淹没空化水射流水下模拟实验装置的理论分析

在对影响淹没空化不射流性能因素的分析基础上,提出了实验室模拟水下切割的构想;计算分析了在高水深背景下的水下切割过程中,淹没水域环境的压力及温度变化,为模拟水下切割提供了实验依据。     

淹没水射流锥形喷嘴的计算分析与试验比较

应用面元法对淹没水射流锥形喷嘴流动特性进行了简要的计算,并结合试验结果作了分析与比较,指出分析不同结构喷嘴内部及射流区域内的压力系数分布,可以得出喷嘴的收缩角α及圆柱段Ｌ与喷嘴冲蚀性能之间的关系,为对喷嘴的进一步研究提供了理论指导。     

异形喷嘴与圆锥形喷嘴水射流流场对比研究

针对目前水射流作业中存在的效率低的问题,课题组对射流关键装置喷嘴的结构进行研究。采用了传统圆锥形喷嘴的最优尺寸参数,设计了2种新型异形喷嘴结构;通过SolidWorks建立了喷嘴的三维模型,利用FLUENT仿真软件模拟了3种喷嘴在不同入口速度条件下的流场情况。仿真结果表明：正方形喷嘴的射流离开喷嘴后射速最快,射流凝聚性最好,等速核最长,更适合于淹没射流下的作业。     

喷孔锥度对喷气织机辅助喷嘴喷射性能的影响

为探究喷孔锥度对喷气织机多圆孔辅助喷嘴喷射性能的影响规律,课题组设计了3类等大中心环形分布喷孔辅助喷嘴,研究其流场特性。分别建立了不同喷孔锥度时3类辅助喷嘴的流场模型;利用FLUENT软件对上述流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时各辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度衰减曲线图及距喷嘴出口不同距离处截面速度分布图;提取截面上速度分布数据点得到了3类多圆孔辅助喷嘴0°和10°时距出口不同距离处截面速度径向分布图。结果表明：随喷孔锥度增大,各多圆孔辅助喷嘴的喷射性能明显增强;喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度越大各型喷嘴出口处射流速度也随之增大。课题组既分析了喷孔锥度和孔心距各自单一因素对喷嘴喷射性能的影响,又考虑了喷孔锥度和孔心距双因素对喷嘴喷射性能的影响,结果表明喷孔锥度对辅助喷嘴整体喷射性能的影响较孔心距的影响更为显著。     

喷气涡流纺喷嘴参数对内流场特性的影响

为探究高速气流在喷气涡流纺内流道的流场特性规律,课题组基于FLUENT建立喷嘴的参数化模型,采用单一变量法分别研究喷孔数量、喷孔倾角和供气压力对喷嘴内流场的影响。结果表明：受引导部件的影响,内流场气流特性分别存在不规则性,且有较多的回流和涡流现象的存在;随着喷孔数量的增加,喷孔出口气流速度略有增大,内流场涡流现象减少,气流旋转性能显著增强;随着喷孔倾角的增大,气流速度峰值先增大后减小,导引部件螺旋面两侧的轴向速度和切向速度分布有明显不同,而当喷孔倾角超过70°后角度对速度的影响逐渐减弱;随供气压力的增加,气流速度增大,气流旋转特性增强,纱线加捻效果有所提高。该研究对于喷气涡流纺喷嘴的结构设计具有参考价值。     

基于FLUENT的气液两相流喷嘴雾化性能研究

为了提升雾化器的雾化性能,对雾化器喷嘴结构进行研究。以空气和水为介质,采用FLUENT软件仿真模拟喷嘴雾化过程并利用试验加以验证。以不同角度的气相出口通道为研究对象,通过调整气压、气液比的大小探究喷嘴在其影响下的喷雾效果。研究结果表明：随着气相通道斜度增大,可以提高喷嘴的雾化质量,当气相通道斜度过大时,也会影响雾化效果;同时,喷雾效果也受气压、气液比的影响,随着气压、气液比的变大,雾滴粒径逐渐变小,雾化性能更好。     

喷孔锥度对喷气织机环槽型辅助喷嘴性能的影响

为提升引纬质量,课题组设计了一种环形槽型喷孔辅助喷嘴,并通过数值模拟探究辅助喷嘴结构对喷射性能的影响。课题组依据喷射出口面积等效原则,设计了3种环槽型辅助喷嘴,并分别建立了环形槽结合中心式辅助喷嘴的流场模型;利用FLUENT软件对建立的流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时不同喷孔锥度的各环槽型辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度分布曲线图、气耗量,以及距喷嘴出口20,50,70 mm处截面速度分布图。结果表明：对同种环槽型辅助喷嘴,随着喷孔锥度增大,辅助喷嘴的喷射性能明显增强;喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度增大各喷嘴出口处射流速度也随之增大。环槽型辅助喷嘴为喷气织机引纬提供了一种效率更高的方法。     

喷气涡流纺喷孔数量对喷嘴内气流场的影响

为了研究喷孔数量对喷嘴内气流场的影响,应用FLUENT流体计算软件对喷嘴内部气流场进行数值模拟,并结合OriginPro对不同喷孔数量时喷嘴内部气流场状况进行比较和分析,深入解析喷孔数量对涡流场的影响。研究表明：喷孔数量对喷嘴内部气流场的特性影响较为明显,随着喷孔数量的增多,气流在喷嘴中形成的旋转运动增强,喷嘴入口处用以吸引纤维的负压也随之增大,对纱线的加捻特性也就越强。     

梗签悬浮分离腔体内颗粒相运动的数值模拟研究

为了进一步降低烟梗中的含丝率,课题组根据烟丝和烟梗的密度不同,设计了悬浮分离腔体结构。首先利用流体力学中的 相关公式求解出通入悬浮分离腔体内的气压范围;再利用FLUENT软件对腔体内部的气流速度及轨迹进行模拟仿真,对比得到0.22 MPa下的负压可以达到相对理想 的分离效果;最后采用离散相模型和Euler Lagrange多相流求解的方法,在FLUENT软件中对悬浮分离腔体内烟梗的颗粒相运动进行数值模拟仿真,得到烟丝颗粒 与烟梗颗粒在腔体中的捕捉率。分离后的烟梗中的含丝率由原先的10%~20%降低到3.85%~8.53%,进一步提高了烟丝利用率。     

结构参数对文丘里管空化性能影响的数值模拟研究

为了达到更好的空化效果,课题组基于FLUENT软件,采用标准κ ε湍流模型和Schnerr Sauer空化模型对文丘里管的空化流场进行数值模拟研究。通过对模拟所得的空化云图、蒸气体积分数及空化数进行对比分析,探究了文丘里管的喉径与管径比、入口角度、喉径与喉长比以及出口角度等结构参数对空化效果的影响规律。结果表明：空化效果随着喉径与管径比的增大先增强后减弱,且存在一个最适值;随着入口角度的增大,空化效果减弱;随着喉径与喉长比的增大,空化效应增强;随着出口角度的增大,空化效应减弱。研究结果可应用于文丘里管空化器的优化设计。     

离心泵内气相体积分数及相对速度分布规律研究

为研究离心泵输送气液两相介质时的内部流动规律,采用FLUENT软件对其内部流动进行数值模拟,研究叶轮内不同截面处的气液两相流动,分析进口气相体积分数和流量对叶轮内部流动的影响,以揭示叶轮内不同截面处气相分布与相对速度随进口气相体积分数与流量的变化规律。研究结果表明：前盖板附近截面气相集中区域较大;大流量对气相的积聚具有一定的冲刷作用;在设计工况下,泵内气相体积分数随叶轮半径的增加先增大后减小;进口气相体积分数对前盖板截面附近相对速度影响较大,中截面和前盖板截面附近相对速度受流量的影响较大。研究结果对气液两相流泵的优化设计及高效运行具有参考价值。     

基于FLUENT的三偏心蝶阀数值仿真及结构优化

为了改善三偏心蝶阀的流通性能,课题组应用计算流体动力学技术,建立了三偏心蝶阀的数学模型。借助数学模型对三偏心蝶阀进行了流场模拟,获得了蝶阀内部压力和速度的分布情况,并且通过计算获得了蝶阀的流量系数和流阻系数;分析了蝶阀的3个偏心值对流量系数和流阻系数的影响。研究结果表明轴向偏心对于蝶阀的流通性能影响较小,其流通性能主要受到径向偏心和角偏心的影响。通过正交试验法对3个偏心值进行了优化,获得了蝶阀的最佳3个偏心值的组合方案,该方案增加了流量系数,降低了流阻系数,提高了蝶阀的流通性能。     

临界流文丘里喷嘴标定流量装置的研究

本文对ＩＳＯ９３００－１９９０标准中没有作出规定的一些重要内容，诸如用临界流文丘里喷嘴标定气体流量计装置中的气源问题和总体布置问题进行理论分析和试验验证．结果表明，在临界流文丘里喷嘴标定气体流量计装置中，采用高压离心式通风机作为气源以取代目前惯用的真空泵装置是切实可行的．所研制的标定装置精度高、总体布置合理，对今后该类标定装置的发展具有指导意义．     

超重力分离装置填料内流场的CFD模拟研究

为了优化超重力分离装置,课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体力学软件FLUENT对超重力分离装置填料内部的流体流动进行数值模拟,分析了转速、填料外径和丝网尺寸对流场的影响。结果表明：液相速度分布与气相速度分布一致,液相速度主要受气相的影响,与液相入口速度无关;同一转速下填料区气相速度由内向外逐渐增大,各位置的气相速度随转速的增大而增大;气相最大速度与转速和外径有关,与丝网的尺寸无关。数值模拟的结果对超重机的设计与优化有一定的借鉴意义。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状,课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解,探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下,不同搅拌组合的流场特性差异较大;上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀,能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果;同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好;功耗方面,搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

EGSB反应器布水装置进水方向对内部流场的影响

针对传统厌氧膨胀颗粒污泥床( EGSB,expanded granular sludge blanket)反应器布水装置进水不均匀、搅拌不充分 以及存在较大死区等缺点,提出周向进水的布水方式,采用欧拉一欧拉模型建立EGSB反应器内两相流计算流体力学模 型,模拟常规布水装置与周向进水装置下反应器的流动状态;通过改变进水管头数量来控制进水流速,模拟不同进水流 速下反应器内部流场的流动状态。模拟结果表明周向进水反应器具有更好的泥水混合效果和更高的膨胀床层,周向进 水结构能够达到搅拌目的的最小流速为0.555 m/s。周向旋流式进水方式较传统轴向布水方式能使反应器内介质更充 分混合,增加泥水接触面积,提供更有利于生化反应的流态。     

冷却风机性能试验的仿真计算方法研究

针对冷却风机在设计优化过程中存在试验成本高和效率低等缺点,课题组提出了基于CFD的风机性能试验仿真方法。冷却风机性能试验仿真以CATIA建模软件和FLUENT流体仿真软件为基础,通过CFD计算,实现对冷却风机气动性能参数的分析与研究。仿真的湍流模型采用RNG κ ε模型,旋转模型采用MRF多重参考坐标系模型,求解方法选用SIMPLE算法。通过仿真数据与试验数据的对比,得出各性能参数的仿真误差均在9%以下,仿真精度在可接受范围内。研究结果表明：冷却风机性能试验仿真的条件设置和计算方法可以满足一般工程应用;仿真模型具有一定的应用价值,可以利用其研究冷却风机的气动性能。     

空气冷却器脉动流诱导管束振动的研究

为探究脉动流对空气冷却器内部管束振动的影响,以空冷器轴侧截面为研究对象,建立二维流场数学模型,借助FLUENT软件模拟流场在一个周期内速度和压力的变化趋势,通过用户自定义函数(UDF)改变入口速度方程中激励频率的大小,分析其对管束升、阻力系数的影响,进一步探究管束沿X和Y方向的幅值变化及其运动轨迹。结果表明：不同激励频率下脉动流对换热管升力、阻力系数的频率及幅值均有一定影响;激励频率为80 Hz时,换热管沿X和Y方向的振幅均明显高于其他激励频率工况。因此,在实际生产中,应避免结构频率与脉动流频率范围相接近。     

导叶结构对直流导叶式气液分离器性能的影响

为了得到高效低阻的液滴分离装置,设计了不同结构的直流导叶式气液分离器模型,采用FLUENT软件中RNG K-ε湍流模型和离散颗粒(DPM)模型,对不同导叶结构的分离器内流场进行模拟,得到了导叶结构参数对分离器内的压 降特性、速度分布、以及不同粒径分离效率的影响规律。结果表明：导向叶片个数增加或者出口角的减小都能使分离器 分离效率显著提高,但是分离器压降也会增大;随着颗粒粒径的增大,分离效率升高,当粒径大于35 μm时,分离效率几 乎达到100%;导向叶片个数越多,叶片出口角越小,分离效率越高。数值模拟结果为设计低阻、高效的分离器提供了理 论依据。     

射孔对破裂压力及裂缝形态影响数值模拟研究

针对射孔对水力压裂过程中的破裂压力以及裂缝形态的问题，通过建立不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展模型，将位移不连续方法（DDM）应用于水力压裂过程中的力学分析研究，同时在裂缝扩展准则上运用修正了的G准则—F准则并进行裂缝扩展规律研究。根据不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展的模拟计算，在地应力大小和方位确定的情况下，破裂压力随着射孔方位的增大而升高，并且随着方位角的增大，裂缝形态会发生转向，而且裂缝壁面粗糙，会增大压裂液摩阻。对于实际的射孔参数优化设计和压裂施工具有参考意义