基于Eulerian模型的三维立式脱水沉降罐数值模拟

利用计算流体力学(CFD)分析软件ANSYS(FLUENT)的多相流Eulerian模型对三维立式脱水沉降罐油水分离过程进行了非稳态数值模拟,同时使用用户自定义函数(UDF)编写流体物性值随温度的变化关系。从模拟结果中观察了温度场、体积分数和流场的细节特征,结果发现,配液管温度、油相体积分数影响配液孔流速;进液温度在60~80℃时,较高的温度总是有利于油水分离;罐内油相速度在乳化层处扩散。     

除尘器区低温省煤器烟道数值模拟

为实现除尘器区低温省煤器的节能改造,基于FLUENT6.3软件,对除尘器区低温省煤器烟道的流场进行数值模拟研究。研究结果表明:除尘器前烟道内流场严重不均,转弯处有明显的高速区与漩涡区,局部速度高达32 m/s;加装低温省煤器后,两低温省煤器内流场不均,最大速度偏差系数达79.3%,严重影响低温省煤器的换热效果,同时会磨损、冲刷低温省煤器管路,危及低温省煤器的安全;除尘器入口处出现大面积的低速区域,导致进入除尘器后流场紊乱、除尘器电耗高、除尘效率低等现象,除尘器前烟道内整流消涡可以根治除尘器工作效率的问题。     

液压消音器的内部流场信号传输特性

对液压管路中给定的压力阶跃信号进行数学分析,得出信号在管路中传输特性;为设计液压消音器提供了数学基础。     

洞塞流场的2维激光测速试验研究

为了详细了解有压洞塞水流的时均及脉动流速分布,为洞塞体型设计提供依据,本文应用二维激光流速仪对顺直、台阶及收缩式洞塞的时均流速和脉动流速进行了测量,测量结果表明：在洞塞内部,时均流速在洞塞进口0.133倍管道直径后分布均匀;洞塞出口后的主流再附着点位于洞塞出口后的1～2倍管道直径处,洞塞出口3 倍管道直径后的断面流速分布基本均匀;总体而言,在回流区以外,径向流速均较小,约为轴向流速的10％;三种体型洞塞的脉动流速的大小为时均流速的10％～30％,在洞塞段及洞塞后扩散段较大,最大值位于时均流速梯度较大的剪切层附近;对同一断面而言,轴线上的脉动流速小于两侧的脉动流速。上述成果表明,从流速分布角度而言,洞塞长度宜大于0.133倍管道直径,洞塞间距宜大于3倍管道直径。     

节段式多级离心泵的能耗分析

针对工业生产中常用的节段式多级离心泵能耗突出的问题,基于CFD流动模拟计算,提出了容积损失、圆盘摩擦损失和水力损失的计算方法.以一中低比转速径向导叶式离心泵两级泵级为例,进行了流动数值模拟和容积损失、圆盘摩擦损失和水力损失等能耗的计算,预测了多级泵的性能曲线,得到了关于泵级能耗的一般定性规律,并与试验数据进行了对比分析.计算预测曲线与实测曲线较为吻合,表明采用所提出的流动数值计算及能量损失计算方法预测节段式多级离心泵性能是切实可行的.     

负压气力输送系统弯管内流场数值模拟与设计优化

在负压气力输送系统长期使用中,会因为弯管磨损而产生漏料。采用有限元分析软件ANSYS ICEM,对弯曲半径R与管道内径D的比值分别为2、 3、 4、 5的弯管内气固两相流动情况进行数值模拟,揭示不同R/D下,气固两相的体积分数、速度、受压区域壁面切应力及颗粒拟温度等流场分布信息,分析弯管形状参数对磨损的影响。数值模拟结果表明,R/D=4的弯管设计结构合理,弯管内固相体积分数、粉体速度最大值、受压区域切应力最大值均最小,粉体的脉动强度最低,有利于减缓弯管磨损。依据数值模拟分析结果,结合生产实际提出了减缓弯管磨损、延长弯管使用寿命的设计优化方法。     

海洋温差能发电冷水管涡激振动性能

以海洋温差能发电（Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC）平台的冷水管为研究对象,根据结构方程和尾流振子方程建立冷水管流固耦合模型,采用有限元方法和 法对冷水管涡激振动（Vortex-Induced Vibration,VIV）进行时域分析,并在MATLAB软件中开发相应的求解程序。针对冷水管所面临的复杂工况,分别研究外部流场、内部流场、长径比和压载质量等因素对VIV产生的影响。结果表明：随着外流流速和长径比的增大,冷水管横流向VIV模态和振动幅值也发生相应改变,振动强度呈现波动上升;在不发生动态失稳的情况下,内流流速的增加可有效减小冷水管横流向振动幅值,压载质量可大幅减小冷水管自由端的振动位移。     

基于流固耦合的尼龙网流场特性及变形分析

考虑到柔性网衣在水流作用下易发生变形,会造成网箱有效体积减小并伴随网衣撕裂风险,因此研究网衣周围流场变化及网衣变形特性具有重要意义。基于剪应力SST k-ω湍流模型,结合ANSYS Workbench的单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法,将网衣所受压力作为输入载荷施加在平面网表面,研究在不同流速、网衣密实度和攻角情况下平面尼龙无结网衣的流场特性,对大变形非线性网衣结构的有限元模型进行分析。结果表明基于FSI的单向耦合数值模拟用于平面网衣变形及流场特性分析具有可行性,网衣造成的流速降低现象在不同攻角条件下的差异较明显。得到网衣水动力系数在不同流速、网衣密实度和攻角下的变化情况,以及平面网的等效应力分布特点和变形随攻角变化的特性,发现从网衣中心网线至边缘位置网线处的应力由大逐渐变小,最终在网线固定端附近发现应力最大位置。     

高速航空燃油泵水力设计及两相流场数值模拟

为了满足下一代飞机发动机燃料供给的需求,根据供油系统的性能指标,确定燃油泵结构型式,基于速度系数法计算燃油泵的主要结构参数,完成高速燃油泵水力设计,建立其三维模型并进行网格划分.借助ANSYS-CFX仿真软件,基于RNG k-ε湍流模型及Zwart空化模型,实现燃油泵非空化及空化状态下的内流场数值模拟,分析其外特性变化趋势及压力、速度分布规律并预测其空化性能.结果表明:高速燃油泵扬程、效率、功率随流量的变化符合离心泵性能变化规律,且在设计点附近达到最高效率82.76％;有效汽蚀余量较大时,燃油泵扬程基本不发生变化,当有效汽蚀余量减小到一定值,扬程开始缓慢下降而后急剧减小,扬程下降3％对应的临界汽蚀余量为12.7m.     

PEMFC阴极的强化传质机制

建立强化传质流道三维模型及直流道单流道三维模型,研究堵块高度和阴极过量系数共同作用下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的传质性能,提出可预测电池性能影响因素的无量纲数K.K<30时,影响电池性能的因素主要是缺乏反应气体;K>40时,影响电池性能的因素是:流道结构对反应气体的容纳量有限,过大的压降所造成的泵送功率的提升幅度大于电池功率.增设堵块的结构能够使PEMFC在大过量系数下发挥更好的传质强化效果,以94％高度堵块为例,相较于直流道,氧气摩尔浓度在高、低电流密度下的提升幅度分别为38％和20％.