绕Hydronautics水翼超空化的发展及其形态特征

为深入了解超空化流动机理,采用高速录像和图像处理技术,观测了绕Hydronautics水翼的超空化流动形态. 结果表明,超空化的发展经历了空穴形成、两相共存和完全发展3个阶段. 空穴开始形成时,空化区域充满了均匀分布的水、汽混合介质,空穴尾部处于不稳定状态;两相共存阶段,临近水翼区域形成透明的纯汽相区,空化区域后部仍是水汽混合的两相区;在完全发展阶段,汽相区已经占据了空化区域的绝大部分,水汽混合区呈窄带状分布,整个流场已基本处于准稳定状态.     

绕水翼超空化流场的数值模拟

基于Reynolds平均法,采用RNG k-ε模型及Mixture两相流模型,对绕水翼ys930的超空化流动进行了数值模拟,得到了绕水翼各个超空化阶段的超空化形态及各阶段的临界空化数与水翼攻角、来流雷诺数之间的关系,确定了临界空化数与来流雷诺数在不同攻角条件下的0.4次方经验关系式,给出了系数的取值区间.结果表明:超空化的发展经历了超空穴形成、汽液两相共存和完全发展3个阶段;各阶段的临界空化数随水翼攻角的增大而增大,基本呈线性关系;由于回射流的作用,在水翼前缘处形成一个逆时针旋涡,使逐渐长大的空泡脱离水翼吸力面并向下游脱落;在不同空化数下,空泡脱落的位置不同,导致空泡长度的变化.     

多级雾化超重力旋转床中气液传质实验研究

利用传热强化与过程节能教育部重点实验室开发的多级雾化超重力旋转床，采用化学吸收的方法测定了其在不同操作条件下的体积传质系数，并根据双膜理论建立了旋转床中气液两相之间的传质模型．实验结果表明，多级雾化超重力旋转床气液两相间的体积传质系数随气液流量的增加而增大．文中还从实验数据中归纳出了液滴内的传质系数方程，指出丝网层的雾化使液滴在离心力的作用下高速旋转进入雾化区，由于液滴内循环非常剧烈，从而使多级雾化旋转床的液滴内传质系数较高．     

离心泵叶轮后盖板粗糙带抑制空化效果分析

利用修正过的剪切应力输运(SST) k-ω湍流模型及Kubota空化模型,对不同空化数下的离心泵内流场结构进行定常与非定常空化模拟,并选取最后一个旋转周期对叶轮内流场特性进行分析,考察离心泵叶轮后盖板布置粗糙带对其内部非定常空化流动特征、压力脉动特性及抑制空化效果的影响.结果表明:叶轮后盖板布置粗糙带对离心泵外特性几乎不产生太大扰动;粗糙带提高了叶轮内流场压强,其产生较大的近场压力迫使空泡外侧形态发生改变,从而对空化产生抑制作用;空化发展初期至严重阶段,粗糙带使得周期内叶轮中空泡体积明显减小;当空泡的径向外缘尺寸发展至粗糙带位置时,该结构使得由空泡所覆盖区域内的压力脉动主频幅值有较大程度降低,且能不同程度降低蜗壳内的主频幅值,对流场结构改善效果较好,但对未覆盖区域造成了小幅扰动.     

固体颗粒物诱发溢流阀调压失效的作用机制

针对实际中出现的先导式溢流阀调压失效现象,运用FLUENT中的欧拉-欧拉多相流模型对溢流阀中含有均压槽的主阀配合间隙内流场进行液固两相流二维轴对称数值计算.研究发现:固体颗粒物在均压槽内有高度聚集现象,均压槽内贴近阀体壁面的半月形区域中固相体积分数最大值是进口的10倍左右,液流主流束和均压槽底部固相体积分数较低;当阀芯运动方向与间隙内压力梯度方向相反时,均压槽出口间隙将浸入高体积分数固相区,部分颗粒在压差作用下将嵌入均压槽出口后的间隙中,引起阀芯卡滞,进而诱发调压失效.     

恒温循环法高压汽液平衡测定装置

本研究工作研制出获得可靠汽液平衡数据的恒温循环型高压汽液平衡测定装置。该装置适用的温度范围为 278—363 K,压力可达15 MPa.高压釜设计强度可达50MPa.通过此装置测定了石油轻烃,含CO2超临界组分,极性物质等物系高压平衡数据。精度较好,可满足工程设计要求。 1.装置特点 (1)汽、液相可交错循环,大大缩短汽液相平衡时间;(2)汽、液相分别取样,取样时对平衡扰动较小,(3)取样系统没有死角,用特殊设计的高压四通直通切向阀取液样,用高压六通转向阀取汽样,(4)汽相循环回路与液相循环回路之变换采用一个高压六通转向阀实现;(5)色谱在线自动…     

亚临界CO2在缩放喷管中降压膨胀的数值模拟

忽略两相间的滑移速度,采用Fluent中的混合模型对亚临界CO2过冷液体进入缩放喷管降压膨胀产生气泡的两相流动过程进行了二维数值模拟.其中,气液两相间单位体积内的质量传递率采用空化模型理论进行计算.计算工况如下:喷管液体CO2进口压力为61MPa,温度为29315K,喷管出口为两相状态.计算结果显示,CO2工质流经喉部时,压力急剧降低,相间的质量传递率达到最大值,CO2工质发生相变;工质进入扩散段后,随着压力降低,气体份额不断增大,喷管出口压力为165MPa时,气体体积份额约为093.数值模拟值与实验值对比结果为,计算压力与实测压力值最大误差不超过101%,计算温度与实测温度值最大误差不超过19%.数值模拟揭示了亚临界CO2在喷管中的气液两相膨胀过程.     

水下高速航行体自然超空泡形态特性仿真研究

为使水下高速航行体获得减阻量,基于均匀多相流假设,建立了水下高速航行体自然超空化流动的多相流计算流体力学模型.应用商业软件Fluent 6.2进行了水下高速航行体自然超空泡计算,对比分析了带圆锥和圆盘空化器的两种高速航行体形成超空泡的空泡长度、空泡直径、空泡含汽率和航行体表面的空泡厚度等超空泡形态特性.数值模拟了带圆盘空化器头部航行体的超空泡流发展过程,获得了航行体的超空泡形态变化特性.仿真结果表明:圆盘头形空化器有利于航行体超空泡的形成;超空泡的相对直径与相对长度随空化数增加而减小;在水下高速航行过程中,航行体形成稳定超空泡的长细比非常高,随着航行体速度的衰减,其超空泡迅速出现不稳定状态.     

不同湍流模型下偏导射流伺服阀 前置级流场特性仿真

利用常用的k-ε湍流模型对偏导射流阀前置级流场进行数值模拟,探讨不同湍流模型对偏导射流伺服阀流场信息的影响.在相同初始条件下,对偏导射流阀前置级流场进行两相流二维数值计算,获得不同湍流模型下,压力、速度场信息及气穴分布特点.针对两接收腔压力仿真值比实测值要小的情况,主要是由于将流场边界层流动视为高雷诺数流动与实际情况不符造成,引入低雷诺数模型对边界层进行处理.在此模型的基础上继续深入研究单向流和两相流模型及不同背压和湍流强度对流场特性的影响.仿真结果表明:接收腔压力提高并与实测值相一致.采用两相流模型获得的结果更为真实,并且提高背压和增大湍流强度都会使两接收腔压力升高,对空化现象有一定的抑制作用.     

天然气管线排液阀内流场压力特性数值模拟研究

为保证天然气管线排液阀安全可靠运行,用标准k-ω模型对冬夏两季不同工况下排液阀内流场压力分布进行了三维数值模拟,探讨了排液阀内全压和动压分布的差异.通过研究发现:随着排液阀阀门开度的增加,阀内全压逐渐降低,而动压逐渐增大,全压的最大值发生在阀门关闭状态,动压的最大值发生在阀门完全开启状态;冬季的全压和动压大于夏季;无论是冬季还是夏季,阀内压力小于安全运行压力,阀门能够安全运行.     

绕水翼超空化流动数值模拟的湍流模型评价

为深入了解湍流模型对超空化流动计算的影响,分别采用3种不同的湍流模型即标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型和SSG雷诺应力模型,对绕水翼的超空化流动进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比.结果表明:标准κ-ε模型仅能模拟出定常状态的超空化形态;RNGκ-ε模型和SSG雷诺应力模型能较为准确地模拟出超空化区域内的两相混合非定常特性,并完整再现了空泡内部两相(气相和水气混合相)界面的反向波动过程,而采用RNGκ-ε模型计算得到的最大空泡长度与实验最为接近.     

超空泡航行器通气内流场研究

通气内流场是超空化流场的重要部分,其特性反映了超空泡航行器一体化通气系统的性能。分析了超空泡航行器空泡流型实现与控制对通入气体参数的要求,提出了一种通气系统方案。建立了分析模型,采用CFD方法获得了超空泡航行器通气内流场特性:(1)均压室内包含喷口欠膨胀射流和旋涡状掺混流场两种形态,射流在径向及轴向影响范围有限,均压室能够发挥稳定流场状态的作用;(2)气体通入初期,喷口射流激波发生振荡和推移,伴随流场参数的大幅波动,均压室内气体压力及通入气体流量均呈现波动特性;(3)内流场参数随时间推移达到稳定状态,t=0.2 s通入气体流量稳定,各通气孔分配比确定,通气流道无阻塞。表明所提出的通气系统方案满足超空泡航行器通气要求。     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

一维超Ising模型

Ising模型对解决局域磁矩间的问题非常有效,然而它只考虑了相邻两电子间的相互作用.通过对所有电子自旋的相互作用的分析,将非相邻的相互作用看成平均场对自旋的作用,计算出一维超Ising模型的配分函数,并推导出一维超Ising模型铁磁相、顺磁相的居里温度及顺磁相磁化的居里—外斯公式,最后从物理上解释了一维Ising模型和一维超Ising模型铁磁相存在与否的根本原因.     

电磁波在超材料阻抗带上的多级衍射

本文研究了平面电磁波在非均匀阻抗带上的多级衍射特性.根据谱域迭代理论,并应用维纳霍普夫法,得到了二体阻抗带为超材料时不同衍射级的衍射场公式,以及所包含的表面波和空间波成分。     

超音速汽液两相流升压装置用于供暖系统的性能改进研究

根据不同地区供暖系统对供回水温差的要求绘制出了最小供回水温差曲线,发现随着室外计算温度的升高,供回水最小温差由6 37℃逐渐增大至14 13℃;某一确定地区供暖系统供回水温差随着室外温度的升高而降低.当现有超音速汽液两相流升压装置应用于供暖系统时,针对其存在不能满足整个供暖期供回水温差要求的问题,提出了采用两级进水对现有升压装置进行性能改进,根据质量、动量和能量守恒方程建立了其升压、加热性能计算数学模型,计算并分析了其用于供暖系统的性能.研究与计算结果表明:当进汽压力在0 3～0 6MPa之间变化时,两级进水超音速汽液两相流升压装置的供水压力高于0 4MPa,供回水温差在14～25℃之间,满足供暖系统的要求.     

超临界温度甲烷吸附的晶格理论及实验

运用一个基于Ono-Kondo晶格理论模型的新方程，描述了甲烷在狭缝状微孔内的超临界温度高压吸附．为检验理论模型，用体积法测量了压力为0～6MPa范围内甲烷在高比表面活性炭上的Gibbs吸附量．对比模型与实验结果显示，该模型在一定范围内能比较准确地描述甲烷超临界条件下在活性炭上的吸附。     

通气超空泡通气率影响的数值仿真研究

采用理论分析、数值模拟与试验相结合的方法,对水下航行体通气超空泡通气率问题展开研究.主要利用商业软件Fluent6.3对小空泡数下的通气超空泡的通气率进行了数值仿真研究.通过模拟结果对通气空化数一定时,自然空化数和弗劳德数对通气系数的影响进行分析,并利用实验数据进行了验证.由分析得出结论:要形成相同尺度的通气超空泡,通气流量和通气率随着自然空化数和弗劳德数的增加而增加.最后得到通气率与自然空化数、弗劳德数关系的一个简单定量关系式,利用该关系可以外推出估计实际初始流场参数条件下形成指定相对尺寸的通气超空泡需要的通气量,对工程试验有一定的作用.     

超高性能混凝土配合比设计及其受拉性能

基于最大堆积密度理论,研究超高性能混凝土(UHPC)的配合比设计方法.采用修正的AndreasenAndersen法计算石英砂级配,通过密度试验确定水泥和硅灰的相对质量分数;根据单一变量试配试验确定砂胶质量比、水胶质量比和纤维体积分数,综合考虑抗压强度和工作性能2个因素确定最佳配合比.按最佳配合比制作立方体试件和轴心受拉试件,进行受压和单轴拉伸力学性能试验,研究UHPC受压和单轴受拉力学性能以及纤维体积分数对UHPC单轴受拉力学性能的影响.结果表明:按照最佳配合比制备的UHPC,其抗压强度为116.64~134.85MPa,抗拉强度为4.761~8.504MPa;随着纤维体积分数的增加,抗拉强度和韧性都大幅提高,试件也由脆性破坏转变为韧性破坏.研究成果可以为UHPC在国内的推广应用提供一定参考.     

转盘式能量回收装置中滑阀的间隙液膜力学特性及结构优化

转盘式能量回收装置(RERD)采用转盘旋转与滑阀协调响应的工作模式实现反渗透海水淡化中浓盐水压力能的连续回收.其中滑阀控制流体流动的方向和流量,它主要的性能要求是切换过程的可靠性.但滑阀中阀杆在偏心和倾斜时与阀套形成的配合间隙不均匀变化会产生不平衡液压力,进而产生液压卡紧并影响滑阀切换的响应性能.针对这一问题,构建了阀杆与阀套的间隙液膜仿真模型,采用CFD方法模拟探究了间隙液膜的力学特性,并引入均压槽和通腔浅槽改善液压卡紧现象.结果表明:阀杆偏心时,间隙液膜形成的每个压力差区段的最大压力差位于高压液体侧,其形成的液压力使阀杆有自动对中的倾向;阀杆倾斜时,间隙液膜中压力差区段的最大压力差在各区段的中间位置,其液压力产生的倾覆力矩会加剧阀杆的倾斜.滑阀间隙液膜的液压力和倾覆力矩随高压流体压力、偏斜率的增大而增大.在阀杆上引入均压槽和通腔浅槽能减小间隙不均匀引起的压力差和液压力的范围,在操作压力6.0 MPa、配合间隙0.015 mm和倾斜率1/3的条件下,滑阀所受液压力和倾覆力矩分别较原结构降低73.4%和70.8%以上.上述结果对装置中滑阀结构优化和提高滑阀响应可靠性具有指导作用.