多喷嘴射流泵流场的数值模拟与PIV测量

为研究多喷嘴射流泵性能和内部流场特征,设计了不同结构的多喷嘴射流泵试验模型.采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟,模拟结果表明,喷嘴数和喷嘴角度及喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大.利用PIV系统对不同结构射流泵内部流场进行了三维测量,获得了射流泵对称面流场的速度矢量和湍动能等值线图.试验结果表明,其速度梯度衰减得愈快,工作流体和被吸流体混合距离越短.验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度.测量结果证明数值模拟的正确性,为多喷嘴射流泵理论研究和合理设计提供了理论依据.     

射流泵对高低压储层的共采流场仿真分析

由于胜利油田的层系较多，因此华东地区的页岩油井内一般会含有多段不同压力储层(高低压油层),从而在采油过程中因层间矛盾(高压油液阻碍低压油液采出),使得采油难度逐渐增大，进而开采到一定时间之后，系统效率降低明显。为了有效开采低产层、实现采油工程的降本增效，提出一种射流泵。该射流泵根据文丘里喷射携带原理，将高压储层中的油液变成自身动力液，以实现对低压储层的同时开采。通过分析射流泵的整体结构，发现其结构简单、采油效率高以及生产成本低。为了提高射流泵的采油效率以及找到影响泵效的因素，在Fluent中建立了开采高低压储层时射流泵的仿真模型，通过数值模拟分析射流泵中喉管距、面积比、喉管长径比等对泵效的影响规律，得出泵效最大时的喉嘴距、面积比、喉管长径比等具体数值区间。     

环形水气自激振荡射流频率数值分析

针对水气两相射流泵传能效率较低、吸气残压过大的问题,结合环形射流和自激振荡射流的优点,提出环形水气自激振荡脉冲射流的概念。以环形射流理论为基础,推导了混合相界面上的连续性方程和动量方程。采用Realizable k-ε紊流模型和欧拉多相流模型对环形水气自激振荡脉冲射流流场分别进行了定常和非定常数值模拟。计算了环形水气自激振荡射流泵的流量比q、压力比h和效率η等性能参数,绘制出基本性能曲线,并与普通环形水气射流泵进行了比较;对下喷嘴处的流体平均速度进行了非定常模拟计算,通过现场实验测试,对下喷嘴处混合相瞬时速度脉冲进行了频率分析。结果表明:与普通环形水气射流相比,环形自激振荡射流对气体的卷吸作用能力增强,且下喷嘴处的混合相瞬时速度值具有显著的脉冲主频。     

基于响应面法的双螺杆泵容积效率建模优化

双螺杆泵容积效率的影响因素复杂且容积效率计算困难。为解决此问题,提出一种基于理论模型及响应面法相结合的容积效率建模优化方法。基于平行平板液流理论建立双螺杆泵效率理论模型,进行敏感度分析,筛选出影响泵容积效率的最敏感设计参数为间隙、压差及动力黏度。基于正交试验和响应面法,通过有限元数值仿真分析,建立泵容积效率与敏感参数的拟合关系模型。仿真结果表明所选择的敏感参数对效率影响均显著。基于该拟合关系模型,以容积效率为优化目标,建立优化模型并求解,获得最优敏感参数组合,使泵容积效率显著提高。所提优化方法可降低仿真计算的复杂性,提高理论模型的精度。     

不同分布脉冲微射流对圆射流外部流场的影响

根据圆射流的射流条件建立了流场的CFD模型,并通过计算流体动力学的有限元软件ANSYS,对湍流射流外部流场流动特性进行了数值模拟。通过在外部流场入口处加入脉冲微射流,对原本处于层流状态的射流外层边界层进行扰动并得到模拟结果,从而分析在径向脉冲微射流的影响下,外部流场的变化特性。在改变微射流的脉冲频率的情况下,得到不同脉冲频率下的外部流场流动特性。通过对比,得到的射流流场数值模拟结果与实验结果趋势一致,并且与前人所得实验结果相吻合。     

基于CFD-DPM的射流泵中90°弯曲流道冲蚀仿真分析

随着国内钻井深度的不断增大以及井内低产层的逐渐增多,使得井内油液的开采难度进一步增大。虽然现有的深井射流泵可利用高压流体(人工从地面打压进井内的高压流体)来实现对油液的举升,但是该方法的生产成本较高,并且当被举升的油液中混有细小砂粒时,油液中的砂粒将会对射流泵造成一定冲蚀影响。为了降低射流泵的冲蚀磨损程度,并且提高采油效率与减少生产成本,根据油田层系(高低压油层)较多的特点,设计一种射流泵,该射流泵可以转化现有层间矛盾,把高压油液作为动力液来实现对低压油层的开采。通过对射流泵的整体结构进行分析后,发现该射流泵中存在一处90°弯曲流道,该流道内壁面为吸入液入口处的正对迎流壁面,所受砂粒的冲蚀磨损较大。为了得出砂粒对壁面的冲蚀磨损程度与影响因素,利用CFD与DPM模型对该冲蚀过程进行精确仿真,通过改变网格尺寸大小验证了仿真模型的网格无关性与仿真结果的收敛性后,利用控制变量法与数值模拟进一步分析流体速度、砂粒直径等对该流道的冲蚀影响规律。最终发现流速大于4 m/s或者砂粒直径大于0.7 mm时,最大冲蚀速率与每天的最大冲蚀厚度的增大幅度变得更加明显。就冲蚀区域而言,流道上所形成的冲蚀磨损区域...     

穿孔型层流等离子弧焊接残余应力的数值模拟

根据层流等离子体射流的特性,建立了焊接穿孔型热源模型,并采用Abaqus有限元分析软件对穿孔型层流等离子弧焊残余应力进行了数值模拟。结果表明,层流等离子体射流焊后应力要比湍流等离子体射流小很多,为以后的研究奠定了理论基础。     

基于遗传算法的发动机冷却液泵优化及数值模拟研究

针对某型号发动机冷却液泵建立扬程最大、效率最高、汽蚀余量最小的多目标优化数学模型。以扬程曲线无驼峰及叶轮参数为约束条件,利用多目标遗传算法对目标模型进行优化求解,获得全局最优解。运用Fluent仿真软件对优化前后冷却液泵内部流场进行数值模拟,结果表明:优化后叶轮内部压力分布更均匀,叶片间回流现象明显减少,能量损失降低;在额定工况下,优化后冷却液泵扬程提高0.86 m、效率提升6.6%、汽蚀余量降低0.09 m。仿真结果验证了该方法对发动机冷却液泵优化较有效,为冷却液泵的结构优化提供参考。     

水射流冲击压力最佳喷距数值仿真及试验研究

基于水射流冲击模型,应用Fluent流体分析软件对喷嘴射流冲击力进行数值仿真,得出不同喷距对射流冲击压力的影响。结果表明：在低压连续水射流条件下,出口直径为2 mm的喷嘴在喷距为50 mm时产生的射流冲击压力最大;并通过实验验证射流仿真模型的正确性和有效性。     

偏导射流式压力伺服阀污染卡滞机制及影响研究

偏导射流式压力阀属于典型的复杂电液伺服系统,服役期间油液污染会引起油液等级增高,造成整阀性能的渐进劣化甚至结束耐久寿命。针对此问题,阐述偏导射流式压力阀工作原理并建立整阀的数学模型;分析污染卡滞机制并建立了偏导射流式压力阀污染卡滞摩擦力模型,同时分析GJB420B中污染等级颗粒数量、直径分布并计算了相应摩擦力数值;搭建整阀模型,进行了不同污染等级下偏导射流式压力阀性能劣化仿真。结果表明:阀芯卡滞摩擦力随着油液污染等级的增高而逐渐提高,并最终引起偏导射流式压力阀输出压力幅值的衰减及响应速度减慢。研究方法和结果对压力伺服阀污染卡滞故障的定性分析、预测及恶劣工况下延寿具有重要参考价值。     

基于空化特性的高速轴向柱塞泵配流盘优化设计

以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象，搭建其带空化模块的CFD数值仿真模型，并以此为基础，对柱塞泵在旋转过程中的空化情况进行分析。结果表明：空化主要发生在柱塞腔内，充液率不足及射流角过大是发生空化的主要原因。针对空化的产生机制，利用仿真数据与理论数据相结合的方法，对配流盘开口角度进行优化。根据流场情况，提出一种两端具有一定斜度的配流盘结构，并对该结构进行优化。在配流盘开口角度和结构优化后，柱塞腔内的整体空化程度下降了74.2%，对空化具有明显的抑制效果。     

叶栅型气动喷嘴三维流场数值模拟

介绍了叶栅型喷嘴的基本结构,对三维可压射流的控制方程和Spalart-Allmaras湍流模型进行了分析,利用有限体积法对可压缩的N-S方程进行离散,对叶栅型喷嘴内的三维流场进行了数值模拟.对喷嘴内气压的变化、气流的速度矢量分布以及马赫数分布情况进行了可视化处理,讨论了喷嘴流道几何结构对流场的影响,以及供气压力的变化对喷嘴流量和出口速度的影响.同时,通过实验测量了喷嘴流量,实验结果与数值模拟的结果一致.对喷嘴三维流场数值模拟为喷嘴的设计和优化提供了理论依据,有效地缩短了设计周期.     

基于射流原理的液压泵补油装置特性研究

利用射流补油的方法,不仅能解决液压泵吸油不足的问题,也能将系统中的溢流能量回收利用,在改善泵的性能同时,提高能源的利用率。利用FLUENT对射流补油装置进行仿真计算,研究各相关参数对射流补油装置的影响,得到射流装置的最佳结构参数,使其能够拥有较大的引射比。研究结果表明:使用渐缩孔、大压差和小孔边距有利于装置补油。     

数控超高压水射流切割技术的特点及其应用

超高压水射流技术是符合绿色制造概念的一种新型技术,是集泵、阀、密封、液压、自动化控制为一体的综合性新技术、新工艺.超高压水射流切割是一种非传统的冷切割方法,具有传统的切割方式难以比拟的优点.本文论述了数控超高压水射流切割机的基本工作原理、水射流切割的加工形式和水射流切割机床的组成,阐述了数控超高压水射流切割机的加工特点及其应用领域,并对超高压水射流切割技术发展趋势进行了展望.     

基于拟水平正交实验法的磨料水射流切割性能研究

磨料水射流切割作为一种新型的冷切割技术,凭借较强的切割能力和良好的切割质量,越来越多的应用到工程领域中。为了探究不同切割参数对磨料水射流切割性能的影响,采用拟水平法设计实验方案,进行钢板切割实验。实验结果表明:射流的切割能力与泵压和切割转速成正相关,喷嘴直径和切割靶距存在一个最佳范围,堆积作用和淹没状态都对切割性能有不同程度的影响。     

新型压电叠堆驱动式射流管伺服阀的参数优化

针对目前航空工业对高频响、高精度的射流管伺服阀需求,设计了一款压电叠堆驱动式射流管伺服阀,分析了其工作原理,对其动态特性进行了分析。为进一步提高其性能,提出了一种采用正交因素分析确定关键参数合理范围,并进行响应面寻优的优化方法。采用该方法对压电叠堆驱动式射流管伺服阀的结构参数进行了最优参数的确定。仿真试验结果表明,优化后的伺服阀的性能得到了较大提升。     

Contribution to the modeling of the interaction between a plasma flow and a liquid jet

A numerical simulation of the interaction between a plasma flow and a liquid jet was investigated, leading to the proposal of a compressible model, based on augmented Lagrangian, Large Eddy Simulation (LES) turbulence modeling and Volume of Fluid (VOF) approaches, capable of managing incompressible two-phase flows as well as turbulent compressible motions. The VOF method utilized volume markers to advect the local concentration of gas and liquid in a Eulerian manner. The numerical model was validated on single-phase plasma configurations as well as two-phase cross flow liquid jet interactions. Finally, an example of the first simulations of the interactions between a liquid jet and a plasma is presented. However improvements should be realized as to increase the speed of the VOF-SM algorithm or add specific subgrid models related to jet fragmentation and phase change.     

基于CFD新型机油泵容积效率分析及实验研究

以新型汽车机油泵样机为研究对象,采用CAD软件对转子式机油泵内流场进行几何建模,对模型应用非结构化网格生成技术划分网格并进行有限元前处理。在采用k－ε湍流模型的基础上,应用计算流体力学软件模拟稳定工况下机油泵进、出口部分的三维湍流流动,得到了压力等高线云图、流量值、流线图等及机油泵容积效率与转速的关系曲线;对样机进行流量实验,将数值模拟得到的机油泵容积效率和转速曲线与实验特性曲线进行比较,得到模拟结果与实验结果基本吻合。结果证明：数值模拟能够准确地反应机油泵的量特性和特殊流动性能,为机油泵的设计开发和优化改进提供了新的研究方法和技术支持。     

导叶式混流泵流场特性研究

应用RNG k-e湍流模型,对混流泵设计工况下的流场进行数值模拟,得到效率-流量曲线、扬程-流量曲线和功率-流量曲线,通过与实验数据对比,两者误差在2%以内,具有非常高的计算精度。计算结果表明:叶轮和导叶的压力面的压力均大于吸力面、叶片的压力分布由进口至出口逐渐增大,导叶压力由叶根至叶顶逐渐增大,通过对混流泵水动力性能曲线预测和内部流动分析,为混流泵的优化提供依据。