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.     

汽轮机进汽缸内复杂流场的三维数值分析

为弄清汽轮机进汽缸内的流动细节,找到导致调节汽阀运行不稳定的原因,采用SIMPLEC算法对某型汽轮机进汽缸内调节汽阀在工作开度下的流场进行了三维可压缩黏性数值分析.研究结果表明,调节汽阀左右两侧开度的较大差异导致的流场不对称,主控通流能力、流动特性和稳定性的喉口部位流场的剧烈变化,阀碟底部产生的空穴区等是造成调节汽阀振动的主要原因.     

管阀内油水环状流稳定性的流固耦合分析

为了研究管阀与两相流相互作用下的油水环状流稳定性,结合流固耦合模型和VOF模型,进行管阀与油水环状流的双向流固耦合分析,对管壁变形及剪切应力、油相体积分布、速度场进行数值模拟分析。结果表明,管壁变形与壁面剪切力作用的大小与面积随球阀开度变化而变化,管壁变形对油水环状流产生影响。在较小的球阀开度下,流固耦合对阀下游油水两相分布、漩涡强度有明显影响,容易使油水环状流失稳。而在大开度下,流固耦合对环状流无明显影响。在实际开闭阀门操作中应快速反应,减少阀门在小开度过程中的反应时间。     

不同开度下水阀的数值分析

为了解水阀内部流动状况,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对所选水阀在不同开度下进行数值模拟,得到阀内的压力、速度和湍流耗散率.模拟结果表明,在进口压力为0. 09 MPa的仿真工况下,开度为20%时,阀内出水段相较其他开度压力值较小且稳定;随着开度的增大,阀内喉部处的压力梯度增大,出水段X方向压力波动增大.阀内速度最大处为喉部区域,此时,低速区域范围最大,随着水阀开度的增加,喉部周围区域速度增加,流场中低速区范围减小.流线结果显示阀芯处漩涡一直存在,与水阀开度大小无关,而出水段靠近喉部的顶端处漩涡的存在与水阀开度有关,开度增大时,其漩涡的范围是增大的,且由流线图可得流场内流束的集中区域为水阀内出水段顶部;出水段流场湍流耗散率的相关数据表明,随着水阀开度的增加,流场中湍流耗散率也是增加的.本数值结果为优化阀内流道结构提供了参考数据.     

环状流在球阀开启过程的变化状况研究

环状流在阀门中流动结构变化研究对石油水环运输稳定性具有重要意义.采用VOF模型与CSF模型进行油水环状流在球阀内的流动模拟,并进行了实验验证,模拟结果与实验结果一致.比较不同阀门开度对后续管道中环状流油水体积分数的影响,结果表明,球阀的开度越小,阀后管道内油相容易被高速水流切割成小颗粒,不利于后续石油运输.进一步比较了油水环状流与石油单相流通过阀门的压力损失,得到油水环状流输送石油的效率提升效果.     

不同物性的流体在球阀内流动结构研究

流体的物性参数对其在阀门内流动产生较大的影响.利用数值模拟方法分析不同物性的流体流经不同开度球阀时流动结构的变化情况,探讨流体的物性参数对其通过阀门时流动结构的影响规律.结果表明,不同物性参数的流体均表现出相似的流动结构变化趋势,进一步对比了不同开度下各流体在球阀后产生流动结构(射流与涡旋)的变化,其黏度越高,阀后流动结构的变化越迟缓,速度突变也越小.     

矩形多阀板式气流控制阀的流量特性分析

本文以ANSYS Workbench为分析平台,采用其专业流体分析软件CFX模块对多板阀的流场进行数值模拟计算,获得阀门在不同开度下流道内详细的三维流场参数分布。通过对模拟试验结果的分析,得到阀门的流动特性,如流量系数、流阻系数。     

离心泵内部流场的三维空化湍流的数值计算

采用Singhal等人发展的一种三维混合流体完整空化湍流模型,基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵内部的全流道三维空化流动进行定常和非定常数值模拟.根据空化流动模拟计算的结果,得到定常和非定常情况下空化余量和扬程的曲线,与实验结果进行对比,说明计算结果能够真实反映离心泵内部空化流动的性能.进而有效地预测叶轮内部流道空化发生的部位和空化流动的发展情况,分析空化余量的降低对离心泵空化性能的影响.研究结果表明,所采用的空化模型和数值计算方法能够用于离心泵在设计工况下的空化性能的计算.     

基于CFD的数字V型球阀特性研究

以数字v型球阀为研究对象,建立了阀门内流场几何模型与网格模型,运用CFD相关理论与软件,仿真分析了阀门内部的三维流场,得到了v型球阀恒压差、不同开度下的体积流量与相对流量等数据．研究了数字v型球阀相对体积流量与相对开度的关系、步进电机数字脉冲信号与阀门开度的关系及步进电机数字脉冲信号与阀门相对开度的关系．建立了数字v型球阀的理想流量特性曲线、位移曲线与静态特性曲线．     

离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析

运用完整空化模型和混合流体两相流模型,对比转数为130的离心泵流道内部的空化流动进行了定常及非定常的数值模拟.预测了叶轮流道内空化发生部位和发展程度,对蜗壳隔舌附近处流场的压力场进行了监测,得到了压力脉动的变化规律.结果表明:空化初生位于叶片背面进口边附近处,随着进口压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大,当空化严重时,叶片工作面上会有空泡聚集;在叶轮的1个旋转周期中,单个叶片表面上的空化发展程度随叶轮与蜗壳相对位置的改变而发生规律性的变化;压力脉动频率存在明显离散特性,叶片通过频率下的脉动幅值较大;随着空化程度的发展,空化流动诱导泵流道内压力脉动幅值不断增加,并且两者存在相互对应关系.     

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.     

叶片开槽对轴流泵空化性能的影响

为探究开槽叶片对轴流泵空化性能的影响,以350ZQ-70-H型潜水轴流泵为研究对象,对其不同空化余量下的流场进行定常和非定常数值模拟,对比分析原模型与改进后模型的速度矢量分布、压力分布、内部空泡体积分数及空泡体积变化等.结果表明:开槽叶片可以改善轴流泵的效率和扬程,提升轴流泵性能;开槽叶片增大了叶片进口处流动面积,降低了叶片进口处流速,使得轴流泵叶轮内压力的分布得到改善,从而对空化产生抑制作用;在空化的各个阶段里,开槽模型的空泡体积分数分布均有所降低,其中空化初始阶段最为明显,相比原模型下降了30.4%,有效抑制了空化的发展,空化性能明显提升.     

基于DDPM的螺旋离心泵磨蚀特性分析

应用雷诺涡黏模型、DDPM(density discrete phase model,稠密离散相模型)及颗粒直径Rosin-Rammler分布方法,以黄河含沙水为介质,对一台100LN-7型螺旋离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟,并与基于Mixture混合多项流模型的泵内两相流动数值模拟结果进行对比分析,得到不同粒径和固相体积分数对应的泵过流部件的磨蚀规律及磨蚀强度.结果表明:颗粒混合状态不同会形成不同的粒径分布,混合粒径中平均粒径增大导致叶片进口边及工作面轮缘线附近磨蚀强度增大,平均粒径为1mm时整台泵过流部件磨蚀率达到最大值,平均粒径继续增大磨蚀率反而降低;固相体积分数的增大使整台泵过流部件的磨蚀强度显著提高,叶片背面较其他部位磨蚀强度大;Mixture模型下固相体积分数较高部位与稠密离散相模型下颗粒磨蚀部位相对应,局部区域存在较高体积分数的固相颗粒增加了过流部件表面发生磨蚀的几率,但DDPM模型数值模拟表明只有部分颗粒参与局部区域的塑性磨蚀.     

空化流动下液压锥阀所受推力的数值计算

为寻求一种较准确的方法来计算油空化流动下液压锥阀所受的推力,通过对Fluent软件中壁面函数、空化流动模型及模型参数的分析、选择和调整,经数值计算并与实验数据的对比结果表明:采用可缩比例壁面函数和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,在空泡半径为1μm,蒸发和凝结校正系数分别为0.4和0.000 1时,空化流动下锥阀所受推力的数值计算结果与实验结果吻合良好.并用所述模型研究了锥阀锥角及阀座倒角长度对锥阀阀口空化的影响.结果表明:阀芯锥角越小,阀座倒角长度越小,阀口空化强度越弱.     

超(超)临界多级套筒调节阀空化抑制模拟研究

针对超(超)临界火电机组疏水系统中存在的套筒式多级降压调节阀高温水高压降空化引起汽蚀破坏的问题,基于汽液传递理论与多级降压理论,引入Z-G-B空化模型与混合两相流模型,建立阀内流场高温水空化计算模型.研究了套筒层数与级间间隙对空化流动的影响,获得了不同套筒模型条件下的阀内流场压力、速度及汽液两相体积分布等流场信息.分析结果表明:多级套筒使阀内最低压力由1.5 MPa上升至4.0MPa,空化最大气体体积分数由0.99降低至0.18.增加套筒级数可有效实现逐级降压、限制流速的目的,还可抑制空化的发生及发展,同时增加级间间隙也有利于减轻空化.     

对一种栅栏减压装置的试验和数值模拟分析

研究的对象是一开度可调节的栅栏减压装置,采用试验观测和数值模拟两种方法相结合,对此减压装置在各种工况下的流场情况和减压效率进行探究与分析,以进一步了解此减压装置的作用及机理.通过改变管道内流体流速和减压装置的开度,测量计算和数值模拟减压效率,获得不同工况下的压力场和速度场分布规律.在管道中流速不变情况下,随着减压装置开度从0°变化到30°,减压装置的出口面平均压强呈现先减小后增大的趋势;而对于开度位置维持在30°的情况时,随着管道内流速的增大,减压效率反而降低.     

基于滤波器湍流模型的水翼空化数值模拟

采用界面捕获法,在均相流模型假设下,引入滤波函数修正了RNG k-ε湍流模型,基于正压流体假设的状态方程空化模型.采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟了二维NACA66(Mod)翼型的定常、非定常空化流动.计算得到的翼型表面压力分布与试验结果基本一致,较好地模拟了非定常空化云的初生、发展、断裂和脱落的周期性过程,非定常流动的斯特劳哈数与试验结果相吻合.给出了2个时刻的翼型表面速度矢量场,分析了空泡内部流动结构,结果发现翼型空泡尾部的反向射流是引起翼型表面局部压力升高,进而导致空泡发生断裂及空化云脱落的重要原因.     

某新型蒸汽脉冲式声频清灰装置的流场分析

为深入研究某新型蒸汽脉冲式声频清灰装置内的流动情况,建立了清灰器三维流道几何模型,并按照几何模型的复杂程度采用分区域法划分网格。通过Fluent软件对清灰装置内流道进行数值模拟计算,分析不同开度下装置内流体流动特性以及开度与速度对流道压损的影响作用。研究结果表明:流道内压降主要用来克服狭缝区因节流造成的压损,随着开度由20%增大至100%,狭缝区压力分布变化最剧烈的部位由上、下狭缝交接处逐渐上移至环形腔体与上狭缝交汇处;环形腔流道内流体由两侧对称流动,并且由两个狭长的旋涡逐渐变成绝大多数流体逆时针流动、少部分顺时针流动,旋涡数量变为一个且规模变小;流体总压降随狭缝开度增大而减小,且减小幅度随开度的增加逐渐降低,同一开度下,入口流动速度对流场总压降影响较小。结合中、大开度下清灰装置压降较小、流动稳定性较好这一情况,建议装置多在中、大开度下运行,以改善其稳定性并减少能量损耗。     

基于CFD的水轮机导叶空蚀研究

针对水轮机导叶的磨蚀破坏问题设计了模型试验,应用流体动力学控制方程和标准的k-ε湍流模型方程对不同导叶开度工况进行了数值模拟,结果表明模型试验导叶开度在15°到20°时可能发生空化,且主要空化区域为导叶侧面中部,以此区域作为空蚀防护的主要检测区域;在0°-20°范围内随着导叶开度的增大,空化空蚀越严重。计算结果与试验十分吻合。     

基于动网格的液压阀阀芯启闭中的液动力分析

为了深入研究液压阀阀芯启闭过程中阀芯上的压强分布和液动力,采用动网格技术,数值模拟了液压球阀阀芯开启与闭合过程中的非定常流场.将阀芯作为运动实体,阀芯的运动由其所受的流体力、弹簧力及自身重力确定,随着阀芯的运动,相应流场计算区域的边界也随着发生变化,获得了球阀启闭过程中不同瞬时阀腔内的压力场.在此基础上,分析了液压阀在...