冷却塔专用水轮机的数值模拟与性能研究

以冷却塔内额定流量为0.833 m³/s的双级贯流式水轮机为研究对象,基于ANSYS-Workbench操作平台对其进行单向流固耦合分析。采用三维建模软件UG,建立水轮机模型。使用商业CFD软件Fluent,对全流道模型进行三维定常湍流数值模拟,分析了内部流场及各部件的水力损失,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,使用有限元分析软件ANSYS,对转轮设计工况下的刚强度进行了计算,得到了转轮的静应力分布和变形情况。     

轮胎花纹凹坑非光滑表面对抗滑水性能的影响分析

以205/55R16轿车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)的方法对轮胎抗滑水性能进行数值模拟,通过将滑水速度仿真值与滑水经验公式计算值进行对比,验证了滑水分析方法的有效性。为提升轮胎的抗滑水性能,借鉴仿生非光滑减阻理论,在花纹沟槽两侧壁布置矩形排布的凹坑非光滑结构,采用响应面分析方法对凹坑的顶部圆直径、凹坑深度、顺流向凹坑间距和展向凹坑间距4个参数进行寻优,并从流场变化角度揭示了凹坑结构减阻机理。在此基础上,将减阻最优的凹坑结构引入到整胎滑水分析模型中,通过与光滑壁面花纹轮胎抗滑水性能的对比发现,凹坑非光滑表面花纹轮胎可通过降低胎面动水压力实现轮胎抗滑水性能的提升。     

计算软件对离心压缩机性能的数值模拟及与试验结果的对比验证

利用计算流体商业软件,采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过SIMPLEC算法求解连续性方程、湍流时均N-S方程、能量方程,对某一无叶扩压器离心压缩机整级三维粘性湍流流场进行了数值分析,通过比较0.8、0.75两个马赫数下计算结果与试验测量结果在效率和压比等方面的符合程度,讨论了计算软件在模拟流体机械内部流动方面的适用性.     

高速切削时摩擦系数对切削加工性能的影响

高速切削加工中,刀屑间的摩擦系数对切削产生重大影响。为此,采用大型仿真软件Deform3D数值模拟了摩擦系数对切削力、残余应力、等效应力、等效应变和切削温度的影响。通过对有限元模拟结果的分析,优选出合理的参数指导生产加工,具有一定的实际意义。     

基于十四面体模型的闭孔泡沫材料弹性性能的有限元分析

建立十四面体的单胞模型和多胞模型,采用有限元方法和周期性边界条件,研究胞体数目和相对密度对闭孔泡沫模型弹性性能的影响.同时,确定闭孔泡沫胞体在两种变形状态下的应力分布.文中还将数值结果与理论预测以及随机泡沫模型的计算结果进行比较.结果表明,十四面体模型可以较好地预测低密度闭孔泡沫的弹性性能.     

不同螺旋角的螺旋折流板换热器性能试验研究

对螺旋角为12°,18°,30°,40°的单螺旋折流板换热器进行传热性能和壳程压力降性能测试,并应用英国传热协会的换热器计算软件对螺旋折流板换热器进行计算,得到了相应结构下的总传热系数和压力降.然后通过对试验数据的整理分析,并进行曲线回归,得到了壳程对流换热系数和压力降的经验计算公式,该公式可以为螺旋折流板换热器设计计算和数值模拟提供一定的参考价值.     

潜孔锤钻头球齿冲击过程数值模拟

潜孔锤钻头冲击钻进的过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程.对这一复杂过程,目前主要是利用实验方法来进行研究,致使钻头设备的开发与研制一直处于传统的经验或实验模式下进行,设计与制造周期长、成本高,产品严重老化、缺乏市场竞争力.应用非线性显式三维有限元求解程序LS-DYNA3D,采用与岩石性质较接近的混凝土模型,对钻头硬质合金球齿冲击混凝土板的过程进行仿真计算,讨论不同球齿冲击速度下混凝土的变形及破碎机理,分析球齿的冲击力、侵入混凝土的速度、位移及冲击力-凿入深度曲线等,为研究钻头与脆性材料的作用过程及钻头的优化设计提供一种有效的分析方法.     

内外压分别作用下冷却塔风振系数对比研究

现有冷却塔规范和文献中关于风振系数的研究和取值建议均针对外表面风荷载作用,并认为内压作用下风振系数与外压作用下的数值一致,这无法真实反映冷却塔内压引起的风振效应。为对比研究内、外压分别作用下超大型冷却塔结构的风振特性及风振系数,以国内某在建超规范限值高210m间接空冷塔为研究对象,首先,进行刚体同步测压风洞试验获取内、外表面平均和脉动风荷载;其次,建立塔筒-支柱-环基一体化有限元模型,采用完全瞬态法对超大型冷却塔在内、外压分别作用下的塔筒风振响应和风振系数进行了精细化计算分析,探讨了以塔筒径向位移、子午向轴力、Von Mises应力和环向弯矩4种典型目标响应下的风振系数取值标准,提炼出超大型冷却塔内、外压作用下的一维、二维和三维风振系数分布规律;最后,分别给出了此类超大型冷却塔内、外压作用下风振系数的取值建议和二维拟合公式。主要结论可为此类超大型冷却塔风振系数的精细化取值提供科学依据。     

动车组牵引变压器冷却风机气动噪声特性的试验和仿真分析

为研究动车组牵引变压器冷却风机的气动噪声特性,针对某型冷却风机进行气动噪声试验,得到在不同测点处的声压级和频谱特性。同时,针对该型风机建立仿真模型,模型中考虑电动机、支架等实际结构,结合计算流体力学方法和Lighthill声学比拟理论,对冷却风机的非定常流动特性和远场声场进行数值仿真,与试验数据进行对比。结果表明,通过大涡模拟得到的冷却风机噪声主要阶次与试验具有较好的一致性;在基于风机侧面评价点声压功率谱密度所估算声功率贡献量中,宽频带噪声占比为74.76%,是后续减振降噪的重点;阶次噪声占比为25.24%,结合仿真分析发现,阶次的主要来源为进风口动叶轮和出风口动叶轮处气流脉动压力所形成的偶极子声源,其中进风口第33阶次和出风口第10阶次最为重要。所得分析结果可为该型风机的气动性能和气动噪声的改进提供切实可行的参考依据。     

Method of internal 3D flow field numerical simulation for hydrodynamic torque converter

To enhance the performance of a hydrodynamic torque converter and thoroughly understand the trait of inside flow, a numerical simulation method of internal 3D flow for the three-element centrifugal hydrodynamic torque converter was systematically researched and expatiated in this paper. First, the internal flow field of each impeller was calculated. The curves that illustrate the relationships between the pressure differences of the inlet and outlet versus flux were drawn. Second, the concurrent working point of each impeller was approximately estimated. Finally, a calculation was performed considering the influence on each impeller. The flow field of a working point was solved by multiple calculations and the actual working condition was gradually determined. The pressure and velocity distributions of the flow field were proposed. The performance parameters of the hydrodynamic torque converter were predicted. The calculation method, and the proposed pressure and velocity distribution of the flow field, have practical significance for the design and improvement of a hydrodynamic torque converter. __________ Translated from Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2006, 36(2): 199–203[译自: 吉林大学学报(工学版)]