基于CFD螺旋离心式血泵与离心式血泵内部流场的数值分析

利用CFD软件对采用一元理论的方法所设计的螺旋离心式血泵和离心式血泵两种离心式心脏泵进行数值模拟,对比和分析两种离心式血泵内部流动特性,研究血液流经叶轮的速度、压力、切应力等参数的分布,得到相应的云图,分析两种血泵模型对血液的影响.研究结果显示:螺旋离心式血泵可以有效地避免血液在流动过程中产生的涡流、湍流和较高的剪切力.血液在螺旋离心式血泵内部的速度场、压力场及切应力分布都比离心式血泵均匀、合理.     

油气混输泵混输特性分析

为获得油气混输泵的内部流动规律,研究该泵的混输特性,基于标准k-ε湍流模型和mixtere多相流模型, 对该泵进行气液两相的定常模拟计算,获得其内部压力场、速度场以及气相体积率的分布情况.分析表明,从叶轮进口到叶轮出口气液两相分离情况越来越严重,压力增大,流动紊乱.从导叶进口到导叶出口气泡团逐渐从轮毂处向流道中间移动,压力逐渐减小并出现低压区而导致涡旋现象.     

离心式心脏泵内部流场数值模拟与分析

利用CFD软件对采用一元理论的方法所设计的无回流区和有回流区2种离心式心脏泵进行数值模拟,考察和分析人工心脏泵叶轮内部流场的分布,揭示叶轮内部流动的特殊规律和流动机理.通过数值模拟得到心脏泵流道内的切应力、速度和压力分布云图,分析2种模型对血栓和溶血的影响.结果表明,有回流区离心式心脏泵模型内部流场要比无回流区离心式心脏泵模型内部流场更符合血液动力学的要求,对血细胞的破坏更小,具有更好的抗血栓和溶血性能.     

半螺旋吸入室隔舌形状对叶轮吸入性能的影响

为了研究半螺旋吸入室隔舌对叶轮进口介质流动的影响,基于计算流体动力学(CFD)技术,Reynolds时均化,湍流模型采用RNG k-ε模型,速度、压力耦合用SIMPLEC算法,对三种隔舌方案进行全流场数值模拟,得到叶轮进口处的速度场,并对其进行分析.将其中流动状态最好的一种方案进行真机性能试验,并与CFD计算结果进行对比验证.数值计算结果表明:半螺旋吸入室隔舌与叶轮进口边的距离影响叶轮的吸入性能;当该距离较远时叶轮进口处速度分布均匀,进口流动预旋较大,泵的扬程较低;当该距离较近时隔舌部位产生明显的漩涡,介质圆周速度周向分布波动大,预旋不明显,扬程相对较高;通过数值计算结果,为吸入室设计提供参考.     

轴流泵、径流泵及混流泵流线型叶轮三元解析设计方法

在三元圆柱形坐标系中求解叶轮泵内流体连续方程、运动方程及能量方程,得到相对速度的分布及流面的解析表达式,再按照流面形状设计轴流、径流和混流泵叶轮轮盘及叶片,消除泵内紊流及滞止流,改进叶轮的流体动力学特性并提高泵效率．此方法在混流形叶轮血泵应用后,成功解决了叶轮泵破坏血液的难题．     

大型塑料泵叶轮的内部流场分析

为了获得大型塑料泵叶轮的内部流场液流压力、速度分布状况,从而为设计叶轮提供依据,首先根据给定的工况条件以及塑料泵叶轮的结构参数,运用Pro/E建立塑料叶轮的三维模型,然后运用CFD软件对其进行网格划分.通过对泵内叶轮运动时的内部流场数值模拟,获得了内流场的压力、速度等分布图.经过分析对比,得出叶轮工时的主要受力部位在叶片工作面出口处.     

基圆对双流道叶轮压出室第Ⅰ段面流场的影响

应用CFD技术计算双流道式泵包括叶轮及压出室在内的全三维湍流场,证实基圆大小不同时泵的水力特性有不同。分析认为压出室第一断面内流场压力及速度分布显著差别是主要原因,通过对比不同基圆下的流场分布,找出影响压出室第一断面流场分布的因素。计算结果有助于深入了解双流道叶轮压出室内部流动机理,对双流道叶轮压出室的水力设计提供参考。     

旋喷泵集流管的设计方法及内部流场分析

通过对一种新型极低比转数旋喷泵的研究分析,采用连续方程、动量方程、交错网格和Simplec算法求解,对旋喷泵矩形叶轮在相对坐标系下和转子腔、集流管在绝对坐标系下的内部流动分别进行全三维数值模拟.通过分析研究旋喷泵内部流动规律得出转子腔及集流管内部流动的速度场、压力场的分布规律并比较3种模型的优劣,为旋喷泵设计和能量损失分析提供理论依据.研究结果可以用于旋喷泵的性能预测以及集流管的优化设计.     

叶轮口环结构对离心泵性能及流场的影响

为了揭示叶轮口环间隙及结构型式对离心泵性能的影响,以IS80-65-160离心泵为模型载体,采用RNG k-ε湍流模型,对不同叶轮口环间隙及口环结构型式下的离心泵内部流场进行数值模拟,分析叶轮口环间隙对离心泵的效率、压力场和速度场的影响规律;研究3种环状结构型式的叶轮口环对离心泵性能的影响机制。研究结果表明:叶轮口环间隙的变化改变了离心泵内部流场的流动状态,影响其前、后泵腔处的压力分布,间隙内部的速度发生明显变化;锯齿形口环泄漏量最多可减少16.2%,容积效率提高,轴向力降低,锯齿形叶轮口环结构可提升离心泵2%的水力效率;流经两环状结构空腔的流体,过流面积增加,产生剧烈旋涡,并进行能量耗散,阻止了流体压力能的恢复,分散了经密封齿隙高速射出的流体的动能,间隙内部流体的速度梯度和压力梯度增大,湍动状态加剧,流动阻力增加。     

双流道叶轮内部三维定常湍流数值模拟

对某双吸离心泵的双流道叶轮内部的定常三维湍流进行了全流道数值模拟以研究其内部流动规律。计算基于Reynolds时均Navier-Stokes方程,采用了标准k-ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLE算法。计算得到了叶轮进口和水平截面的速度矢量图、叶片压力面和吸力面以及叶轮盖板的压力分布等值线图,并对其进行了分析。结果表明全流道计算可以较好地模拟双流道叶轮的内部流动,尤其是叶轮进出口的流动,并可对泵的外特性做出预估。计算结果有助于深入了解双流道叶轮内部流动机理,指导叶轮的水力设计。     

基于血液剪切损伤机理的高速螺旋血泵仿真分析

 高速螺旋血泵内部流场形态产生的高剪切力是导致血液溶血的重要因素,因此,对高速螺旋血泵中血液的流体动力分析有助于血泵性能的优化及减少血液细胞的损伤。采用水力旋流场理论对高速螺旋流场内血液剪切损伤机理进行了研究,得出了红细胞剪切破碎的判定依据,并结合所设计的植入式螺旋血泵,应用多相悬浮体CFD仿真技术,对血泵中的剪切应力场进行了仿真分析。研究结果表明：所设计的高速螺旋血泵中,剪切应力的分布能够满足血液生理要求。     

轴流式血泵内部流场和生物相容性的数值分析

设计了一种新型磁悬浮轴流血泵，使用圆锥型磁轴承以避免由动静部件接触摩擦引起的血栓问题，其结构小巧紧凑并利于磁悬浮的实现．利用数值方法对血泵内的流场进行了模拟，加装出口导叶以改善血泵内部流场，得到了血泵的水力性能曲线及泵内压强、壁面切应力的分布．验证了转子和泵壳间的狭缝中存在与主流方向相反的逆向稳定冲刷流动，避免了狭缝内流动停滞，减少了血栓形成几率．给出了一种利用数值方法计算溶血指标的方法，并通过溶血指标的计算评价了血泵内的溶血程度，发现雷诺切应力是导致溶血的主要原因．     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

汶川地震灾区松散土体岩土特性研究

汶川地震灾区地震诱发了巨量的松散固体物质,呈非均质、欠固结、空间结构复杂,岩土特性具有特殊性。以都江堰虹口深溪村锅圈岩沟为例,在地震诱发滑坡遥感解译的基础上,通过原位渗透、直剪和三轴实验,系统研究了汶川地震灾区松散土体的岩土力学特性。地震诱发的滑坡堆积体主要分布在源区坡度≥30°的区域,平均堆积厚度约为15 m,储量达20×10~4m~3。渗透实验表明,松散土体初始和稳定入渗率均较大,主要与其大空隙、大裂隙、欠固结等特性有关;此外存在内部侵蚀、细颗粒迁移现象。直剪实验中松散土体黏聚力和内摩擦角随黏粒含量增加而增加、但随含水率呈先增大后减小的趋势。三轴实验结果表明,应力随应变的增加而增加;且在不同含水率条件下增长速率不同。围压越小,剪应力达到峰值引起的土体应变越小,土体越易破坏。孔隙水压力随应力和应变的增加而增加,土体破坏后,孔隙水压迅速降低,之后随着应力和应变的增大,孔隙水压力呈现回升。研究成果可以为锅圈岩沟泥石流致灾机理、预警阈值、防治工程关键参数设计等提供科学依据。     

基于剪切技术的重油乳化过程三维流场数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT的RNG k-ε 湍流模型以及基于欧拉法的MIXTURE二相流模型,对高剪切均质机乳化重油时的流场进行三维数值模拟。分析一对定转子齿间的压力场和速度场,讨论在不同的转速和定转子齿隙下剪切率的变化情况。分析表明,通过改变转速和齿隙可以有效地提高其剪切率,使水以较小的微粒均一地分散到重油中,从而提高乳化重油的稳定性,以扩大乳化重油的使用范围。     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

单级涡壳式离心泵内二维流场的数值模拟

通过使用FLUENT软件模拟计算单级涡壳式离心泵的二维流动,采用标准的湍流模型,计算分析了离心泵内的速度矢量图、压力等直线图。结果表明离心泵叶轮内各通道的流量、流速及压力分布有显著差别,呈现明显的非对称性。利用数值模拟方法能真实反映泵内部的复杂流动,为泵内叶轮的设计、改进提供了理论依据。     

基于数值模拟的混流式血泵结构改进

轴流式血泵转速过高、离心式血泵易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解转速过高及流动死区问题。基于此,采用计算流体力学方法对闭式叶轮混流式血泵进行了三维流场仿真,分别探究了不同叶片数和叶片厚度的混流式血泵的性能,分析了血泵流场特性及压力分布情况;基于溶血幂函数模型,通过拉格朗日粒子追踪法进行血泵的溶血性能预测,得到水力性能与溶血性能良好的血泵结构参数。结果表明,当叶片数为5、叶片厚度为0.8 mm时,扬程更接近预期设计目标,能够满足血泵供压需求;溶血指数比原模型降低14.65%,有效降低溶血程度;内部流场均匀稳定,未出现回流、流动死区问题,有效防止血栓产生;叶片进口处低压区域减少,有效缓解空化现象产生。研究结果可为闭式叶轮混流式血泵的结构改进及性能改善提供依据。     

高压喷射钻井水力参数优化研究

高压喷射钻井技术在国内外诸多油田都已进行了多次试验研究。进行水力参数优化研究可以指导现场作业,提高钻井速度、改善井眼的净化能力。通过对排量和喷嘴组合优选计算,分析了排量和喷嘴组合对立管压力、钻头压降、钻头水功率以及喷射速度的影响规律;并给出了一种高压喷射钻井技术水力参数优化方法。研究表明:当钻井泵排量增大后,各水力参数总体均呈上升趋势但增长速率不同;钻井液过流面积一定时,喷嘴组合的变化对立管压力影响较小;钻井液的过流面积发生微小变化时,钻头压力损耗的变化幅度最大,钻头水功率次之,对立管压力影响最小。最后针对塔河油田盐区某井中深部地层497~4 673 m井段,经优选水力参数后,以得到的推荐参数进行现场施工作业,平均机械钻速达到55.48 m/h,与邻井同井段(15.32 m/h)相比提高262%,该开次完井用时15.33 d,与设计相比节约30.79 d,节约率达到65.5%。     

海水淡化轴向柱塞泵的虚拟样机技术研究

为了研制反渗透海水淡化用高压轴向柱塞泵,采用虚拟样机技术对其机械动力学和压力流量特性进行了预测.泵的三维几何模型基于结构设计得到：通过施加运动学约束和对关键零件进行进行柔性化处理建立了泵的机械模型;通过对泵内动态压力和流量分析得到了泵的流体模型;联合机械模型与流体模型建立了泵的虚拟样机模型.通过运行泵虚拟样机模型获得了主要零件的运动学和动力学规律、泵出口的动态流量和压力规律及关键零件的动态等效应力等数据,仿真结果表明：泵的主要性能达到了设计要求,关键零件具有较大的强度裕度,可以在更高的压力等级下运行.