正向除渣器内部纤维浆料流场的数值模拟

基于FLUENT软件,采用雷诺应力模型(RSM)对正向除渣器中3%的纸浆悬浮液流场进行数值模拟,同时采用相间耦合的离散相模型计算浆渣颗粒的运动轨迹和分离效率。结果表明:正向除渣器内部流场具有小幅度的不对称性;从除渣器壁面到中心轴处的总压最大压降在4 500 Pa左右。根据不同截面上轴向速度的分布特征可以发现,正向除渣器内部纤维浆料流场主要由中心区域的内旋流和外围的外旋流所组成;粒径在0.02 mm时的重杂质和轻杂质的分离效率都维持在50%左右,粒径大于0.2 mm时的重杂质分离效率随着粒径的增大而提高,而轻杂质分离效率随粒径的增大而降低;在粒径接近1 mm时,相对密度大于或等于石子的浆渣颗粒的分离效率已达到100%。     

长输管道输油鲁尔泵内部流场特性研究

为了探究输油鲁尔泵的叶轮—导流器动静干涉特征，保证其稳定运行，采用基于SST 湍流模型对鲁尔泵内部非定常流场进行数值分析，在不同流量工况下探讨了鲁尔泵内的压力分布规律和各过流部件的内部流场特性。研究结果表明：流体静压呈现从叶轮中心随叶片方向不断增大的趋势，在叶轮出口达到最大值。导流器中静压分布较为均匀，在叶片根部存在低压区，对此处的焊接结构造成了不利影响。需对导流器结构优化从而延长部件寿命。流体绝对速度从叶轮中心随流道不断提升，在叶轮出口达到最大值。在低流量工况时，叶轮中速度梯度过大，并且导流器中出现了大量湍流区域，造成了十分严重的冲击损失与水力损失，在实际工作中，工作流量的设置不应过度偏移额定流量。     

正向除渣器中纤维流动性与收集效率的模拟分析

为了更好地评估和优化正向除渣器的结构性能,了解纤维在其内部纸浆悬浮液流场中的运动特征和收集效率。基于纤维的吸水膨胀性,结合球形纤维粒子的概念,笔者利用FLUENT软件对正向除渣器内部纸浆悬浮液流场进行了数值模拟。结果表明:模拟实验所取的两种纤维中,从正向除渣器良浆出口流出的湿纤维a的颗粒轨迹数要高于湿纤维b的颗粒轨迹数,同时计算得到湿纤维a和湿纤维b的收集效率分别约为58%和55%; 纤维的收集效率随着纤维颗粒的密度、直径和长度的增大而降低,其中纤维收集效率对纤维长度的敏感度较小,当纤维长度从1 mm增大到5 mm时,两种湿纤维收集效率的最大差值约为6%; 而纤维收集效率对纤维直径的敏感度相对较大,当纤维的直径在10～70 μm之间时,两种湿纤维的收集效率最大差值约为40%。     

压力筛内部纸浆悬浮液流场的数值模拟

为了克服废纸浆压力筛筛浆过程中孔、缝堵塞问题,在分析测试废纸浆在不同浓度下黏度的等流体特性的基础上,通过Unigraphics NX(UG)软件对压力筛内部流场建立模型,运用计算流体动力学软件(ICEM CFD)和FLUENT软件对压力筛内部纸浆悬浮液流场进行数值模拟,得到了压力筛内部筛浆区流场的压力、湍流强度和流速的分布。结果表明:对于常用典型代表性的浆料和结构特征以及运行参数的压力筛,波纹筛板湍流强度最高为306%,而筛孔内湍流强度最高为128%;筛孔进口处最大流速为8.16 m/s,出口处最大流速为3.5 m/s,平均流速约为1.2 m/s;筛框处旋翼头部静压力最大约为1.8×105Pa,旋翼尾部静压力最小约为6.92×104Pa。     

内旋流筛孔柱状气液计量分离器实验研究

设计了一种内旋流筛孔柱状气液计量分离器,并通过实验研究入口流型与气、液折算速度对内旋流筛孔柱状气液计量分离器计量效果的影响。结果表明,气相质量流量在0~0.05 kg/s,液相质量流量在0~0.60 kg/s范围内,气相与液相分离效率不受流型或气、液折算速度的影响,分离器能够适应不同流型的分离要求。在分离器处理能力内,气相分离相对误差为2.5%,液相分离误差为3.0%。内旋流筛孔柱状气液计量分离器有较好的分离计量效果,为气液混合流量计量提供良好参考。     

孔板式锥形布浆器孔口均一性布浆的结构优化

孔板布浆器广泛用于中高速纸机流浆箱,为使其布浆流动更高效均一,需将分布元件内的涡流效应进行最小化设计。利用UG建立局部流场模型并利用CFD进行模型网格划分,然后导入FLUENT软件进行流体分析; 比较了台座式和无台座式两种孔板孔结构下的流体特征,获得流场的压力、湍流动能以及速度的分布云图等数据图。结果表明:在选取布浆口流速3 m/s、孔口直径14 mm、相邻孔间距40 mm条件下,台座式以及单孔入口处的有倒圆角的孔板孔口涡流效应明显减弱,而浆流动效率相对提高,且随着倒圆角半径增大,这种作用更加明显; 对于多孔板而言,当倒角半径增至1.5 mm时,相邻孔之间的影响较小,纸浆流体形态最好,浆料分布最均匀,较结构改进前的流动效率提高了125.78%。     

2种形式的液力透平叶轮外特性

为了提高液力透平的效率,设计前弯和后弯2种形式的叶轮,通过理论分析、数值计算以及实验研究的方法对其进行分析。应用流场分析软件ANSYS CFX分别对具有2种形式叶轮的液力透平进行全流场数值计算与分析,得到2种液力透平外特性曲线的差别,并分析2种液力透平叶轮内部流场流动规律。研究结果表明:前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高24.45%,29.80%,68.95%和4.38%;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率(η-Q)曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程(H-Q)曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大;前弯形叶片叶轮内部速度梯度小于后弯形叶片叶轮的内部速度梯度,前弯形叶片叶轮内部水力损失较少;实验结果与数值预测结果相吻合,验证了数值计算可以用来对液力透平进行优化设计。     

催化裂化沉降器旋流快分器内气体停留时间分布的数值模拟研究

采用CFX软件和RSM模型对催化裂化沉降器旋流快分器内的三维流场进行了数值模拟,并且用标量输运方程研究了气体在旋流快分器内停留时间的分布规律.结果表明,旋流快分器内气体的停留时间随着旋流头喷出速度的增大而减小,随着封闭罩内环形空间面积与旋流头喷出口面积之比(S)的增大而减小,且当S等于10时,旋流快分器内气体的停留时间小于5 s;加入汽提气有利于气体的快速引出;带内插简状物的新型旋流快分器内气体的停留时间大于目前所用的旋流快分器内气体的停留时间.     

催化裂化沉降器旋流快分器内气体停留时间分布的数值模拟研究

采用CFX软件和RSM模型对催化裂化沉降器旋流快分器内的三维流场进行了数值模拟。并且用标量输运方程研究了气体在旋流快分器内停留时间的分布规律。结果表明，旋流快分器内气体的停留时间随着旋流头喷出速度的增大而减小，随着封闭罩内环形空间面积与旋流头喷出口面积之比（S）的增大而减小，且当S等于10时，旋流快分器内气体的停留时间小于5s；加入汽提气有利于气体的快速引出；带内插筒状物的新型旋流快分器内气体的停留时间大于目前所用的旋流快分器内气体的停留时间。     

低NOx旋流煤粉燃烧器气固两相流模拟

为提高旋流煤粉燃烧器稳燃与燃尽性能,降低NO_x排放。通过数值模拟方法研究了在中心风速4～9 m/s,内二次风速5～16 m/s,外二次风速8～20 m/s,外二次风叶片角度30°～75°时,DBC-OPCC型低NO_x旋流燃烧器射流的气固两相流流动特性。结果表明:两侧回流区随着内二次风速增加而向中心靠拢,其长度随着中心风速的增加而缩短。内、外二次风在一定程度上影响一次风的刚度以及回流区的范围和方向。外二次风叶片开度,与相邻两叶片之间中心区域的径向速度和出口流场轴向速度之间存在一定规律。     

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.     

基于正交设计法的潜水泵空间导叶水力优化

运用正交设计法,对井用潜水泵空间导叶进行优化设计,选取潜水泵空间导叶的进口宽度、导叶叶片轴向长度及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离,以扬程、效率及轴功率作为评价指标,基于正交设计法设计了9组方案.通过数值计算及极差分析结果表明:导叶叶片轴向长度对潜水泵扬程和轴功率影响显著,导叶进口宽度对潜水泵效率变化较为敏感,保证一定的导叶叶片与导叶场域出口距离能改善潜水泵性能.基于多目标优化设计,可以确定本次研究的最佳方案组合为空间导叶进口宽度25 mm、导叶叶片轴向长度101 mm及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离20 mm.通过分析前三级叶轮效率、导叶出口静压及流线分布图看出,优异的空间导叶设计使导叶内部流体状态较好,保证叶轮效率维持较高水平,同时泵内流体保持较好的流动稳定性.     

基于CFX的双向立式轴流泵装置水力性能分析

为分析双向立式轴流泵装置的内部流动结构并进行性能预测,应用三维紊流Navier-Stokes、RNG k-ε湍流模型和壁面定律对泵装置进行全流场数值模拟研究,共计算了额定转速下240—460L/s流量范围内的9个工况点.分析了导水锥对进水流道水力性能的影响及导叶体对装置性能的影响,并通过泵装置模型试验对预测的外特性结果进行验证.研究表明,加设导水锥可消除喇叭口下的奇点,避免附底涡的产生,加设导水锥后进水流道出口断面轴向速度分布均匀度提高0.5—0.8个百分点,速度加权平均角提高了0.3°—1.28°.导水锥对自流工况的影响很小.大流量工况时扩散导叶对叶轮出口环量的回收效果优于常规导叶,泵装置效率明显提高.     

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.     

贯流泵装置出水流道进口区压力及速度场分析

为分析贯流泵装置出水流道进口区流场的非定常特性,在考虑水泵与流道的水力相互作用基础上,采用RNG k-ε湍流模型对贯流泵装置进行全流道的非定常数值计算。通过非定常求解预测的贯流泵装置能量性能数据与物理模型试验值进行对比,验证数值计算方法的可信度,分析出水流道进口区非定常压力及速度场的演变规律。结果表明:(a)贯流泵装置数值预测的扬程系数与模型试验结果的最大相对误差为3.15%,效率的最大相对误差为3.07%。(b)出水流道进口区轴面速度场的波谷数与导叶体的叶片数相同。(c)随着流量系数的减小,出水流道进口区的轴面速度场的波峰特征越趋明显,轴面速度的尾迹特征逐步增强。(d)水流经出水流道扩散,速度逐步减小而压力逐渐增大,出水流道进口区的脉动主频受叶轮旋转的影响很小,压力波动主要受导叶体进口流态和导叶体结构的双重影响。(e)不同工况时各监测点的主频及次主频均为低频脉动。     

基于分离涡模拟的核主泵水力性能非定常特性分析

为了研究核主泵在设计工况下水力性能的非定常变化特征,基于DDES湍流模型,对某型号核主泵进行全流场非定常数值计算,并结合Q准则捕捉的旋涡结构进行非定常特性分析.结果表明:在一个旋转周期内,受动静干涉作用,泵的瞬态外特性整体上具有不规律的周期性变化特征;叶轮与导叶流道内的旋涡结构会呈现出周期性分裂、融合的非定常现象,而压水室内旋涡结构则是发展与扩散的变化过程;导叶入口处不同时刻涡结构的变化会造成其不同程度的阻塞,从而引起出口压力的波动,造成泵的水力性能出现脉动效应,加剧泵的振动.     

两种导叶设计方法对液-液旋流器的流场影响的数值模拟

为了高效低阻地处理油水分离后产生的含油污水,采用两种不同方法(气动法和几何法)设计了液-液旋流器的导叶结构。并利用Fluent软件对两种结构的旋流器内流场进行模拟,着重分析了旋流器内速度场、压力场以及剪切强弱。结果表明气动法导叶的旋流器相较于几何法导叶的旋流器具有以下特点:切向速度和轴向上行速度峰值较大,导叶对流体的控制性好,无脱流现象产生;静压的径向压力梯度较大,但总压的轴向压降较低,即能耗较低;湍流强度较低,剪切应力峰值略高。因此气动法导叶的加速和控制流体转向能力较好,可以产生较大的离心力,同时产生的湍流场各向异性较弱,有利于降低液滴破碎的可能性,提高分离效率,具有较好的应用前景。     

深井离心泵的回归分析与数值模拟

选择了叶轮叶片出口安放角、叶片进口冲角、叶轮出口宽度及导叶进口宽度这4个几何因素,按中心组合试验方法,设计了30组方案．通过FLUENT软件,对冲压井泵的全流场进行数值模拟,获得了额定工况下30组方案的效率．采用四元二次回归方程拟合四因素与效率值之间的函数关系,通过求解回归方程以寻求最优几何参数组合．利用DesignExpert6．0．5软件对回归模型进行分析,得到二次回归响应面图．由图中发现：在给定的范围内,叶轮出口宽度对效率的影响最为显著,表现为等值线最密;导叶进口宽度与叶轮叶片出口安放角次之;叶轮叶片进口冲角对效率的影响最小,表现不显著．通过样机试制及试验,发现在设计工况下采用两级全流场的数值模拟值与试验值相当接近,误差在2％以内,验证了数值模计算的可行性．     

超大能力超细全尾砂长距离自流输送临界流速ELM预测

 为准确预测司家营铁矿超大能力超细全尾砂浆体长距离管道自流输送的临界流速,对比传统的BP 神经网络、支持向量机(SVM),建立了以管道直径、物料平均粒径、浆体体重和体积浓度为输入因子,临界流速为输出因子的极限学习机(ELM)预测新模型。研究结果表明,ELM 模型与SVM 模型的相对误差均控制在5%以内,远低于BP 神经网络模型的9.56%。由于隐层节点参数均随机选取且无需调节,使得ELM 算法在隐层节点数为110 和200 时,训练时间仅为0.02 s 和0.05 s,远少于同节点状态SVM 模型的0.04 s 和0.095 s,且隐含节点数越多,训练时间差距越大,运算效率越高。