矿用对旋式轴流通风机气动噪声及三维流场数值模拟与分析

以矿用对旋式轴流通风机为研究对象,应用计算流体力学软件FLUENT对通风机气动噪声及三维流场进行数值模拟与分析,研究矿用对旋式轴流通风机气动噪声产生机理及通风机内部三维流场的流动状况;在三维非定常流动条件下,采用大涡模拟湍流模型(LES)进行求解,选取二阶隐式时间推进法来提高计算精度,结果表明:受前后两级叶轮之间所形成的流道不均影响,在同一轴向截面上靠近叶轮壁面位置的噪声值小于叶轮流道中部位置的噪声值,而叶轮流道中部位置的噪声值又小于靠近轮毂壁面位置的噪声值.离通风机气动噪声源(前后两级叶轮)越近,受到的气流压力脉动的影响就越大,则该区域气流的振动也越大,其对应的噪声值就越高;反之,越远离噪声源的区域受到的气流压力脉动的影响就越小,使得该区域的气流的振动越小,其对应的噪声值越低.同时,高压旋转的气流在扩散器区域的分布不再均匀,靠近叶轮壁面及轮毂的动压较低,而通风机流道中部附近的动压较高.研究结果对矿用对旋式轴流通风机的优化设计具有一定的指导意义.     

对旋风机叶轮内部流场的压力脉动分析

采用大满模拟(LES)方法对一台对旋式轴流风机进行了三维全流场内非定常流动的数值模拟,在前后级叶轮流场的关键位置布置了若干监测点,在几个旋转周期内采集了各监测点处的压力数据,通过快速傅里叶变换方法将采集到的压力数据进行处理,得到各监测点的压力脉动频域图,通过频域图分析了监测点处压力脉动的频率、强度及形成原因.研究结果可为对旋风机气动噪声分析和风机的优化设计提供参考.     

三峡水轮机尾水管涡带的CFD数值模拟

采用非定常雷诺应力湍流模式对三峡水轮机尾水管内的流动进行了数值模拟．分析了涡带的运动规律及其产生的水压力脉动的频率特性与相位特性和计算结果产生误差的原因，给出了改进的措施．研究结果表明，采用非定常雷诺应力湍流模式可以预测到尾水管内水压力脉动的频率特性，与现场试验的结果符合．     

低比转速离心泵非定常空化流动特性

为了研究低比转速离心泵的空化流动特性,基于SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,在不同进口压力条件下对离心泵内部空化流动进行三维非定常数值模拟,研究了离心泵在发生空化时不同位置的压力脉动规律和空泡体积变化规律.结果表明:空化发生后叶轮压力脉动主频为叶频,流道进口处次频脉动幅值增长明显;空化时叶轮流道靠近叶轮出口处的压力脉动幅值增长率与叶轮流道进口处压力脉动幅值增长率相比增长更明显;空化时叶轮流道进口处的压力脉动与叶轮流道、出口及隔舌处压力脉动相比存在迟滞现象;空化过程中空泡体积的增长过程是非线性的.     

高速泵内三维非定常湍流激振计算

针对某一高速泵系统的诱导轮叶片在实际运行时出现裂纹断裂现象,利用三维Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对高速泵内多级动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了诱导轮内部流体压力脉动的主要特征。计算结果表明,诱导轮全流道内流体压力脉动的频率成分一致,在某一转速范围内出现与叶片固有频率接近的频率成分,它是造成诱导轮叶片出现裂纹的主要原因。说明利用滑移网格技术及RNG湍流模型,可以模拟三维非定常湍流的激振问题。     

渣浆泵叶轮中固液两相湍流的计算和实验

为了深入了解渣浆泵叶轮中固液两相流流态,利用连续湍动能ｋ方程、耗散率ε方程及湍流代数型Ａρ模型（ｋ－ε－Ａｐ湍流模型）及ＳＩＭＰＬＥＣ算法,计算了渣浆泵叶轮内部的固液两相湍流。计算了渣浆泵叶轮内固液两相流动的主要流动参数。比较了固液两相流动下的压力分布的计算结果与叶轮中压力分布的量测数据,以及叶轮中的流速分布的计算结果与ＰＩＶ技术的试验结果,证明了计算方法和程序的可靠性。研究结果表明：在稀释的固液两相流条件下,固相的存在对液相的流态影响很小,但会造成叶轮出口压力的降低。固相浓度越高,叶轮出口压力降低越多。     

对旋式轴流泵全流道三维定常紊流场的数值模拟

为研究对旋式轴流泵的内部流场特性及前后叶轮之间的流场干涉情况,应用标准k-ε紊流模型和SIMPLEC算法进行了定常三维紊流流场的数值模拟,得到了叶片吸力面与压力面、过渡干涉面、全流道下4个轴向位置的径向剖分面和3个径向位置轴向剖分的周向截面的压力分布及等值线图。应用数值模拟的结果能够获得前置叶轮、后置叶轮及整个泵各自的外特性,还可以帮助直观地认识对旋式轴流泵内部流动的耦合与干涉机理,指导水力模型设计。     

S形贯流泵装置水力模型非定常水动力特性分析

水力模型的非定常水动力特性对泵装置的安全运行稳定性具有重要影响,在考虑了水力模型与流道的水力相互作用基础上,采用雷诺时均Navier-Stokes控制方程和RNG k-ε湍流模型对多工况时S形贯流泵装置进行了全流道非定常数值模拟,分析了水力模型的非定常水动力特性.泵装置非定常数值预测结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.计算结果表明:随叶轮的旋转,叶轮轴向力的变幅小于径向力的变幅,在小流量工况时径向力变幅最大.不同工况时叶轮的非定常脉动轴向力受转频的影响程度大于非定常脉动径向力,轴向力和径向力的脉动主频均以低频为主.在叶轮的1个旋转物理周期内叶轮的径向力分量呈蝶形分布.随流量的增大,径向力的平均值也增大,绕Z轴方向的扭矩则逐渐减小.相比大流量和小流量工况时,叶轮叶片的脉动比值在高效工况时最小,表明偏离高效工况运行时,叶轮受周期性水动荷载的影响较大,应尽量避免泵装置在偏离高效工况区域运行.随流量的增大,导叶片的脉动比值也增大.     

畸变进气对对旋风机单级运行内流特性及性能的影响

为对压入式矿用对旋风机在畸变进气条件下单级运行方案的合理选择提供理论依据,采用SST k-ω湍流模型对风机前级和后级叶轮单独运行情况下的内部流场进行非定常数值模拟,分析了均匀和畸变两种进气条件下单级叶轮运行时的内流特性,对比了全压和全压效率等风机性能参数。结果表明：当前级叶轮单级运行时,畸变进气对流动的影响集中在前级叶轮上游区域,前级叶轮出口直至扩散器区域内流动扰动较小;后级叶轮单级运行时,畸变进气加剧了前级叶轮作为前导叶对后级叶轮区域内流动产生的不利影响,两级叶轮内熵损失较均匀进气条件显著增大,扩散器内的湍流程度加剧。与后级叶轮单级运行相比,前级叶轮单级运行受畸变进气影响而导致的流动损失较小,全压效率提高约11%。     

用K—ε模式理论确定湍流压力脉动的均方值

应用K－ε模式理论导出了一般剪切湍流中压力脉动的均方值与湍流动能K，湍流耗散ε及雷诺应力uiuj的关系，利用谱分析方法所确定的关系式中的街定系数，计算了湍流边层的压力脉动，并同已有数据进行了比较。分析了计算结果表明，该方法是可行的，从而为湍流压力脉动的预测提供了一种计算手段。     

抽油机电液伺服模拟系统伺服阀前压力脉动的分析

抽油机电液伺服模拟系统伺服阀前压力脉动的主要原因是油泵输出压力的脉动和伺服阀输出流量的变化．伺服阀前压力脉动和伺服阀输出流量的变化．伺服阀前压力脉动会影响抽油机悬点运动规律的模拟精度且冲次愈高影响愈严重．抑制和减弱伺服阀前压力脉动的途径是合理选用液压滤波器件，对有蓄能器滤波和无蓄能器滤波两种工作过程中的伺服阀前村力脉动进行了数字仿真，仿真结果与理论分析基本相符     

组合桨层间距对搅拌槽内流动特性的影响

采用粒子图像测速技术(PIV)对三层组合桨(HEDT+2WHU)搅拌槽(槽径0.476m)内的流动特性进行了研究,在搅拌转速、顶桨浸没深度和顶层桨高度不变的情况下,得到了中层桨位置的变化对搅拌槽内的流型、相位解析速度场和湍流动能的影响规律。结果表明,中层桨位置的改变对搅拌槽上部区域流体的流动特性影响显著,而对搅拌槽下部区域流体的流动特性产生影响较小;随中层桨位置降低,槽上部液面处反向回流区逐步缩小直至消失,中、顶层桨合并轴向流断裂,底桨上涡环作用范围不断压缩;对于相位解析速度场,较之中层桨尾涡几乎没有变化,顶桨尾涡的发展由极其微弱逐渐清晰,底桨尾涡则提前了10°相位出现;对于湍流动能分布,中、上层桨逐渐趋向于类似两层桨单独作用,底、中层桨间整体湍流动能增大。     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

气液两相机械搅拌釜中水翼-涡轮组合桨的功率消耗

研究了气液两相机械搅拌反应釜中水翼组合桨的组合方式，通气位置、搅拌方式及桨间距对通气功率下降的影响，给出了通气功率消耗关联式。当采用以水翼k5桨为下层桨、较高的通气位置及较大的桨间距为搅拌釜的几何结构时，其通气功率的下降较小。水翼桨的排出流方向、通气管出口位置及桨间距对气体循环及全釜气液流动产生协同作用，且这种协同作用会因搅拌转速的不同而对桨间距有不同的要求。     

水下爆炸的一些声学特性分析

为了验证水下爆炸所产生的声信号能否作为一种干扰源并用于鱼雷的水声干扰对抗,进行了高能炸药装药的水下爆炸试验及其测试.根据测试数据曲线分析了冲击波的传播和衰减、气泡脉动、持续时间、声压级以及功率谱.结果表明,水下爆炸作为一种强水声干扰源,可在反鱼雷干扰对抗中发挥重要作用.     

串列叶片式离心叶轮内流场的数值研究

对串列叶片式离心叶轮内部三维可压缩湍流及气动性能进行了数值模拟,重点研究了诱导轮及导出轮之间5种不同相对周向位置排列方式对串列式叶轮内部流场及气动性能的影响,并与传统单列叶片式离心叶轮进行了比较.研究表明：对于串列式叶轮,相对周向位置因子对气动性能及流场的影响较大;当串列式叶轮的后轮相对于前轮沿旋转方向交错排列时,叶轮的多变效率低于单列式叶轮,当相对周向位置因子为0.0-0.4时,压比高于单列式叶轮,压比最大提高为1.4%,且叶轮出口流动参数沿周向分布比较均匀,对降低叶轮-扩压器间非定常冲击损失及气动噪声有利;当串列式叶轮的后轮以反旋转方向排列时,叶轮的多变效率及压比均低于单列式叶轮,且叶轮内部及出口流动分布很不均匀.研究成果对串列式离心叶轮及离心压缩机的节能设计具有一定的参考价值.     

叶片式多相泵内部相态分离过程的研究

以韦伯数作为气泡稳定性的判断准则，从气泡稳定性的分析入手，研究分析了气泡在旋转叶轮间的运动规律，描述了叶轮间气泡的扩散流与分层流，并通过叶轮内气、液微元体的受力分析，研究了多相泵内部的相态分离过程及其影响因素．研究表明，周围流体对气泡有压力作用，这使气泡存在聚合的可能，而气泡的聚合必然导致相态分离的发生，叶轮内部相态分离过程的发生与其叶轮的旋转角速度和曲率半径有关．     

压差时量的提出及平面单向流变量的等价性

针对平面单向流主动变化量与被动变化量之间函数关系有待明确的问题,提出了压差时量的概念,开展了平面单向流变量之间函数关系研究,在研究中利用压差时量与累积注入量之间的函数关系,结合Buckley Leverett方程和Welge方程,推导了压差时量与出口端含水饱和度、含水率、累积采油量、采出程度之间的函数关系,获得了以下认识：平面单向流任意两个变量之间存在由参数方程所确定的函数关系,压差时量是参数方程的参数;平面单向流中的变量具有等价性。根据以上认识,以层间矛盾研究为例,利用压差时量概念和变量等价性研究了层间矛盾产生的机理。压差时量的概念和变量等价性的认识,明确了主动变量与被动变量之间的函数关系,建立了驱替过程中各变量之间的等价关系,该认识对相关理论问题和应用问题的研究起到一定促进作用。     

Application of Numerical Simulation of the Flow Field of Centrifugal Impellers for Fan Design

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.Ｔｈｅｙｃｏｎｓｕｍｅａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆｅｎｅｒｇｙａｎｄａｒｅｍａｊｏｒｎｏｉｓｅｓｏｕｒｃｅｓ.Ａｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｒｅｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ,ａｃｏｌｌｅｃｔｏｒ,ａｎｉｍｐｅｌｌｅｒ,ａｎｄａｖｏｌｕｔｅ;ｗｈｉｌｅａｎｉｍｐｅｌｌｅｒｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｆｒｏｎｔｐｌａｔｅ,ｃｕｒｖｅｄｂｌａｄｅｓ,ａｎｄａｒｅａｒｐｌａｔｅ,Ｆｉｇ1.Ｉｔｉ…     

Numerical Investigation of a High-speed Centrifugal Compressor Impeller

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓａｒｅｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｒａｔｉｏ．Ｔｈｅｉｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅａｄｖｅｒｓｅｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｅｘｉｔｆｌｏｗｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｉｎ…