一种高效低阻旋风分离器的数值模拟研究

针对旋风分离器芯管内强旋湍流造成的动能损失,提出了将旋风分离器芯管下端改为渐扩锥形结构。比较了改进结构旋风分离器与基准结构旋风分离器的流场。结果表明:改进结构的旋风分离器能够有效地减少芯管内的能量损失。通过分析改进结构旋风分离器芯管内速度倾角的分布,提出可通过在芯管内加装导流叶片来减弱芯管内旋转动能耗散损失,并预测了芯管内部导流叶片安装参数,指导新型高效低阻旋风分离器的结构开发。     

旋风除尘器内锥形扩口芯管对其性能的影响分析和实验研究

用平衡粒径模型分析了旋风除尘器内常用的柱菜芯管结构存在的缺陷,提出了用带锥形扩口和十字板的芯管改进旋风除尘器的内部芯管结构,并用实验研究测得了新型结构减阻效的幅度。     

分流歧管的流场特性及结构优化

为了掌握除尘系统中分流歧管的结构设计对气流和粉尘分配均匀性的分布规律,利用FLUENT软件对不同几何条件下的分流歧管进行模拟计算。结果表明:歧管支管取长宽比为0.1~4.0七种情况下,当歧管横向支管的长宽比Rab为0.2时,气流体积流量分配比值在0.7578~1.1177之间,相对于其余六种条件均匀性较好;在长宽比为0.2的情况下,取面积比Rs范围在0.1~1.0七种情况,当支管的面积比从0.5~0.2降低时,气流分配曲线逐渐平稳,说明流量分配均匀性随支管面积比的减小而增大,该面积比范围内的几何结构可较均匀的分配含尘气流进入除尘设备,避免风量集中而造成的单个除尘器负荷过大,可使除尘系统发挥综合性能。     

EPVC-IB型旋风管流场测定

本文对我校自行研制的EPVC-IB型高效旋风管内流场进行了系统的测定。给出了旋风管的结构参数,特别是分流型芯管几何参数和中孔型底板的影响规律,分析了分流型芯管提高分离效率的原因。文中引出了分离效益的概念,从流场的角度提出了这种管子的结构优化参数。     

动叶尾缘结构对涡轮气动性能影响研究

为了探索动叶尾缘结构对气冷涡轮流场及气动性能影响规律，本文针对某船用燃气轮机高压涡轮动叶模型采用CFD软件分别开展了变叶盆侧尾缘长度、变叶背侧尾缘长度及尾缘全劈缝3种结构型式下的三维数值模拟研究。结果表明：涡轮进口流量主要受最小喉道面积控制，变叶盆侧尾缘长度气动性能优于变叶背侧尾缘长度，变叶盆侧尾缘长度总压损失系数随着两尾缘之间的距离增大而减小，出口相对气流角随着两尾缘之间距离的增大而有增大的趋势。两尾缘之间距离每增加1 mm，总压损失平均减少0.45%，出口气流角平均增大0.17°。尾缘全劈缝与最优变叶盆侧尾缘情况相比，尾缘全劈缝总压损失最小、出口相对气流角更接近几何出气角。     

硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯性能的影响

以石英玻璃粉为基体、硅酸锆为添加剂、陶瓷铸造蜡为增塑剂,利用热压注法制备硅基陶瓷型芯,烧结成型,并测试了烧结后型芯性能的变化,研究了硅酸锆添加量对硅基陶瓷型芯性能的影响.结果表明:硅酸锆添加量对型芯析晶并无明显影响.由于硅酸锆熔点高、性能稳定,不与二氧化硅发生反应,能够降低石英玻璃的黏性流动和型芯的烧结程度,导致硅酸锆添加量越多,样品的收缩率、室温强度越低,显气孔率越大.少量硅酸锆分布于石英玻璃基体中,起强化基体的骨架作用,能够提高型芯的高温强度.当硅酸锆含量较高时,石英玻璃含量降低,石英玻璃析晶产生的方石英含量降低,导致型芯的高温强度下降.型芯的高温挠度随硅酸锆含量的增加而降低,这是因为硅酸锆在高温下能够降低石英玻璃的黏性流动.     

焊合室高度对平面分流组合模挤出成型的影响

运用QForm数值模拟软件,分别对5种不同焊合室高度的模具进行模拟,分析了平面分流组合模焊合室高度对铝型材挤压成形的影响.模拟结果显示,随焊合室高度的增大,模具应力、焊合室内静水压力、模芯Z向位移和挤压力均增大,型芯与分流桥桥底结合部位的应力集中现象更加显著,焊合室底部的应力分布更均匀.本文通过QForm软件所得结论为模具结构参数选择提供参考.     

热芯盒法

基本概念与工艺过程 壳型(芯)铸造优点很多,但受酚醛树脂供应及成本的限制,没有得到大量推广。为了找到酚醛树脂的代用品,曾进行了大量的研究工作。近年来,已成功地采用呋喃树脂代替酚醛树脂,用射砂法在加热的芯盒中生产型芯或型块(用于组芯造型),习惯上把这种新发展的方法叫热芯盒法,以和壳型(壳芯)法相区别。 热芯盒法射制的型芯,通常制成实心的,当型芯厚度大于70毫米,重量又大于5公斤时,也可以制成空心的,这决定于型芯的大小、形状及芯盒的设计。应当指出的是,用热芯盒法射制较大的型芯,通过控制适当的芯子壁厚(20～30毫米),可以防止大型…     

多层壁陶瓷型芯内腔熔芯的制备及性能研究

采用预制夹芯法制备多层壁陶瓷型芯因具有工艺简便、成型精度高等优点受到关注.笔者以聚乙二醇(PEG)为增塑剂,石墨、石英玻璃粉为填料,制备了可熔夹芯;通过二次注射成型制备了多层壁陶瓷型芯坯体,实现了熔芯/型芯的一体脱脂.研究了聚乙二醇分子量对熔芯浆料及制备坯体性能的影响,结果表明:当PEG分子量不超过2000时,增塑剂分子量对熔芯性能的影响较小,随着PEG分子量继续增加,坯体内缺陷增加导致性能变差;采用PEG2000制备的熔芯坯体具有最佳的综合性能,其抗弯强度、高温变形量和表面粗糙度分别为13.0 MPa、2.94 mm和1.18μm.研究了熔芯/型芯的一体化脱脂行为,经过脱脂和烧结,熔芯被完全烧蚀,形成了陶瓷型芯的空腔结构,且熔芯脱除对陶瓷型芯的结构完整性和精度未产生不良影响.陶瓷型芯制件的尺寸公差不超过±0.15 mm,空心内腔表面粗糙度为1.81μm,满足高温浇铸对陶瓷型芯尺寸精度的要求.     

基于流固耦合的净化器内流场与热应力分析

运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,分析了锥形扩张管与喇叭形扩张管净化器的内部流场.结果显示:锥形扩张管的内流场均匀性比喇叭形扩张管低;采用喇叭形扩张管可降低扩张段流体与壁面的分离程度,使涡流区域及湍动能耗散减少,净化器内部流场分布均匀性得以改善.基于无化学反应的耦合数值模拟发现,净化器进出气端锥所受热应力较大,而段管壳上较小;喇叭形扩张管净化器对改善净化器内部流场均匀性有利,但载体入口直管壳体周向温度分布不均匀和温度梯度大,导致喇叭形扩张管净化器进出气端锥热应力和变形大于锥形扩张管净化器进出气端锥.     

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响.结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大.     

EPVC—ⅠA型旋风管流场测定

本文对我院自行研制的高效多管旋风分离器用EPVC-ⅠA型旋风管内的流场进行了系统的测定。给出了旋风管的结构参数特别是导向锥几何参数对流场的影响规律,分析了导向锥提高分散效率的原因。文中提出了准自由涡指数和准强制涡指数计算公式,可用于EPVC-ⅠA型旋风管设计。     

基于响应曲面法的割缝筛管结构参数优化

割缝筛管完井是目前国内外出砂地层普遍使用的一种完井方式,随着服役数量和服役年限的增加,筛管失效问题也日益凸显。本文基于弹塑性理论,建立了割缝筛管三维参数化FEM模型,研究了在大地围压作用下筛管的缝长、缝间距、周缝数对筛管强度和过流能力(生产能力)的影响规律。试验选用三因素两水平的响应曲面分析法,得出了高应力区域体积和过流面积二次多项式数学模型。结果表明：缝长与高应力区域体积和过流面积成正比;周缝数与高应力区域体积成反比,与过流面积成正比;缝间距与高应力区域体积和过流面积成反比。在限定条件下,布缝参数选择缝长小于70 mm、缝间距大于15 mm,周缝数大于60条,可同时获得较强的力学性能和较好的过流能力。研究结果为优化割缝筛管布缝参数提供了理论依据。     

柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性

采用微分雷诺应力模型对柱状旋流分离器气体单相流场中的旋转涡核边界分布特性进行数值模拟,阐述涡核的衰减形态,考察升气管直径、入口面积以及筒体长度变化对旋转涡核边界分布的影响。结果表明:零轴速包络边界与旋转涡核边界分属不同面,二者分布于升气管投影面的两侧;旋转涡核在分离器中的自然终止形态是涡核尾端弯曲终止于壁面,并沿壁面做圆周运动;涡核边界宽度随升气管直径的减小、入口面积的增大而减小;当筒体较短时,在较大跨度的升气管直径分布内,涡核边界沿轴向近似成柱状分布。筒体长度增加会使切向速度沿轴向产生衰减,涡核边界在升气管入口区域向外扩张,沿轴向向下逐渐收缩。     

提高小流量工况下轴流泵的效率

将开缝技术应用于轴流泵的叶轮上, 并选择合适的开缝翼型作为叶轮开缝的依据, 设计了一种新型轴流泵叶轮. 基于商用CFD 软件ANSYS CFX, 对常规轴流泵和开缝叶片轴流泵进行了数值模拟计算, 并分析了常规轴流泵和开缝叶片轴流泵在不同工况下的水力性能及其流场特点. 数值计算结果表明, 开缝技术提高了轴流泵在小流量工况下的水力性能, 并降低了进口压力脉动. 进行了两种轴流泵的水力性能对比实验, 结果表明, 开缝叶片轴流泵在小流量工况下的性能优于常规轴流泵, 证明了开缝技术能有效地提高轴流泵在小流量工况下的水力性能.     

叶尖开孔对风力机流场的影响研究

以NREL Phase VI叶片的1/8缩比模型为研究对象,在叶片叶尖区域设计由前缘到叶尖端面的3个环形通气孔,改变叶尖流场分布.采用CFD的方法,通过转速变化分析叶尖表面的压力分布情况及其叶尖涡的发展过程,进而研究叶尖开孔对风力机叶尖涡的影响.研究结果表明:转速低于900 r/min时,叶尖开孔对叶片气动性能影响不大;而转速高于900 r/min时,叶尖开孔可降低涡核强度,加速叶尖涡耗散,提高叶片气动效率.从环形通气孔中喷射的气流对来流有明显的抑制作用,能够减小尾流区内的轴向速度.在加速叶尖涡的耗散和降低叶尖涡的强度方面,风力机叶尖处开孔在转速超过900 r/min以上时被视为一种比较有效的设计.     

基于响应曲面法旋风分离器的自然旋风长

利用商业计算流体力学软件Fluent6.1对不同结构尺寸以及运行条件下旋风分离器内部气相流场进行了数值模拟,基于响应曲面法并利用统计软件M initab V14得到了旋风分离器自然旋风长新的预测模型.对预测模型分析后表明,除了入口面积和排气芯管直径影响自然旋风长外,入口风速、旋风器高度以及排气芯管的插入深度也会不同程度地影响自然旋风长.由于自然旋风长预测模型考虑了更多的影响因素,和以前的模型比较能更好地反映旋风分离器的结构尺寸及运行条件对其性能的影响.     

静电陀螺寻北仪中的磁干扰

电磁兼容性的问题尤其对采用静电陀螺作为核心元件的高精度寻北仪越来越显得重要。有关静电陀螺的文献对于静电干扰讨论较多,本文则侧重对静电陀螺寻北仪中的磁干扰进行讨论。磁干扰包括外部磁干扰和内部磁干扰,外部磁干扰可通过严格的电磁屏蔽加以排除,对于内部磁干扰本文推导了有关数学关系式,必要时可以加以补偿。     

静电陀螺寻北仪的力学原理

静电陀螺仪是当今世界上精度最高的陀螺仪,研制静电陀螺寻北仪是为了寻求高精度的方位测量仪器。采用静电陀螺仪组成寻北仪可采用以下两种方式：力反馈方式和自由陀螺方式。前者水平方向包含两个力反馈回路,通过测量反馈回路电流得出方位角。后者陀螺自由转动数分钟,通过测量静电陀螺水平轴偏角得出方位角。该文讨论了力反馈方式和自由陀螺方式静电陀螺寻北仪力学原理,其中包括两种方式下坐标变换及获得方位角的算法推导,并得出结论。