旋转液膜反应器内流动机理研究

对旋转液膜反应器的不同设置情况进行了数值模拟。两种设置分别为：内圆台旋转而外圆台固定,外圆台旋转而内圆台固定。模拟结果显示：当Re=200，t>70s时，两种装置内的流动状态的动能均趋于大致稳定状态。通过对压力、速度和壁面剪应力分布的对比分析，发现在相同雷诺数下，与外圆台旋转的装置相比较，内圆台旋转的装置间隙中的流体更容易失稳，更容易产生湍流,表明内圆台旋转的反应器更优。     

正置同轴旋转圆台环隙流场动力特性

实施色流显示试验和粒子图像测速(PIV)流场测速试验对环隙流场动力特性进行定性及定量分析,揭示内圆台转速和环隙宽度对环隙流动特性的影响.通过解析速度场获取环隙径向速度及涡量分布、时均流场、雷诺应力等关键流场信息,在泰勒涡演变周期性规律的定性认知基础上研究泰勒涡动力机制.试验结果表明:当环隙宽度不变时,随着内圆台转速增大泰勒涡演变周期缩短;当转速为9.38 r/min时,涡B1出现先分裂后又融合的特征,体现为环隙流场稳定性减弱;当转速为9.38～20.68 r/min时,静压力主导流动状态形成弧形向内流动趋势;当转速≥24.44 r/min时,环隙内形成弧形外向流动趋势,说明离心力主导当前流态;雷诺应力随转速增大而增大,且雷诺径向正应力雷诺轴向正应力雷诺切应力.当内圆台转速不变时,随着环隙宽度增大泰勒涡稳定性先增后减;各工况下环隙流态主要呈现弧形内向流动趋势,说明环隙流场中的静压力总是大于离心力.     

内插新型转子圆管的管内流阻和转子旋转特性

在已有螺旋转子结构的基础上,提出一种改进型转子结构,以便减小内插转子引起的阻力增加。对内插不同结构参数新型转子的管内流动阻力及转子旋转特性的实验结果表明:流速较低时新型转子即可旋转,转子转速与来流速度近似呈线性关系;转子叶片螺旋角对流动阻力及转速影响较大,正反旋向转子相间放置既可解决转子同向布置时沿流体流动方向转子转速逐渐减小的问题,又可使流阻进一步降低。通过合理选择转子结构参数,可使流动阻力比光管的仅增加2.5倍左右,远低于内插原有转子时的阻力增加。     

三维纤维过滤介质压力损失数值模拟

目前纤维过滤介质压力损失的研究大多基于纤维的二维规则排列及低速过滤状态,这与实际过滤介质构造及过滤运行状态存在一定的差异.基于VBA编程,创建三维随机排列纤维过滤介质模型,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟计算其内部流场,研究低速及高速过滤状态下压力损失与速度的关系,研究结果表明:模型内部的流体流动呈现线性流区和非线性流区两种流动区域,且两种流动区域的雷诺数临界值为0.33;当流体平均速度大于0.3 m/s对,压力损失与流体平均速度不再是简单的线性关系.通过对模拟数据的分析,提出了适合于线性流区及非线性流区的压力损失-流体平均速度关系表达式.     

混流泵启动过程瞬态流场的涡动力学分析

为了深入分析混流泵启动过程的瞬态流动结构,研究启动过程叶轮内部能量分布特性及其对瞬态性能的影响,基于正则化螺旋度法提取瞬态流场涡核,对启动过程进口段、叶轮和导叶段内部流动进行涡结构分析,并运用过流断面诊断法对混流泵启动过程内部流动进行诊断。研究结果表明:进口观测截面流场的涡核结构受叶轮叶片数的影响较大,涡核总体呈现从分散到集中的演化过程;随着转速增加,叶轮内涡结构正向和反向涡交替变化,并在转速稳定后流动逐渐趋于稳定;导叶内的涡结构在启动初期呈非对称性分布,当转速稳定后,涡结构区域逐渐减少并呈现规律性分布,流体流动趋于稳定。在混流泵启动过程中,随着叶轮旋转加速,总压流随之迅速增大,叶轮对流体做功,流体获得的能量迅速增加;由于流体惯性,加速末期流体获得了大于稳态转速下的能量,这种瞬态效应的外部体现就是在加速末期泵装置获得了瞬时冲击扬程。     

基于OpenFOAM的旋转弯曲通道内流动的数值模拟

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象.二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响.应用开源CFD软件OpenFOAM对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟.研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律.结果表明:与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向.     

轴向变截面环空幂律流体内边界力的研究

在石油钻采工程中,井筒内流体多为非牛顿流体,在旋转杆管柱作用下做偏心环空螺旋流,而且偏心度沿杆管柱轴线呈任意变化.针对这一流体特性,建立了轴向变截面偏心环空幂律流体三维有限元模型,采用基于有限元的有限体积法,研究了流场分布规律及偏心度和转速对界面力的影响.计算结果表明:宽间隙侧最大轴向速度不变,旋转速度降低,窄间隙侧最大轴向速度降低,旋转速度增强.随着转速或偏心度的增加,流体对杆管柱作用的横向力和弯矩均增大,为进一步揭示和防治杆管偏磨提供了理论依据.     

薄膜蒸发器内流体流动模拟

建立了旋转薄膜蒸发器的计算模型，采用大型CFD软件CFX4．4模拟了旋转薄膜蒸发器内流体的流动过程，得出了蒸发器内薄膜和圈形波内流体的速度分布，探讨了5个参数对旋转薄膜蒸发器内流体流动的影响。研究结果表明，刮板转速和倾角对蒸发器内流动状态的影响最为显著，增大刮板转速和倾角可以明显促进液膜和涡旋的物质交换，提高传热效率。     

旋转床内流体微观流动PIV研究

采用粒子图像成像技术（PIV）测定了旋转床空腔区内液滴尺寸和液体的流动速度,研究了填料厚度和转速对空腔区内液滴平均直径的影响,得到的液滴平均直径范围为0.15~0.9 mm。利用粒子图像成像技术观测了空腔区内流体流动情况,验证了旋转床内径处存在流动端效应区。对测量得到的速度进行了关联,得到了旋转床空腔区内液滴速度的关联式。最后通过引入切向相对速度差σ,得到了设计中所需最小填料径向厚度为10cm。     

内置偏心螺旋扭带的管内层流流动特性

采用数值模拟方法,对层流状态下内置偏心螺旋扭带的管内流动特性进行了研究。结果表明:螺旋扭带的偏心放置改变了管内流场的对称结构,轴向速度极值出现在扭带与管壁最大环空间隙中间,径向速度和周向速度极值出现在扭带圆周范围内的扭带两侧;轴向和径向速度极值随着扭带偏心率的增大而提高,而周向速度极值随着扭带偏心率的增大而减小;流体在偏心螺旋扭带作用下会形成一个围绕其轴线同向旋转的强制涡,当螺旋扭带靠近管壁时,该强制涡又会带动其外围流体旋转流动,形成一个与强制涡旋向相反的诱导涡;管内压力降随扭带偏心率及扭率的增大而减小,随扭带宽度及雷诺数的增大而增大;螺旋扭带的偏心放置促进了流体的径向流动,降低了流动阻力,有利于边界层内流体的扰动和更新。     

离心压气机无叶扩压器内部流动的实验测量和数值分析

对离心压气机无叶扩压器内部的流动进行地测量,实验在6种不同转速下进行,获得了径向速度、周向速度和静压恢复系数的分布规律,用SIMPLEC算法结合k-ε湍流模型对该无叶扩压器内部流动进行了数值模拟,计算结果与实验值基本吻合,结果表明：气流速度沿扩奢器宽度方向的分布是盘侧高一增侧,速度分布逐渐达到均匀,当提高转速时,气流速度沿扩压器宽度方向的变化较小,压力恢复系数在无叶扩压器前段增长较快,在后段增长缓和。     

前掠角对车用轴流式冷却风扇性能的影响

建立了某车用冷却风扇不同前掠角参数化模型,并基于计算流体力学的方法对其流动进行了仿真,研究了不同风扇转速下,前掠角对冷却风扇流动、风量以及阻力矩的影响.在压力分布方面,研究结果表明:随着冷却风扇前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的平均压力不断升高,叶栅流道内,相邻叶片间升力面和吸力面间的压力梯度逐渐减小,同一叶片升力面同吸力面间的压差逐渐降低.在速度分布方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的流速逐渐减小,叶栅流道内,空气速度的增加逐渐减小.在风扇性能方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇风量逐渐减小,风扇阻力矩逐渐降低.     

数字低速涡轮流量变送器的研究

为克服常规的涡轮流量变送器工作寿命短，小流量时抗干扰能力差等缺点，进一步提高涡轮流量变送器的性能，采用内磁结构叶轮和不锈钢滑动轴承，用高灵敏干簧管或微型霍尔数字位置敏感元件检测叶轮的转速，研制成功了数字低速涡轮流量变送器。这种变送器的输出信号为矩形脉冲，其幅度与叶轮的转速无关，无需信号放大器和设置信号计数触发阈，抗干扰能力极强；叶轮在低速下转动，转动摩擦损失小，极大提高了使用寿命，扩大了线性范围。对于Ｄｇ５０数字低速涡轮流量变送器，流量的下限约低于同口径的常规涡轮流量变送器的３０％。这种涡轮流量变送器尤为适用于要求工作寿命长和噪声干扰大的场合。     

高压浓相粉煤气力输送

在高达700kg/m3的高压气力输送试验台上,用氮气进行煤粉高压浓相粉煤气力输送试验研究.分别在不同的总输送差压、煤粉含水率、风量和压力等条件下进行了输送试验,考察操作参数对煤粉质量流量、固气比和单位管道长度的压损等气力输送特征参数的影响.结果表明:随着总差压和流化风流量的增加,煤粉的质量流量增大;当流化风流量较小时,煤粉质量流量受流化风的影响较大,随着流化风流量增大,流化风对煤粉质量流量的影响变缓.固气比随着注入速度的增大先增大后减小,随着总差压的增加而增大;其他输送参数相同的条件下,输送压力越高,煤粉的质量流量和固气比就越大;随着含水率的增加,煤粉的质量流量逐渐减小;在输送相图中,相同煤粉湿度下,输送压损随表观速度的增加先减小后略有升高;相同表观速度下,煤粉含水率越低,压力损失越大.     

高速转轴微细间隙气体泄漏的实验研究

高速微转轴的周隙中不但存在气体泄漏，而且受轴向压差与周向剪切作用，其流动形式非常复杂。为了考察由这部分泄漏带来的损失和气体在微间隙内流动规律，设计并搭建了一套实验测试装置，作出了冷热气体泄漏量与转速、轴向压差的关系曲线。分析研究了温度、入口惯性效应等因素对漏气量的影响。结果表明：当转速和缝隙高度一定时，漏气量随轴向压差增加而增加，而且与轴向压差成正比例关系；当轴向压差和缝隙高度一定时，漏气量随转速（涡轮牙钻气源压力）增加而减少，开始段减少明显，但当转速增加到某个值后，漏气量几乎不变。     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.     

二维弹性锥形血管模型的有限元分析及数值模拟

通过运用任意拉格朗日一欧拉方法（ALE方法）,能够对二维下的弹性条件下的锥形血管中的速度场和压力场进行分析．假设血管的锥度角为小锥度角,来获得血液在血管内流动的速度、压力分布,并与无锥度角的血管和刚性条件下的血管内的血液流动情况作比较．结论：血液在血管内的流动的速度分布和压力分布与血管的弹性性质无关,但和锥度角的大小有关系．锥度角越大,那么压力变化的幅值就越大,径向速度变化越显著,却又不会影响径向速度分布的最大值位置．     

轴颈转速对滑动轴承油膜特性的影响

基于Navier-Stokes方程组对某型车用汽油机曲轴主轴承油膜特性进行了三维数值模拟,获得了不同轴颈转速下,润滑油油膜压力和组分的分布规律,揭示了曲轴转速对滑动轴承油膜特性的影响。数值模拟结果表明,随着轴颈转速的增加,滑动轴承油膜承载区的作用范围以及油膜最大压力的位置几乎不变;在油膜承载区的相同周向位置处,油膜压力随轴颈转速的增加不仅呈线性增大,而且其在最大压力位置处随轴颈转速增加,增长速度最快。此外,随着轴颈转速的升高,油膜破碎区域内充满空气区域的面积逐渐减小,润滑油入口附近油膜破碎区的面积逐渐增加。     

基于等截面摩擦管流和自由流阻力的气力输运计算模型

冰雹连续抛射装置中使用压缩空气输运冰雹颗粒,为研究冰雹抛射运动规律,通过建立对应的气力输运计算模型,研究了冰雹抛射速度规律,分析计算结果指导冰雹抛射装置设计。将压缩空气在系统中的流动简化为流体网络。针对等截面摩擦管流,其抛射压力一定即边界条件一定,应用Runge-Kutta法求解该初值问题,获取抛射管沿程的总压、静压等参数分布。使用颗粒自由流阻力模型对颗粒在抛射管内的受力进行分析,从而得到其运动过程及最终抛射速度。对影响抛射速度的关键因素进行分析,结果表明：随着抛射气源压力的增大,空气流量和抛射速度逐渐增大,抛射速度增长逐渐缓慢;随着抛射管长度的增大,空气流量逐渐减小,抛射速度先增大后保持不变;随着抛射管内径增大,空气流量指数型增长,抛射速度也在增大,但增长趋势逐渐缓慢。可见抛射管管径不宜太大,管长不宜太长,计算结果对试验装置设计具有指导意义。     

二维动脉瘤的血液动力学分析及数值模拟

本文运用ALE方法对不同形状的二维动脉瘤及其载瘤动脉内的血流情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了比较分析.结果表明,同一动脉瘤及其载瘤动脉内不同时刻的速度场和压力场分布情况非常相似,速度和压力的最大值与最小值也分别在相同的区域达到.不同的AR值的动脉瘤内都形成了一个环流区,环流中心的半径随着AR值得增大而增大,而动脉瘤入口右侧的速度随着AR值的增加而减小,压力随着AR值得减小而升高.