音速喷嘴一元流动模型详解及其激波计算

针对文丘里音速喷嘴,阐述了如临界背压比等概念,指出了ISO 9300中背压比定义存在容易造成歧义的缺陷。然后基于一元等熵流动理论,从数学上证明了：当文丘里喷嘴喉部压力与上游滞止压力之比达到临界压比时,喉部产生音速,通过喷嘴的质量流量达到最大值;推导了实际条件下喷嘴的流量公式,导出的流量公式相较于ISO 9300给出的相应公式,增加了喉部状态参数下的压缩性系数修正项■。最后从气体动力学基本方程出发,讨论了在较大背压比范围内,喷嘴扩散段中产生激波的机理,给出了激波产生的位置、激波前、后的压力和马赫数的一元流动计算模型,并运用数值模拟方法对计算结果进行了验证,同时还与Craig A的实验数据作了对比。对最小出口压比对比的结果显示,一元流动模型与实验数据的最大误差≤17%。     

基于收缩流动的气体超声流量计声道稀疏化及测量方法

为了提高低声道数超声流量计的准确度水平,在传统超声流量计的基础上设计了一种具有收缩流动结构的低声道数超声流量计。采用数值模拟研究了渐缩管中收缩流动的流场特征,确定了渐缩管的几何参数及超声探头的安装方式。通过空气实流实验,研究了单声道及双声道在收缩流动条件下流量计量的基本特性。在流量范围27~432m3/h,管径范围100~150mm进行了实验验证。结果表明:收缩流动的数值模拟结果与理论模型相吻合,当渐缩管的收缩比由2增大为6,被测流场均匀区占比显著增大;当收缩比固定不变时,随着流量的增大,边界层厚度显著降低。通过实流实验比较不同结构和配置超声流量计的测量结果,发现单声道收缩管超声流量计的准确度水平显著优于传统单声道气体超声流量计,与传统双声道气体超声流量计的准确度水平相当。     

微通道气体流动特性研究进展

微机电系统内部存在微尺度流动现象,伴随微机电系统出现的微流量系统目前已广泛应用于气体微流控领域.研究微通道气体流动特性能够为微机械结构设计提供理论指导.在对气体流动尺度划分分析的基础上,阐述了各尺度流动特征及流动模型.重点调研了国内外微直通道和非直通道中充分发展段及进出口区域气体流动阻力特性,并对微尺度流场可视化实验方...     

电磁流量计异径管道的流场仿真研究

采用Fluent软件对圆形截面渐变为矩形截面的异径管道流场进行三维建模和数值仿真,分析了横截面收缩异径管的速度分布和流线,建立了矩形截面部分的长度、宽度、高度与进出口压力损失和中心截面平均速度之间的关系.研究表明,中间矩形截面部分的宽度和高度对进出口压损和中心截面平均速度影响较大,同时横截面积收缩比例太大会导致流场紊乱和回流现象,从而为合理设计局部横截面积收缩的电磁流量测量管道提供了理论依据.     

基于MEMS工艺的电磁驱动无阀微泵

基于实现主动微流体芯片的目的,提出了一种非闭合磁路型电磁驱动无阀微泵.微型电磁驱动器采用硅深刻蚀和微电铸工艺制作在硅基体上,微泵泵体的收缩/扩张单元采用微机械工艺制作,采用两步注塑工艺加工磁性PDMS(polymethylsiloxane)振动膜.电磁微泵样机的实验结果显示:该微泵的工作性能稳定,整机具有较高的体积功能比,样机尺寸32mm×28mm×10mm,在0.6A电流输入,工作频率为13Hz时,流量可达180μl/min,零流量下的最大背压达2.75mbar.     

复合共挤成型中挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面共挤口模内外两种聚合物熔体流动的三维粘弹数值模型,有限元模拟了聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)共挤过程中的挤出胀大现象,并用实验验证了模拟结果。研究表明:当入口体积流量相同时,两熔体挤出口模后会朝向黏度较高的PS熔体一侧偏转,型材截面呈非对称畸变。两熔体在垂直挤出方向上的速度分布导致了挤出胀大过程中熔体的偏转流动,而口模出口处的剪切速率分布基本决定了共挤型材截面的形状。实验结果与模拟结果基本相符,模拟所得挤出胀大率比实际值大8.6%。等温假设是影响共挤出胀大数值模拟准确度的主要因素。     

气体罗茨流量计压力损失的数值模拟

采用计算流体动力学数值模拟软件PumpLinx对口径为50 mm的气体罗茨流量计进行数值模拟研究,考察分析了四种不同流量下气体罗茨流量计内部的压力和速度分布情况。将数值模拟得到的压损值与实验得到的测试值比较,两者的趋势是一致的,误差在一定的范围内。研究表明采用工程软件PumpLinx模拟罗茨流量计内部流动是可行的,模拟结果是可靠的。     

四边形阵列的微通道型Knudsen泵内热驱流动的DSMC数值模拟优化北大核心CSCD

Knudsen泵是可应用于微机电系统(MEMS)的一种微型气体输送装置。本文提出一种带有不同温度四边形的微通道构型,通过直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对该微通道内气体流动特性进行了数值模拟研究,并针对其气体泵送特性进行了优化研究,给出了泵送气体的最佳参数。研究发现,微通道内温差在75~1200 K范围内时,质量流量随着温差的升高几乎呈线性增大,且温差在1200 K时质量流量是75 K时的10倍。对于不同的Knudsen数,最大气体流速和质量流量均出现在Kn=0.3Knudsen泵的62倍。这些结论可为工业领域内各种微型气体泵送装置的实现和设计提供参考依据。     

音速喷嘴下游管路内流场数值模拟及对流出系数的影响

通过理论分析和建立数学模型,采用CFD软件,分别对喉径为10 mm和0.96 mm两种音速喷嘴及下游管路内的流场进行了数值模拟;对流出系数的模拟值、经验值和实际值进行了比较,三者的值较为吻合.模拟结果还发现,气体静压在喷嘴出口处波动比较剧烈;临界背压比随着下游管路长度的改变而有所变化;当背压比小于一定数值时,管路内的静压力将出现波动.     

自动化仪表之差压式流量计

一．差压式流量计的结构原理 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计在气体的流动管道上装有一个节流装置,其内装有一个孔板,中心开有一个圆孔,其孔径比管道内径小,在孔板前燃气稳定的向前流动,气体流过孔板时由于孔径变小,截面积收缩,使稳定流动状态被打乱,因而流速将发生变化,速度加快,气体的静压随之降低,于是在孔板前后产生压力降落,即差压。差压的大小和气体流量有确定的数值关系,即流量大时,差压就大,流量小时,差压就小。流量与差压的平方根成正比。     

三传感器旋进旋涡流量计实验研究

采用实验测试方法研究了三传感器气体旋进旋涡流量计性能.三个动态压力传感器周向均布安装在流量计喉部同一横截面.实验流量计尺寸为DN50,实验在流量为0.25~127 m3/h的音速喷嘴装置上进行,流量测试范围为20~100 m3/h.主要检测和分析旋涡进动频率特性和脉动压力信号强度.结果表明,实验流量范围内旋涡进动频率与流量之间呈线性关系;双传感器相对布置和三传感器周向均匀布置情况下,压力差分信号的RMS值分别增大到单个传感器的1.7倍和2.8倍;三传感器布置方案较双传感器方案可进一步提高该类型流量计小流量测量的能力.     

CFD-DEM simulations of riser geometry effect and cluster phenomena

In this paper the influence of the inlet and outlet configurations of a pseudo-2D fluidized riser on the hydrodynamics (i.e. flow pattern and cluster characteristics) are studied. A detailed comparison between experimental data and full 3D CFD-DEM simulation results is performed. Solids volume fraction and mass flux are characterized and particle clusters are detected in our CFD-DEM simulations and compared to experimental data. It is shown that a correct representation of the outlet is very important for a correct simulation of the solids holdup in the top section of the riser. The core-annulus flow behavior is generally well predicted by the model and cluster characteristics such as cluster occurance and velocity are also in good agreement with experimental data. Finally, an outlook is given for the future use of CFD-DEM simulation approaches to study riser flows.     

汽车橡胶密封条挤出口模结构分析及其实验验证

首先通过分析橡胶材料流变实验数据,确定采用Bird-Carreau本构模型;然后应用Polyflow软件对某实际EPDM橡胶密封条产品挤出过程中挤出口模流道结构对挤出的影响进行了有限元分析。结果表明,口模流道某些部位(如窄缝区域)进行适当的加宽有利于使挤出速度及熔体压力分布更均匀,挤出产品形状和实际形状更接近。     

镍基高温合金调压铸造非线性压力曲线设计与验证

目的 针对变截面铸件在调压铸造充型阶段出现充型不稳定这一问题,结合数值模拟分析,提出非线性压力曲线的设计方法。方法 基于Pro CAST软件对不同壁厚和不同截面比的模型进行模拟,研究在不同加压速度和不同型壳预热温度下不同壁厚模型浇口速度的变化情况,以及在不同加压速度下不同截面比模型浇口速度的变化情况。针对数值模拟结果提出变截面模型工艺优化方法,设计特征模型进行数值模拟验证;推导在实际调压铸造充型过程中加压速度与充型速度的关系,并利用水力学模拟进行验证。结果 用非线性加压进行数值模拟,相对于线性加压充型过程,其浇口速度普遍呈下降趋势,其中最大浇口速度由0.29 m/s下降到0.2m/s,降幅为45%;在变截面前后,浇口速度呈周期性波动,说明非线性加压充型较为稳定;对推导出的加压速度计算公式进行了水力学模拟实验,从充型形态可以看出,在变截面处水流波动平稳,验证了加压速度计算公式的正确性。结论 通过研究变截面突变浇口速度的变化情况,提出了非线性加压方法,有效解决了调压铸造过程中出现的金属液飞溅、振荡、充型不稳定等问题,不仅提高了铸件的成品率,而且优化了调压设备的精准控压。     

低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究

利用有限元数值方法求解不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程,结合任意拉格朗日-欧拉（ALE）动网格方法,对低雷诺数下（Re = 150）等直径串联圆柱的涡激振动问题进行了数值模拟研究。其中上游圆柱固定,下游圆柱在弹簧和阻尼作用下允许同时发生顺流向和横流向的运动。在约化速度Ur = 3.0 ~ 12.0的范围内（阻尼比ξ = 0.007）研究了两圆柱圆心间距比（LX / D = 3.0、5.0、8.0）及圆柱质量比（m* = 5.0、10.0、20.0）对下游圆柱的运动响应及受力的影响。数值结果表明,圆柱间距比的变化会导致锁定区间的变化,进而影响到圆柱涡激振动的位移响应和受力特性。这些方面都与尾流区涡旋脱落模式密切相关,体现了双圆柱间干涉作用对涡激振动的影响。进一步的研究表明,圆柱质量比的变化对以约化速度表征的锁定区间、运动响应和尾流模式等都有一定的影响作用。     

基于延迟均衡的CO_2两相引射器模型研究

引射器对跨临界CO_2引射制冷系统性能有极大的影响。本文考虑CO_2两相引射器中存在的非平衡相变、超音速和壅塞等复杂流动现象,构建了CO_2两相引射器的1D分布模型,并采用延迟均衡理论分析喷嘴中的非平衡相变过程。与实验结果比较显示,所建立的延迟均衡模型能够很好的预测引射器的性能。此外,通过与均衡模型的相比显示,在本文所选工况下,延迟均衡模型计算所得的主动流流量比均衡模型预测值低12.39%~25.30%,同时非平衡现象将延缓喷嘴中的膨胀过程,使得喷嘴出口压力比均衡模型预测值高。本文采用所建模型进一步分析了引射器的结构对性能的影响,结果显示在一定的工况下存在最优的混合室直径使得引射系数和升压比都较高;而当混合室直径一定时,较长的混合室有利于提高引射器的升压比。     

Numerical study on the performance of swirl tube based on orthogonal design

Here, an axial flow cyclone separator is design is proposed. The effects of varying the structural parameters and operating conditions on pressure drops and separation efficiency were investigated via a numerical simulation approach. The results show that of the three structural parameters considered, the distance between the diffuser and blade is the most significant factor impacting separation performance compared to the blade pitch and blade shaft diameter. Increasing the distance between conical outlet and blade can decrease its pressure drops and increase separation efficiency; while increasing the shaft diameter can increase pressure drops, and the increasing blade pitch can decrease both the pressure drop and the separation efficiency. The pressure drop of the optimized swirl tube was 102.1 Pa, with a corresponding separation efficiency of 95.04% for 100 μm particles at an extraction ratio of 10%. Further, the cut-off particle size can reach 3 μm, demonstrating that the swirl tube offers good separation performance and has the potential to be widely applied in industrial gas–solid separation applications.     

转子径长比对凸轮泵性能影响的数值模拟与试验

为了揭示径长比对凸轮泵性能参数的影响规律,建立不同径长比与凸轮泵特性曲线之间的定量关系,并获得轴系径向载荷分布特性,从而为凸轮泵轴系强度计算提供依据。基于FLUENT动网格技术和RNG k-ε湍流模型对凸轮泵进行三维瞬态流场数值计算,比较了6种不同径长比凸轮泵的流量特性。结果表明:径长比对凸轮泵性能有显著的影响,随着转子径长比的逐渐增大,凸轮泵出口流量脉动呈逐渐下降的趋势,且出口流量值先增大后减小;转子所受径向力的大小和方向均随转子转动呈周期性变化,且大小随径长比的增大而减小,随泵出口压力的增大而增大。数值计算表明当转子径长比α取值为0.7~1.3时,泵出口平均流量达到峰值区,同时泵出口流量脉动幅值最低,转子受力较好。研究结论为凸轮泵转子径长比的选择提供了理论依据。