离心式风机流动特性的数值分析与改型设计

对某种船用通风机的内部流动进行了三维数值模拟,获取其性能曲线,对其流场特性进行了分析,在此基础上提出改进方案.通过修改叶片与蜗壳形状,明显地改善了叶栅与蜗壳通道的流动状态,尤其是消除了蜗舌附近区域的紊乱现象,使风机全压和效率有了显著提高.并对计算中的一些关键问题进行了讨论.     

强吹除雪气固两相流流场数值模拟分析

为研究和分析机场强吹除雪气固两相流流场的压力、速度和雪粒运移规律,依据离散粒子模型建立了强吹除雪气固两相流方程,并采用计算流体力学数值分析方法,对机场强吹除雪的气固两相流流场进行数值模拟分析,得到了气固两相流流场的压力、速度分布曲线和不同时刻下的雪粒分布规律．数值分析结果表明,气固两相流场发展过程迅速,速度分布符合射流理论,湍流强度变化剧烈．数值模拟得到强风强吹除雪的吹雪时间为2．5s．     

取水泵叶轮水力设计及内部流场数值模拟

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,根据泵水力设计理论对叶轮进行了参数计算,基于Pro/E建立了叶轮 和内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了漂浮取水泵的外特性曲线、压力和速度分布规律。 结果表明：泵的功率曲线呈现驼峰状,效率曲线存在较宽的高效区;叶片受静压呈现旋转中心低,边缘高的总体趋势;泵 叶片速度较大,隔舌和扩散管底部速度较小;在额定流量工况下,叶轮表面液流速度分布趋于均匀,流场分布较合理。研 究结果可为优化叶轮几何参数、改善内部流场分布以及提高泵的效率提供一定参考。     

三元流理论在风机设计、改型中的应用研究

本文用加大叶片进出口安装角及增多叶片数,并用三元流动理论计算流场的方法对叶型进行了有效的改进,从而使高效的工况范围扩大并提高了大流量时的压头。从给出的三个流面的叶片表面速度分布可看出:改型后叶轮具有较好的气动性能及较大的作功能力。而经实验验证表明理论分析与实验结果基本一致。本文提供的实例说明用三元流理论与工程设计、实验相结合来设计和改型风机是一个切实有效的方法。     

微型离心风机内部流场的三维模拟与分析

采用修正的k-ε湍流模型对某一微型离心风机内部流场进行三维数值模拟,其结果与试验结果的对比表明,数值模拟具有较好的准确性和可信度.通过对数值模拟结果的分析捕捉到了风机内部许多重要的流动现象,发现压力和速度的分布具有明显的不对称性,靠近出口处更加显著.同时还发现风机出风口的流量和流速的分配也很不均匀.     

热收缩包装机内部温度场仿真

为了研究热收缩包装机内部风扇布置对内部温度场分布的影响,建立包装机数学仿真模型,利用SolidWorks进行三维建模,采用多重参考系模型（MRF）在FLUENT中进行流场计算,仿真实际工作条件下包装机内部温度场分布情况,并结合相关实验结果验证仿真模型的可行性。在此基础上仿真不同风扇数量条件下的温度场,分析了既能满足工作要求,同时又能达到成本控制目的的风扇数量。[JP2]结果表明：仿真模型数据与实验数据吻合;双风扇条件下温度场分布均匀且温度基本满足工作要求,可以替代3风扇条件。该研究可为包装机优化设计提供参考,缩短设计周期,降低设备成本。     

带导流管的喷动流化床流体力学特性的研究

本文研究对带导流管喷动流化床内的湍流气固两相流的流体力学特性,实验测定导流管安装高度、喷动气速和床层高度对床层压降的影响;并对不同操作条件下喷动流化床内的流场进行二维非稳态的数值模拟计算,模拟结果与实验数据吻和较好.     

新型三维电极反应器及内部流场分析

常规三维电极反应器易堵塞,流场不稳定、不规律导致传质效果极差,使反应器效率降低。设计了一种携带新型串束式泡沫镍三维电极粒子的电催化反应器,可有效降解有机废水,并保证内部流场的稳定性。为得到复杂内部结构下反应器流场特征,采用数值模拟法对反应器的流场进行模拟计算,以研究反应器流场分布情况。结果表明：电催化反应区域（粒子电极区域）流场稳定均匀;反应器内部结构对流场分布的影响明显,槽体中央的棒状阳极周围流场速度小,流动不规律容易产生流场死区;提高转速有利于使反应区流场的均匀化,不利于棒状阳极周围流体的传质。     

基于数值模拟的低碳钢热轧金属流动规律研究

在坯料轧制过程中,坯料表层和内部金属流动情况将决定最终棒材成品的尺寸形状和产品的性能。通过Deform-3D有限元软件对20A钢热连轧工艺进行数值模拟,研究了轧制过程中不同坯料圆角半径和轧制温度对轧件表层金属流动的影响,通过轧制过程中心部受力状况及心部的位移大小分析了轧件心部金属流动规律。研究结果表明:增加坯料的圆角半径,适当提高轧制温度有利于减少棒材在轧制过程中圆角处折叠的产生,有助于提高产品质量。     

脱硫除尘用风机流场模拟及其结构优化研究

对某脱硫除尘用离心风机进行流场模拟和结构优化研究,设计了风机叶轮结构,建立脱硫除尘风机的流道模型,通过FLUENT软件对脱硫除尘离心风机流场进行数值模拟.按照L9(34)正交表,选取叶轮进口直径、叶轮直径、叶片进口角、叶片出口角参数作为设计因素,设计了9组方案,通过正交试验分析了4种几何参数对风机性能的影响,得出叶轮出口角是影响效率和噪音的主要因素,并提出优化设计方案.以风机效率最大为第一目标函数,风机噪音最低为第二目标函数,以D1,D2,βb1,βb2,Z为设计变量加以约束条件,用遗传算法对风机噪音和效率进行多目标优化,获得了最优叶轮结构参数组合,优化后的脱硫除尘风机效率高于原风机,且噪音得到有效控制.     

旋转叶轮机械内部流场光电测试系统研制

研制了一套光电式内部流场测试系统，对旋转风机叶轮叶片表面上的静压力分布进行了测试，并将测试结果与机械式压力转换器的结果相比较，证明了本系统的可行性和优越性。同时提出了对该系统的改进措施。     

立式屏蔽泵水力性能的数值模拟与分析

为研究SPG50-200型立式屏蔽泵的水力性能,给优化过流部件的结构设计提供基础,采用CFD分析软件对屏蔽泵的内部流动进行了数值模拟。给出了三维造型方法和流场分析方法,分析了泵内流体的速度和压力的分布特性,并基于流动模拟结果预测了水力性能,将计算结果与实验曲线进行了对比,研究了蜗壳断面形状对泵性能曲线的影响,介绍了屏蔽泵的应用前景。研究结果对泵的性能改进有一定指导意义。     

基于旋转导叶的离心风机气动流场仿真

为了改善离心风机的气动音质，课题组设计了一种带旋转导叶的离心风机，采用多重参考系（multi reference frame， MRF）方法，实现带旋转导叶的离心风机流场仿真，分析了添加与不添加旋转导叶情况下旋转导叶数和旋转导叶型线对离心风机流场的影响。结果表明：旋转导叶能有效地均匀离心风机的流场，为离心风机气动音质的改善创造了有利条件；存在最佳的旋转导叶数，使得在流场分布较为均匀时离心风机做功效率最高；旋转导叶型线为反S形时离心风机流场的均匀性明显优于正S形型线。工程应用结果与仿真结果一致。     

非光滑叶片对叶栅气动特性影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及3种非光滑叶片进行了实验研究,分析了非光滑叶片对叶栅出口流动特性的影响。实验结果表明,采用非光滑叶片改变了叶栅出口旋涡结构及流动分布,使叶栅出口的流场趋于均匀,叶片可以随更大的负荷。     

出风罩结构改型设计对多翼离心风机性能的影响

为了改善小型多翼离心风机出口存在的气流死角及大面积旋涡现象,在原风机结构基础上通过调整出风罩倾斜角对其进行改型设计,并结合数值模拟和实验测量的方法,研究出风罩改型设计对多翼离心风机性能的影响。结果表明：根据出口气流组织分布特点对出风罩倾斜角作相关调整, 能够有效改善风机内部流体流动情况,减小旋涡强度及其影响区域,增大有效流通面积进而达到提高风机性能及优化噪声的效果。分析改型前后风机气动性能和噪声测试结果可知,改型风机出口静压提升约20 Pa,最大全压效率较原型机提升约4.7%。同时,由于出风罩倾斜角度的增加减小了叶轮出流对风机出口左侧壁面的冲击,从而使风机气动噪声得到控制,各频段A计权声压级平均降低3.5 dB。研究结果证明该出风罩结构改型设计方法不仅能提高风机性能,还能达到降低噪声的效果,具有一定工程应用价值。     

蜗壳进口周向来流的非均匀性对其流动影响的数值研究

运用冻结转子方法对离心风机整机流场进行了三维准定常数值模拟,捕捉到了由于蜗壳的非对称性所造成的蜗壳进口非均匀流动现象,揭示了由于进口非均匀来流所导致的蜗壳内的一些特殊流动现象．研究证实了由于蜗壳的非对称性而导致叶轮与蜗壳的相互作用时会引起整个流场非对称的流动特征。     

磁场力作用下金属液体流动的数值模拟

对电磁力作用下的金属液体流动,建立了合理的数学模型,并数值模拟了流场情况。结果表明,磁场力可明显改变旋涡的形状。     

板带式速冻机空载状况下速度场的数值模拟

通过对速冻机作适当的几何简化,建立了相应的数学物理模型.使用PHOENICS软件对速冻机内的流场进行了数值模拟,分析了板带运动、空气进口速度、流动通道高度及空气入射角等对内部流场的影响.研究结果表明,空气进口速度和通道高度的选取应综合考虑空气流速大小、流速均匀性和流动阻力损失等3方面因素;最佳空气入射角应为0°.     

基于尾缘模型的多翼离心风机优化设计

为提升数值模拟预测离心风机性能结果的准确性，课题组考虑了进入离心风机气体的密度变化，对标准κ-ε湍流模型进行修正，使其平均计算误差降低到7%以内。针对小型多翼离心风机叶片出口速度分布特征，借助改进后的数值计算模型，对传统尾迹相似模型进行简化处理，采用周向距离及速度参数等无量纲因子对叶片速度尾迹分布进行曲线拟合，并结合拟合曲线形状实现多翼离心风机叶片尾缘结构的改型设计。研究结果表明：改型后风机叶片尾缘尾迹脱落面积缩小，同时由于蜗壳内旋涡强度及其影响区域减小，风机性能得到提升，其中小流量工况点及设计工况附近静压值提升约36 Pa，最高全压效率提高约2.8%。     

汽轮机中压缸气动设计中的损失分析

运用计算流体力学(CFD)方法对300 MW汽轮机中压缸的3种反动式改型方案的内部流场进行了数值模拟.根据计算结果分析了不同方案下的流动特性和参数变化,给出了多级效率,并分析了引起级内损失的原因.计算结果表明,反动式与冲动式两种设计方法得到的叶片效率相近;而后部加载叶型能有效抑制二次流,从而降低叶栅损失;叶片的前缘直径及弯曲角度对流场中涡结构有明显的影响.