不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟.采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响.计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好.成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导.     

杆体凹槽形状对水口内夹杂物聚集影响的数值模拟

利用Fluent软件建立三维有限体积模型,采用多相流模型数值模拟的方法,研究向水口内插入带有矩形凹槽吸附杆,在此基础上模拟六组不同形状矩形凹槽对水口内夹杂物聚集的影响。确定出凹槽形状是影响水口内夹杂物聚集的主要因素,以及矩形凹槽尺寸为4 mm×4 mm×10 mm时,得到的钢液流场最有利于夹杂物在吸附杆凹槽壁面聚集,为优化吸附杆杆体结构提供参考。     

离心泵仿生微结构叶片减阻特性的仿真研究

目的 通过在离心泵叶片表面布置仿生微结构实现离心泵的减阻,并获得仿生微结构的最优化设计参数。方法 研究利用仿真模拟的方法,采用离心泵的扭矩变化对其减阻性能进行表征,考虑了仿生微结构的形态、截面形状和特征高度等结构参数的影响规律,通过分析叶片表面的湍流动能、剪切应力和近壁面层的速度云图揭示仿生微结构对离心泵减阻特性的影响机理。结果 在3种微结构形态中,流向沟槽的减阻效果最好;在3种截面形状的微结构中,矩形截面的减阻效果最好;离心泵减阻率并非随微结构特征尺寸单调变化,而是存在最优值;所有微结构的减阻率均随着流量的增加而增加。当叶片表面布置流向、矩形沟槽时离心泵具有最优的减阻效果,且在全流量工况范围流向矩形沟槽结构的最大减阻率为8.39%。结论 叶片表面微结构的布置可以实现离心泵减阻,其减阻机理与近壁面流体流动行为有关。表面微结构可有效降低叶片壁面的速度梯度,使速度沿壁面法线方向过渡更加均匀,且微结构内部低速流体层可有效控制和减弱近壁面区的湍动程度,减少湍流动能损耗;同时微沟槽内的反向涡流具有类“滚动轴承”作用,将滑动摩擦转换为滚动摩擦,降低摩擦阻力。     

基于数值模拟的超疏水材料减阻性能研究

目的为了研究超疏水材料的减阻性能,提出一种准确可靠的数值模拟研究方法。方法建立超疏水船舶的三维模型,对考虑自由液面时船舶的黏性绕流进行数值模拟。由于表面接触角是评定材料疏水性的一个重要参数,通过改变表面接触角研究相应阻力值的变化,并采用理论计算、数值模拟以及实验研究三者相结合的方法,验证该模型及方法在超疏水材料减阻性能研究方面的准确性。结果随着表面接触角的增大船舶行驶时所受的阻力减小。船体采用超疏水材料的阻力比采用亲水性材料的阻力减少了41%,比采用一般疏水性材料的阻力减少了24%。模拟中得出的船舶模型阻力大小与理论计算以及实验结果基本吻合,误差分别在4.6%和8%以内。结论通过船舶模型研究超疏水材料的减阻性能,提出了一种基于数值模拟的有效研究方法,为超疏水材料其他方面的性能研究提供了一定指导。     

横向间断肋条湍流减阻大涡模拟分析

目的 通过改变肋条结构,提高传统肋条的减阻效果。方法 基于Walsh肋条减阻实验,利用LES理论的WALE模型以及PISO算法,对传统连续肋条及新型间断肋条进行了仿真模拟计算,其中梯度求解基于Green-Gauss节点格式,压力求解采用二阶格式,动量方程求解采用中心差分格式,时间离散采用二阶隐式格式。通过对比分析两种不同肋条结构流场湍流流动的细节及肋条的减阻率,探究新型肋条结构的减阻作用和机理。结果 LES方法准确地再现了Wlash实验的流场细节及计算结果,相同计算条件下,传统连续肋条表面摩擦减阻率和黏性减阻率均为4.641%,而新型间断肋条表面摩擦减阻与黏性减阻率高达9.317%和6.306%。结论 新型间断肋条相较于传统连续肋条的表面摩擦减阻率和黏性减阻率皆得到了较大的提升。新型间断肋条具有较高的减阻率是由于横向肋条阻断作用使得大涡旋受到抑制而分裂成较小的涡旋,降低了近壁面流体的流速,减弱了湍流扰动对流体的影响,使低速流体更加稳定的发展。     

横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹倾向数值模拟研究

从力学角度出发,提出横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的新方法。讨论了铝合金焊接热裂纹产生的条件,建立脆性温度区间(BTR)金属材料-力学性能匹配模型,采用弹塑性有限元方法对BTR区域金属产生的挤压塑性流变行为和应变场变化进行了分析。模拟结果表明,横向超声冲击对BTR区金属产生横向压缩塑性应变,并依靠BTR区金属的塑性变形把应变传递到焊缝中心,随着横向超声冲击加载功率的增加,在焊缝中心处产生的挤压应变也随之增大。通过实验测定实际情况下BTR区金属的横向压缩塑性应变值,实验结果与模拟结果吻合良好,进一步证明了该方法的可靠性。     

天然气管道减阻耐磨涂料的研究和应用进展

对用于天然气管道中减少输送阻力、提高输气量的减阻型涂料的研究和应用现状进行了介绍，并针对我们研制的AW-01天然气管道减阻涂料所带来的减阻效果和经济性进行了分析和评估，同时展望了减阻内涂层的应用前景。     

管道输送加气减阻与助送技术研究

设计建造了管道输送加气减阻与助送研究的试验台,分析了加气减阻的机理和延长排距的效果,研究了影响试验效果的因素.试验结果表明,在排泥管中以适当的方式加入一定的空气,可以达到减少管道输送阻力和延长排距的作用.     

火电机组水冷壁管横向裂纹失效机理分析与热应力数值模拟

通过宏观形貌特点、断裂面形态特征和微观金相组织检验特点等三个方面,对水冷壁管横向裂纹进行失效机理分析,推断出水冷壁管横向裂纹失效的共因是水冷壁管运行超温导致向火侧材料屈服强度降低这一共因,从而提出采用水冷壁管变系数热应力计算模型替代传统的常系数热应力计算模型的计算方法.结果表明,变系数热应力计算模型能较准确跟踪管壁温度的变化率.     

凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究

目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换...     

Experiment and mechanism of dynamic drag reduction in pipeline transportation

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓａｖｅｅｎｅｒｇｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｂｅｎｅｆｉｔｓ ,ｒｅｄｕｃｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｉｃｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ .Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ ,ｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｒｅｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｍｉｎｅｓｗｈｉｃｈｕｔｉｌｉｚｅｆｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｍｉｎ ｉｎｇ .Ｉｆｒｅｄｕｃｉ…     

应用CFD-DEM耦合模拟计算排泥管及法兰连接处固液两相流

对于管内固液两相流数值模拟,一般的做法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD方法计算,这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性.选取常规的两段管径为0.7 m水平排泥管道和一个连接法兰段作为研究对象,运用CFD软件ANSYS-FLUENT模块与离散元软件EDEM耦合求解排泥管内及法兰连接处固液两相流.计算的来流速度为5.0 m/s,固体颗粒密度为1 300 ~2 300 kg/m3,固体颗粒入口体积率为10%~30%,粒径在20~60 mm范围内随机变化.因加工和安装的问题导致在管道法兰连接处存在凸出或凹进不平顺的情况.计算得到了在不同的法兰连接状况下的固液两相流场、固体颗粒轨迹和固相体积率分布等结果.     

变薄拉深过程的数值模拟

利用上限元法对变薄拉深过程进行了数值模拟。在考虑加工硬化的基础上分析了凹模、芯轴与制件之间的摩擦因子以及变形比对变薄拉深工艺过程的影响。     

强力压边精冲技术的数值模拟

对精冲技术中运用最为广泛的强力压边精冲技术进行了数值模拟研究。通过数值模拟在计算机上直观地了解到材料在精冲过程中的流动规律,并对精冲坯料变形区的应变场变化及坯料网格的自动划分情况进行了研究,有利于精冲工艺及模具的优化设计,为精冲技术的进一步发展提供了理论依据。     

Numerical simulation of current distribution in metal pad of aluminum reduction cells

Based on the numerical calculation of 3-D potential distribution in aluminum reduction cells, current distribution in the metal pad is calculated under the following conditions： 1） pot ledge ideally formed; 2） ledge extension to below anode; 3） different metal heights; 4） AC and 5） Spike. It is found that Jy in metal pad increases first to a highest point and then decreases along anode length. At normal status, the largest Jy is about 0.4 A/cm^2 and it locates at about 2/3 of anode length. With longer ledge, the maximum value of Jy decreases and its position moves center-ward. The longer the side ledge, the larger the negative current flowing center-ward at side channel. Jy in metal pad increases with anode length and it is not affected by metal height; while Jy increases with metal height. At AC, current flows toward metal under new anode. At spike, current concentrates at spike rather than evenly distributes. Normally, Jy is almost negligible in metal pad.     

某输送机刮板模锻成形工艺数值模拟研究

以某输送机刮板为研究对象,建立有限元模型,分析该锻件成形过程中的零件温度场、模具温度场以及成形载荷等因素的影响,并应用Archard磨损模型分析了模具复杂多因素耦合情况下的磨损情况,预测了单次磨损的深度分布,并得出单次磨损最大深度0.00510mm,为优化模具设计、提高模具寿命提供了理论依据。     

Numerical simulation of coupled thermo-electrical field for 20 kA new rare earth reduction cell

To solve the problems of high energy consumption, low efficiency and short service life of conventional rare earth reduction cells, a 20 kA new rare earth reduction cell (NRERC) was presented. The effects of the anode-cathode distance (ACD) and electrolyte height (EH) on the thermo-electrical behavior of the NRERC were studied by ANSYS. The results illustrate that the cell voltage drop (CVD) and the temperature will rise with a similar tendency when the ACD increases. Also, the temperature rises gradually with EH, but the CVD decreases. Ultimately, when the ACD is 115 mm and the EH is 380 mm, the CVD is 4.61 V and the temperature is 1109.8 °C. Under these conditions, the thermal field distribution is more reasonable and the CVD is lower, which is beneficial to the long service life and low energy consumption of the NRERC.     

基于Forge仿真软件的铸锭镦粗工艺过程数值模拟

采用Forge锻造模拟软件,对材质为H13,重量为20t的八角铸锭镦粗工艺进行仿真模拟,通过对压机速度、锻造火次、镦粗方式等不同参数进行仿真模拟,对坯料镦粗过程的温度场、应力、压机载荷等结果进行分析,选择合适的工艺参数,预测选择合适吨位的压机,为实际生产过程提供有力的理论依据及数据支撑。     

富氧燃烧条件下钢坯加热特性的数值模拟

以某轧钢厂步进式加热炉为研究对象,利用Fluent软件对炉内气相流动与燃烧和钢坯加热过程建立数学模型,并开发了用户自定义函数处理钢坯移动。炉膛内气体流动采用Realizable k-ε模型,燃烧过程采用非预混燃烧模型,辐射传热采用DO模型来计算。通过所建立的数学模型,模拟研究了氧气体积分数为21%～35%的助燃气体与燃料燃烧对钢坯加热特性的影响。结果表明,随着氧气浓度的增加,燃烧区的烟气温度逐渐升高,导致钢坯具有更快的升温速率;由于富氧燃烧在燃烧区产生了更均匀的温度场,因此在氧气浓度为35%时,钢坯的黑印温差仅为15 K,比空气工况下的黑印温差低了20 K;当助燃气体中氧气体积分数从21%增加至35%时,钢坯的辐射传热量也随之增加,加热炉热效率从41.1%提高至48.4%。