基于CFD-DEM耦合数值模拟的迷宫流道水沙运动规律研究

针对灌水器堵塞导致使用寿命过低等问题,该文以迷宫流道灌水器为对象,通过CFDDEM耦合数值模拟和试验相结合的方法,研究了灌水器结构参数、工作压力和沙粒粒径等因素对迷宫流道泥沙通过率和灌水器水力性能的影响,并采用LS-CWM激光粒度仪分析了灌水器出口泥沙级配变化情况.结果表明,灌水器内沙粒通过率与入口压力呈正相关关系,与沙粒粒径呈负相关关系;粒径在0.062 5~0.05 mm范围内时,角度对其通过率影响最大且显著;粒径在0.05~0.032 5 mm内时,各参数对通过率有影响但都不显著.试验分析方面,灌水器相对流量随着试验天数的增加而逐渐减少,整体呈下降趋势;通过数值模拟与试验分析相结合的方法,从宏观与微观的角度分析了迷宫流道内沙粒运动,这种方法大大提高了迷宫流道结构设计的效率.     

板框式电化学反应器流场结构设计及数值模拟

反应器结构对电化学反应与传质过程影响很大。为提高板框式电化学反应器的传质效果和反应效率,设计了希尔伯特流道、神经网络流道、蜂窝流道、交指流道、竖型流道5种不同结构的板框式电化学反应器,并采用停留时间分布测定及数值模拟,考察了不同结构反应器的流动规律。结果表明:蜂窝结构反应器混合性能良好,与其他几种结构反应器相比,短路与死区面积明显减少,传质效果最优。     

宽尾墩应用于高拱坝表孔后的压力特性

在分析宽尾墩内流态和压力分布特性的基础上,采用模型试验、数值模拟以及理论分析相结合的办法,提出了宽尾墩流道内溢流堰面最小压力、最大压力以及最大压力出现位置的计算公式,并将计算值与试验值及数值模拟值进行了比较。     

导流器对潜水泵性能影响的数值模拟研究

采用同一叶轮配两种导流器的方法研究潜水泵的性能,选用RNG k-ε湍流模型,利用FLUENT计算软件对潜水泵进行了全流道内部流场数值模拟.通过对导流器叶片工作面绝对速度矢量图和压力云图的分析,发现采用增大导流器长度、加大导叶片进口冲角和壁角等措施,可减少导流器内部流动能量损失、提高泵效率的措施.数值模拟结果与实测结果比较表明,用数值模拟方法预测潜水泵性能是可行的.     

轴向柱塞液压电机泵内部流场的分析

提出了一种新型的轴向柱塞液压电机泵,简要介绍了其结构和特点。运用计算流体动力学的方法对轴向柱塞液压电机泵内部流场进行数值计算与分析。主要分析了在转子转速不同情况以及转子转过不同角度时流道内的压力、速度等分布情况;研究结果表明,随着转子转速的增大,柱塞腔内的压力明显减小,但压力损失有所增加,因此在设计时该泵的转速不宜选取过高。通过对流场的对比分析能够判断流道设计的是否合理从而为流道结构的优化设计提供有效参考。     

基于CFD的离心泵全流场非定常流动特性研究

为了研究不同流量下离心泵全流场内部非定常压力脉动分布特性,采用RANS方法和SSTk-ω模型对泵内非定常流动进行了数值计算.研究发现,不同流量工况下离心泵扬程和效率计算结果与试验结果的最大偏差在4％以内,验证了数值计算结果与试验结果的良好一致性.数值计算结果显示:小流量工况下,在叶轮多个流道内发现漩涡结构.由压力脉动的...     

混合刷式密封泄漏特性的数值研究

为分析某型号汽轮机改进的刷式密封结构的密封性能,采用non?Darcian多孔介质模型的Reynolds?averaged Navier?Stokes方程数值求解方法,对泄漏流动特性及转子表面、刷束自由高度和保护高度的压力、速度、湍流动能分布规律进行数值研究,并与迷宫密封进行相应的比较。结果表明：相同的间隙和压比下,混合刷式密封流场分布要比迷宫密封复杂,泄漏量明显小于迷宫密封;相同的结构和参数下,泄漏量随着压比的上升而增加;转子表面的轴向压力和湍流动能从进口到出口呈现阶梯状递减趋势,保护高度的径向压力基本趋于常数值;刷束径向速度和湍流动能随着压比的上升而增加,刷束下半部分和后挡板保护高度对泄漏特性影响比较大。研究结果为汽轮机刷式密封的结构设计,改善性能,提供了理论依据。     

针束型回热器熵产率的分析

回热器是热声装置的关键部件,在多种具有规则流道的回热器结构中,针束型结构是综合性能最优的结构.针对针束型回热器参数优化问题,建立了以最小熵产率为目标的优化模型,研究基于不可逆性的回热器参数优化方法.通过分析工质在回热器内振荡时由于与固壁的换热和黏性扩散导致的热动力学上不可逆性,对工质在针束型回热器内运动时的熵产率进行了理论分析和数值计算.计算获得了回热器截面分布和截面平均熵产率表达式,分析了针束型回热器中不同位置截面分布熵产率的变化规律,分析了温度梯度对截面平均熵产率的影响,获得了给定特征尺寸截面平均熵产率最小时的最优频率和最优阻抗比.     

基于压力边界的微流道气体流动数值模拟方法

基于单元格压力线形假设,提出了一种处理微流道压力边界的新方法.将此方法应用于直接蒙特卡罗（DSMC）方法,分别对在4种压力边界条件下的微流道气体流场进行了数值模拟,获得了微尺度流场的速度分布及压力分布,并比较了在各种压力边界条件下微流场的稀薄特性和沿程压力的线性度分布.研究表明,采用此方法获得的速度和压力模拟解与解析解比较一致;在整体更为稀薄的微流场中,由此方法给出的沿程压力分布线性度更好,Knudsen数变化更大.进出口速度收敛性分析表明,此方法不仅具有稳定的收敛性,而且与现有方法相比收敛更快.     

膨胀干燥机橡胶熔体流动数值模拟分析

膨胀干燥机是橡胶后处理的重要设备,通过膨胀干燥机可脱去橡胶熔体中90%的水分。基于FLUENT软件,对橡胶熔体在膨胀干燥机流道中的流动进行数值分析,并根据速度分布云图及压力分布云图,分析橡胶熔体在流道中的流动规律。研究结果可为进一步研究工艺参数对橡胶质量的影响奠定基础。     

阶梯式迷宫密封泄漏量和动特性数值研究

涡动转子与迷宫密封中的泄漏流体相互作用能产生诱发涡轮机械失稳的气流激振力。迷宫密封动特性系数能描述激振力的重要特性。传统的迷宫密封动特性分析方法基于整体流动理论,尽管求解迅速,但对工作在小间隙、高速、高压条件下的密封动特性预测精度不高,且不适用于求解复杂结构密封的动特性。为了提高迷宫密封动特性的预测精度,利用三维计算流体动力学方法模拟迷宫密封内部流动。这一方法适合于任意齿形和结构的迷宫密封,当仅计算泄漏量时采用轴对称模型,计算激振力采用三维偏心模型。计算结果与实验数据比较,表明计算流体动力学方法预测阶梯迷宫密封的泄漏量和动特性系数精度较高。     

Labyrinth seal leakage and dynamics characteristics analysis based on Black Model

One of the important problems to be tackled in turbo machines is the leakage dynamics characteristics of labyrinth seals.In this paper we analyzed the effect of labyrinth seal structure and the change ...     

干式超声清洗头空腔结构声模态特性数值模拟

为研究干式超声波清洗头空腔结构的流场和声场特性，根据干式超声清洗头的超声波发声机理设计了通过流体间流体力学相互作用发声的3 mm腔体(小腔体)结构和通过流体与声学模态共振相互作用发声的10 mm腔体(大腔体)结构，采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对所设计的方腔展开数值研究。结果表明：两结构有着相似的流场特性，相同压力条件下小腔体的流激振荡更激烈；腔体内最大流速随压力的增大而增大，最大流速的增长率随压力增大而减小，不同的腔体在相同压力条件下最大速度、最大速度的增长率相近；两种结构均能产生超声波，其超声波发声机理与腔体尺寸相关，发声机理与预测值相符。研究表明，针对干式超声波清洗头的流道结构设计并不局限于流体间流体力学相互作用发声的小腔体，大腔体同样可以产生强烈高频超声波，这为干式超声波清洗头的结构设计提供参考。     

渗碳炉喷嘴流场的数值模拟

利用有限体积法对控制方程进行离散,并采用非结构化网格划分流动区域,对某大型渗碳炉喷嘴内及其周围区域流场进行了数值模拟研究.分别比较分析了两种不同结构喷嘴在渗碳炉内所形成的流场和温度场分布,探讨了不同流量工况对喷嘴周围流场和温度场的影响.计算结果表明：多孔喷嘴比简单的单孔喷嘴能更好地组织起渗碳炉内的流场和温度场,不同的流量工况对于渗碳环境有较大的影响.本文的模拟结果对渗碳炉的设计和生产具有一定的指导意义.     

阀门内流场数值模拟分析研究

文章在讨论阀门流量系数计算原理的基础上,给出了阀门内流场数字模拟分析方法。利用COSMOS/FloWorks实现球阀的流量系数计算分析,计算分析验证了应用CFD技术所计算阀门流量系数的准确性,并揭示球阀内流场压力的分布情况规律,为现实的设计生产提出了一种较为简单易行的计算阀门流量系数的方法。     

迷宫密封结构与动力学参数影响因素

针对迷宫密封-转子系统的特点,建立密封-转子系统动力学模型,分析转速、入口预旋比、密封间隙、压差等重要密封参数对密封动力学特性系数的影响.对三维模型的流体动力学(CFD)进行分析,总结出密封结构和压差对泄漏量的变化规律,并通过与实验的对比分析验证了本方法的正确性.研究结果表明:减小密封入口预旋速度,适当增大密封间隙,可以减小引起不稳定的交叉刚度系数,提高稳定性.齿宽存在一个临界值(1.04 mm),高于这个临界值时,随着齿宽变大泄漏量变大;低于这个临界值时,随着齿宽变大泄漏量变小.在相同转速下,随着密封间隙的增大泄漏量增大,压差增大泄漏量增大,腔深增大泄漏量减小.     

中压低温透平膨胀机增压端三维数值模拟

综合运用现代计算流体力学方法对某型号中压低温透平膨胀机增压端的三维定常黏性流场进行了数值模拟,详细研究了轮背间隙和密封腔内的刮削回流现象、动叶通道内的流场气动参数以及无叶扩压器内的流动特性对整机气动性能的影响。研究结果表明:气封齿和盖板缝隙内的局部射流是形成气封齿内旋涡旋向的主要因素;轴封槽内存在较大的旋涡且挂在齿尖上,这是由于齿尖区域的节流作用导致的;无叶扩压器和蜗壳通道内的流动具有很强的三维不均匀性,自蜗舌位置开始顺时针方向约45°范围内压力和温度都明显低于其他周向位置,影响了蜗壳的气动特性。数值计算结果为膨胀端的气动优化和改型设计提供了依据。     

深海底栖生物分离装置流道解堵

为了解决深海小型底栖生物样品分离装置的毛细孔堵塞问题，提出了一种适合于其结构和堵塞特点的旋转射流解堵方法.运用计算流体力学(CFD)软件包对分离装置流道进行了建模与仿真，给出了分离装置中毛细孔附近的速度场分布并分析了堵塞原因，比较了高压射流和流式细胞仪的解堵机理.基于上述分析改进了底栖生物分离装置流道样机，结果表明，旋转射流解堵方法具有结构简单、解堵效果好等特点，连续工作未出现堵死情况，是毛细孔解堵的一种有效方法     

液力变矩器轴向力的CFD计算与分析

为准确计算液力变矩器轴向力,提出了基于三维流场数值解的变矩器轴向力计算方法。计算中,利用CFD软件对液力变矩器三维流动控制方程进行数值求解,在数值模拟得到的变矩器内流场速度、压力数值解的基础上,进行轴向力计算。将新的轴向力计算方法应用于变矩器实例,将其计算结果分别与传统方法计算结果以及实验结果进行对比后可知,新方法计算误差明显减小。