并显示了入口速度为20m／s时1μm、50μm和500μm颗粒的运动轨迹。图10参7     

大功率柴油机排气管改进设计研究

针对某型高速大功率柴油机排气管设计了改进方案,采用热机耦合的方法分析该20缸柴油机原排气管和改进排气管的温度场、变形量和应力场。利用BOOST软件进行发动机热力学计算,得到排气管内外壁面的对流换热系数和温度,将排气管内外壁面的热边界映射到有限元模型中,计算出排气管的温度场和热应力。计算结果表明:原排气管存在着结构刚度不均匀、变形量大和局部应力高的问题,在改进结构上增加加强筋,有利于增加排气管变形均匀度,减少局部应力及排气管漏烟的风险。实施改进方案后进行了100小时验证试验,没有出现漏烟现象,证明改进措施有效。     

基于流固多相耦合的排气管垫片密封性能研究

对一台发动机而言,其排气系统的密封性能对发动机可靠性以及对环境会产生较大影响。我们以一台六缸柴油机的进排气系统为原型,通过对发动机一维计算、发动机单缸燃烧计算以及排气系统流动计算获得排气壁面温度和换热系数,进而获得排气系统的温度场。随后结合螺栓预紧力、振动等机械负荷边界条件及排气系统温度场,进行热-机械耦合计算,并从垫片接触压强以及排气管法兰变形两方面入手分析该型机排气管垫片的密封状况。计算结果表明,该型机排气管垫片密封问题主要是由排气管法兰变形较严重导致的。     

排气管中二维非定常流动的试验研究

以MPC二维排气管模型为对象,对其二维非定常流动进行了研究。在柴油机倒拖时,测量了该模型排气管内6个截面的压力和速度分布的变化,研究了热线探头标定前的预处理、实测状态与标定状态差异引起的误差修正和流动方向判别对速度测量的影响。测量结果显示,同一截面不同测点的压力变化曲线非常接近;支管的速度分布曲线是不对称的,其峰值偏向支管的内壁面,进入总管后速度曲线呈偏向总管外壁面的不对称分布,随后渐渐变为对称分布。测量结果还可用于排气管二维非定常流动计算的边界条件和考核数据。     

水下柴油机工作特性研究

建立了包括调速器、柴油机本体、后排气管路的水下柴油机动力系统的动态及稳态过程分析模型,并进行了试验验证。通过后排气管路的三维流动计算、整机性能计算和相关试验研究,确定了柴油机水下运行不倒灌水的判据,并给出了单机和双机运行的安全范围。研究了启动及停机过程中,后排气管压力、排气排水流速及发动机转速的变化规律。在启动过程中,排气速度不是单调上升,而是有振荡现象,在振荡过程中,有可能发生海水倒灌;在停机过程中,应根据后排气管压力变化控制排气外舌阀的关闭过程,以防止海水倒灌及排气背压过高。     

某船用柴油机排气管路流-固耦合计算与保温效果研究

对某船用柴油机排气管路的流动与传热过程开展流-固耦合仿真分析。结果表明:受排气管路结构影响,管内流动方向和流速发生变化,局部区域产生明显的回流现象;排气管路外表面温度分布差异较大,平均温度高达534 ℃。为达到柴油机安全设计要求,在排气管路外壁敷设保温材料。分析结果表明:气凝胶纳米材料的保温效果优于硅酸铝纤维材料,在相同的运行条件和使用要求下,气凝胶纳米材料的敷设厚度更薄。     

振荡作用下气液两相流的流动特性

为研究高强化活塞冷却油腔内气液两相流的振荡流动结构对其强化传热效果的影响,对矩形空腔内气液两相流的振荡流动过程进行了实验研究。结果表明:气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动规律有着明显的区别,起振阶段两相流以"爬壁"运动为主,而充分振荡阶段两相流则以"绕壁"运动为主;振荡频率主要影响两相流中气泡的状态和湍流强度,而填充率则主要影响两相流的流动形态和运动规律,在起振阶段振荡频率和填充率对起振阶段时长和最大气泡尺度的变化都有显著影响,而在充分振荡阶段,振荡频率对于气泡尺度的影响要明显高于填充率。     

模型试验中的阵发性不稳定流态及折冲流——李家峡水电站左底孔试验中的两个问题

本文证实李家峡水电站左底孔不存在阵发性不稳定流态问题,模型上的这种不良流态是模拟条件引起的。文章分析了与折冲流有关的因素,如压差、压力和流速梯度以及渥奇面参数,进而提出了修改方案,基本解决了该孔存在的折冲流问题。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式。BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算。     

河流生态径流评价的流量区间组成法

基于最小生态径流、适宜生态径流(阈值)和最大生态径流,提出了河流生态径流评价的流量区间组成法,依据各生态径流过程将实测径流划分为不同区间,分析评价了蒙江流域八茂站不同时期河流各月生态需水满足程度。实例应用结果表明,河流适宜生态径流计算时,蒙江流域丰、平、枯水期保证率取45%、50%、70%更为合适;水利工程的大量修建使蒙江流域河流径流处于适宜生态径流阈值范围内比例明显减小,且河流的生态需水保证率大幅降低。未来可根据来水情况和流量区组成法确定的流量区间调控河流径流过程,从而维持河流生态系统的健康与稳定。     

低流阻系数轴流式止回阀的内部流场分析

为了设计公称直径为DN200的低流阻系数轴流式止回阀,并准确分析其压力损失和流阻特性,在其原有的结构基础上,用汇源法设计止回阀的阀芯结构,得到结构优化后的轴流式止回阀。基于FLUENT(商用计算流体力学)软件提供的标准k-ε两方程湍流模型,对结构优化后的轴流式止回阀进行三维流道数值模拟,求解出不同工况下的压力云图和速度流线图,计算出优化后的止回阀流阻系数在0.272以下,小于优化前的0.4。最后,总结出进口压力、进口速度与流阻系数之间的关系。计算结果表明:在止回阀流道结构保持不变的情况下,影响止回阀流阻系数的主要因素是进口平均速度,随着进口流速的增大,止回阀的流阻系数呈逐渐减小的趋势;在进口速度保持不变的情况下,进口压力的变化对止回阀的流阻系数影响较小。     

轴流泵内气液两相流动的数值模拟

为进一步揭示轴流泵的气液两相流动的一般规律,基于ANSYS软件对轴流泵的气液两相流动三维流场进行数值计算与分析,研究了叶轮及出口导叶的压力面和吸力面的静压分布及气泡体积分布情况。结果表明,叶轮流道内,同等气泡体积分数下,当气泡粒径增大时,压力面上的气泡会由叶片出口处向着靠近轮毂处减少;而吸力面上的气泡会由进、出口处向着叶片中部靠近轮毂处聚集。气泡粒径不变时,当气泡体积分数增大时,叶片压力面上的气泡会由进口及轮缘处向着出口靠近轮毂处聚集;而吸力面上的气泡会由进、出口处向着叶片中部靠近轮毂处聚集。导叶流道内,同等气泡体积分数下,当气泡粒径增大时,叶片压力面上的气泡会由出口及轮缘处向着进口靠近轮毂处聚集,出口靠近轮缘处气泡越来越少;而吸力面上的气泡会由叶片进、出口向着叶片中部慢慢扩散。气泡粒径不变时,当气泡体积分数增大时,压力面上的气泡会由进口靠近轮毂处向着出口靠近轮缘处扩散;而吸力面上的气泡会由叶片进、出口向着叶片中部扩散。     

河流生态径流计算的流量频率区间比例法

以最小生态径流和适宜生态径流为基础,提出了河流生态径流计算的流量频率区间比例方法,即考虑径流情势的年内及年际变化特征,以逐月流量资料分别计算各月的生态径流,将各月的流量系列按25%和75%保证率为分界点划分为丰、平、枯三个区间,各区间保障不同级别的生态径流,维护了径流情势的完整性,有利于河流生态系统的保护。在额尔齐斯河中游的应用表明,该方法可为水库生态调度提供调控目标,从而为河流生态系统的保护提供了参考。     

浅谈调节阀的流量调节、调节范围及流量特性

通过对调节阀的流量调节、调节范围及流量特性的分析，介绍了调节阀设计及选型中需考虑的几个因素。     

轴流泵内部流场的数值模拟

为更深入研究轴流泵并了解其流道内流场特性,结合南水北调东线工程某泵站模型能量试验数据,采用计算流体动力学软件Fluent, 在多重参考系坐标下,运用基于壁面律的RNG κ〖KG-*6〗 ε的湍流模型对模型泵进行数值模拟。 计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程, 进口压力值选为0。通过计算预测了泵的水力性能,并与模型试验结果进行了比较,结果显示设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好,非设计工况下偏差较大。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型.模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式.BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算.