基于STAR-CCM+的发电机组流场对比分析及结构优化

文章以康明斯6C柴油发电机组(机组型号S688CCS)为研究对象,采用STAR-CCM+分析软件对该发电机组常规型和静音型的整机流场进行分析,对比研究该发电机组2种类型流场的差异性。模拟结果表明:该机组静音型的冷却风总量低于其常规型机组,且散热器处冷却风也低于常规型机组,不利于机组散热。依据流场对比分析的结果,采用单一变量控制方法,对静音型机组的风扇罩、消音材料及附近结构、进气格栅等结构进行改进,优化了流场分布特性,从而提出了相应的结构优化方案。优化后静音型机组散热器的风量较初始结构下的散热器风量提升44.33%,冷却风总量高于常规型机组,提升比例较大。研究结果可为发电机组冷却风道的设计提供相应的理论依据。     

基于内部流场分析的小型轴流风扇结构优化

采用孤立叶型设计法、CFD技术、遗传算法等理论,运用自编软件对某一轴流风扇轮毂比参数进行结构优化设计,优化目标为风扇流量。对比分析优化前后风扇内部流场,如风扇的静特性、叶片表面静压分布、子午面涡量分布等信息。由此验证优化方法的可行性．,并总结轮毂比参数对此风扇性能的影响。结果表明：优化后风扇叶片和轮毂表面减小了因涡流带来的能量损失,但叶顶间隙处的涡流增大,能量损失略有增大;在不同流量下,优化后风扇静压有不同程度的提高;优化后风扇的出口速度均比优化前大幅提高;风扇在额定工况下性能、静特性及内部流场都得到了很好的改善。     

风力发电机齿轮箱虚拟样机建模与动态特性分析

为预测750 kW风力发电机增速齿轮箱的动态特性,在Romax环境下对其进行多体动力学虚拟样机建模,在考虑传动轴、箱体及轴承柔性变形的基础上,通过Romax Dynamics模块对增速箱整机进行模态分析与振动特性分析.仿真结果表明,行星架一阶模态是整机振动的主要来源,改善行星轮系的均载状况和调整箱体支撑结构可有效降低整机振动幅度.     

基于STAR-CCM+的发电机组流场分析及结构改进

发电机组高性能和轻量化的设计需求对其冷却系统提出了更高的要求。发电机组散热效果好可保证机组在最佳温度下工作,确保机组稳定可靠运行。为评估一款发电机组散热性能,基于CFD分析方法,采用流体分析软件STAR-CCM+对该发电机组进行流场分析,并依据流场分析结果针对性地提出结构改进方案。结果表明,发电机组原结构缸头出风直接吹向油箱底部,消声器表面无风流经,整机散热存在风险。通过添加缸头导风罩和消声器通风罩的方法改善了发电机整机散热性能:油箱底部表面速度降低明显,消声器处冷却风量从28.91 g/s提升至135.78 g/s,风量提升明显,消声器表面平均风速约4.04 m/s。温度实测结果表明,机组额定功率运转120 min,改进后机组的油箱底部和电机顶部温度降低了38 ℃和17 ℃。研究结果可为发电机组散热性能评估及结构改进提供参考。     

电除尘器内斜气流特性的数值研究

采用多孔介质模型对电除尘器电场内部气流分布特性进行研究,调整气流分布板不同区域开孔率分布,并改变电除尘器本体结构,计算对应工况下电除尘器内部流场压力速度分布,对计算结果进行比较分析,提出最佳斜气流优化方案。结果表明:在进口烟道与电场入口之间加装三块不同开孔率的气流分布板,减小第三块气流分布板最底层的开孔率,可以形成有规律的斜气流,开孔率分布直接影响电除尘器内部斜气流特性。在调整后的开孔率分布下,改变电除尘器本体结构,使入口烟道低于出口烟道,可以优化斜气流型。     

低比转速离心泵内部流场数值模拟

采用三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart—Allmaras湍流模型,对复合叶轮离心泵内部三维流场进行整机定常数值模拟,得到了复合叶轮离心泵内部流场的速度分布和压力分布。分析在不同流量点下复合叶轮和蜗壳内部流场,揭示离心泵内部的重要流动特征,证实了过流部件间相互作用引起的离心泵内部流场的不对称性。数值模拟结果表明,复合叶轮离心泵的整机数值模拟分析能够较准确地预测出离心泵内部的流场结构及性能参数。     

高拉速下板坯浸入式水口参数的数模研究

采用数模研究了浸入式水口不同结构条件下，结晶器内钢水的流动状态，研究表明，浸入式水口侧孔的角度对流场影响不大，主要是钢水很难充满侧孔，且浸入式水口的管壁厚度不够，没有导流作用，水口侧孔的面积较小时，提高出口面积可减小流出速度，当流股充不满出口时，扩大出口面积，不能减小出口流速，在浸入式水口底部开孔，可以有效地起到分流作用，高拉速下，合适的底孔孔径，可以得到满意的流场。     

重卡驾驶室液压翻转机构翻转缸胀孔特性研究

为分析重卡驾驶室液压翻转机构翻转缸异形孔胀孔流量特性,采用流场有限元分析的方法对不同温度下的胀孔通流进行数值分析,并对多组流场分析数值结果进行函数拟合,得到不同温度下胀孔的孔口流量特性方程,及温度与孔口形状系数的数学关系。运用上述方法,针对某型重卡驾驶室液压翻转机构翻转缸的缸筒尾部为4个异形孔的胀孔进行分析。结果表明,该胀孔符合短孔特征,其孔口形状系数与温度呈幂函数关系。进而对液压翻转缸在悬置状态进行了基于AMESim仿真分析,分析结果显示,仿真计算值与拟合公式计算值基本一致,故针对实例得出这种分析胀孔的方法是可行的。     

大型载货汽车驾驶室与货厢间隙对气动力特性的影响

以简化的大型载货汽车模型GTS为研究对象,采用RNGk-ε湍流模型和混合网格技术,分别模拟了气流流过驾驶室与货厢之间不同长度的间隙时产生的流场形态。通过分析不同间隙区域的流场形态分布和空气阻力系数的变化规律发现,间隙长度G≤55%时,对整车的气动力特性的影响较小;当G>55%时,气动力特性的变化对整车的影响逐步增大。同时研究发现,在GTS模型的驾驶室顶部加装导流罩可改善整车的气动力特性。     

不同蛇形流场下的直接甲醇燃料电池性能及阻抗分析

目的 研究不同实验条件下单通道蛇形流场与多通道蛇形流场直接甲醇燃料电池的性能差异与阻抗变化.方法 实验测量了蛇形流场甲醇燃料电池的伏安特性和交流阻抗,分析了流场结构、甲醇浓度和流速对电池伏安特性和交流阻抗的影响.结果 实验结果表明:多通道蛇形流场甲醇燃料电池的性能优于单通道蛇形流场甲醇燃料电池.通过等效电路分析其交流阻抗发现:多通道蛇形流场甲醇燃料电池的欧姆阻抗、电极反应阻抗都比较小;多通道蛇形流场甲醇燃料电池电极形成的双电层特性趋近电阻特性.结论 阻抗的变化是决定多通道蛇形流场甲醇燃料电池性能高于单通道蛇形流场甲醇燃料电池的重要原因.研究结果对甲醇燃料电池性能和电极优化提供了有益的参考.     

发电机组流场特性数值模拟及其散热优化研究

发电机组高性能和轻量化的设计需求对其冷却系统提出了更高的要求。发电机组工作时机舱温度上升快,其散热性能不好直接影响其高效正常运行。文章以发电机组为研究对象,采用CFD软件STAR-CCM+ 11.06对某发电机组整机流场特性进行数值模拟分析,并采用单一变量控制方法对风量提升进行研究。结果表明:该发电机组原结构风扇进风风量仅为40 g/s,发动机热风回流导致电机进风量增大,不利于电机的冷却;通过调整进风结构、减小出风阻力和添加隔热挡板均可以提升风量,其中添加隔热挡板后发电机组风量提升明显且能有效消除热风回流现象。依据单因素分析结果提出了调整左右进风口布置、加大消声器护罩出口、添加发动机隔热挡板的组合方案,优化后的发电机组风扇进风量提升至75. 79 g/s,总风量提升明显;热风回流被隔热挡板充分隔断,电机热风循环减少;油箱、化油器、点火器的表面速度明显提升。发电机组总进风量增加,机组内空气流速快,有利于发电机组的冷却,可保障其高效正常地运行。发电机组流场特性数值模拟及其散热优化研究结果可为后续发电机组的设计及改进提供参考。     

客车侧围格栅对发动机舱内热环境的影响

应用数值模拟和试验相结合的方法,对比研究了高速工况下某客车发动机舱左侧格栅封闭前后舱内流场及温度场的变化。结果表明:从左侧格栅流入发动机舱的冷空气流量远大于从格栅边缘流出的热气流的流量。左侧格栅封闭前,格栅处流入的气流对后舱门反射的热气流有较强的阻碍作用,左侧格栅封闭后,这种阻碍作用减弱,在车底气流的带动下,热流体从车底更顺畅地流出发动机舱。左侧格栅封闭不会对发动机舱的热环境造成不良影响。     

汽车空调冷却风扇选型分析

冷却风扇不仅为发动机冷却系统提供足够的冷却风量,将发动机水箱内高温的冷却液冷却。同时,还为空调系统提供风量,将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷剂,基于某型号轿车,通过CFD分析冷凝器处风量分布及整车状态下空调性能试验来选择合适风扇,以满足汽车空调系统要求。     

底部对数螺线挡板对搅拌釜流场特性影响的数值模拟

采用CFD方法对底部不同结构尺寸对数螺线挡板的搅拌釜内流场特性进行了数值模拟。模拟采用多重参考系方法、滑动网格法和k-ε湍流模型。在100r·min-1转速下,对不同结构尺寸底部挡板流场进行模拟分析。结果表明：增大底部挡板弦长与宽度有利于强化搅拌釜混合效果,缩短混合时间。底部挡板改善了叶轮区以下区域的流动状况,轴向流动与挡板弦长和宽度成正相关,与离心距离成负相关。底部挡板对将剪切速率有一定的提高,增加弦长与宽度有利于剪切水平提高。     

Flow characteristics by particle image velocimetry in liquefied natural gas vaporizer model with several baffles

Shell-and-tube vaporizers are the most commonly used and dominated types of vaporizers in liquefied natural gas (LNG) realm. Due to efficient performance, shell-side flow in this type of vaporizers has received considerable attention and has been investigated extensively. However, the detailed flow structure in the shell needs to be determined for reliable and effective design. Therefore, the objective of this study was to clarify the flow structure in shell by particle image velocimetry (PIV). Experiments were conducted using two types of model; 15% baffle cut having inlet and outlet positions in the direction of 90° to the cut and 30% baffle cut having inlet and outlet positions in the direction of 180° to the cut. Each test section is 169 mm in inner diameter and 344.6 mm in length. The flow features were characterized in different baffle cuts with regards to the velocity vector field and velocity distribution. The results show that the flow characteristics of 15% baffle cut type vaporizer are comparable to those of 30% baffle cut type vaporizer.     

发电机组流场数值模拟及优化分析

发电机组在运行过程中会产生较大热量,其散热性能不好会直接影响使用性能和寿命。文章以某发电机组为研究对象,采用流体力学计算方法,利用STAR-CCM+软件对其流场特性进行数值模拟分析。流场分析发现,机组内发动机各冷却风道风量分配不均匀和消声器局部区域存在速度死区,不利于散热。依据流场分析结果提出相应的结构优化方案,优化后机组发动机各冷却风道风量分配得到明显改善,消声器表面平均速度得到明显提升,不存在速度死区,变频器、定子及发动机表面速度分布更均匀。发电机组流场分析及优化结果为后续整机产品开发和系统级热管理匹配提供了参考。     

Numerical investigation of radial inflow in the impeller rear cavity with and without baffle

In typical small engines, the cooling air for high pressure turbine(HPT) in a gas turbine engine is commonly bled off from the main flow at the tip of the centrifugal impeller. The pressurized air flow is drawn radially inwards through the impeller rear cavity. The centripetal air flow creates a strong vortex because of high inlet tangential velocity, which results in significant pressure losses. This not only restricts the mass flow rate, but also reduces the cooling air pressure for down-stream hot components. The present study is devoted to the numerical modeling of flow in an impeller rear cavity. The simulations are carried out with axisymmetric and 3-D sector models for various inlet swirl ratio β_0(0–0.6), turbulent flow parameter lT(0.028–0.280) with and without baffle. The baffle is a thin plate attached to the stationary wall of the cavity, and is proved to be useful in reducing the pressure loss of centripetal flow in the impeller rear cavity in the current paper. Further flow details in impeller rear cavity with and without baffle are displayed using CFD techniques. The CFD results show that for any specified geometry, the outlet pressure coefficient of impeller rear cavity with or without baffle depends only on the inlet swirl ratio and turbulent flow parameter. Meanwhile, the outlet pressure coefficient of the cavity with baffle is indeed smaller than that of cavity without baffle, especially for the cases with high inlet swirl ratio. The suppression of the effect of centrifugal pumping and the mixing beween the main air which is downstream of the baffle and the recirculating flow of the vortex in the stationary cavity, which are caused by the use of baffle, are the underlying reasons that lead to the reduction of outlet pressure loss.     

发动机缸体冷却液流动传热的三维CFD模拟

针对发动机冷却系统优化设计中存在冷却液的三维流动与传热的问题，为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量分配和热量利用，以4缸发动机为研究对象，利用计算流体动力学 (CFD)软件STAR-CD，对发动机缸体冷却水套内冷却液的流动和传热进行三维数值模拟.通过CAD建模、计算网格划分和给定边界条件，进行数值计算，给出了发动机冷却水套内冷却水的流场、压力场及表面传热系数分布，为进行发动机冷却水套内冷却液的流动和传热分析以及冷却水套的优化设计提供了理论依据.