螺旋列板立管受迫振动时的水动力学研究

为了减小立管受到的振动损伤,本文对无列板立管以及三螺旋对称分布列板立管的水动力参数进行了实验评估.自然环境中的波浪与来流被抽象为振荡流与均匀流叠加,实验工况分为静止流场和相对运动流场.同时,立管受迫振动方向分别为流场纵向、横向以及纵向45°夹角.结合Morison公式,由实验数据计算得到立管的附加质量系数C_m和托曳力系数C_d.实验结果表明,带螺旋列板立管的C_m与Keulegan-Carpenter(KC)数无关,C_m与受迫振动方向无关;C_d与流场速度和振动最大速度间的比率以及KC数的1/3次幂成反比关系.该发现与经典理论振荡流中平板结构Morison参数的形式相吻合,使经典理论在立管设计中获得新的验证与应用.在相同条件下,带螺旋列板立管的C_d值平均高出光滑立管273%.该发现表明在复杂工况下,螺旋列板能有效降低振动造成的影响.该结果可为海洋结构物的消振设计提供新的思路,在海洋工程领域具有较高的应用价值.     

折流板结构对管壳式换热器壳程流动与传热的影响

利用F luent软件,对弓形折流板换热器和连续螺旋折流板换热器壳程的流场、流动阻力和换热进行了数值模拟分析,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,弓形折流板换热器壳程存在明显的流动滞流区,螺旋折流板换热器中的流场分布则比较均匀.在相同的流量条件下,螺旋折流板换热器壳程的流动压降大约只有弓形折流板换热器的32%,换热能力则略低于弓形折流板换热器,但单位压降下的换热系数有很大的提高,大约是弓形折流板换热器的1.3倍.数值计算结果与实验值符合良好,说明采用的数学模型是合理的,较真实地反映了换热器的实际情况.     

微型直接甲醇燃料电池流场板内多相流动分析

针对微型直接甲醇燃料电池,运用多孔介质理论建立了微型直接甲醇燃料电池流场板内含电化学反应的、毛细力驱动下的微通道内多相流动的传输模型;计算并分析了流场板内微通道尺寸、功率密度等重要参数对毛细力驱动下微通道中多相流动的传输特性的影响,以及流场板内微通道尺寸对电池性能的影响.结果表明:微通道内液相饱和度随通道宽度和高度的增加而增大,随节距和电池功率密度的增加而减小;电池的功率密度随微通道高度和宽度的增加而增大,随节距和长度的增加而减小.     

三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数的关联式

对三分螺旋折流板换热器和对比方案弓形折流板换热器的传热和压降性能进行实验测试,其中,三分螺旋折流板换热器包括倾斜角分别为10,°15,°20°的扇形折流板,倾斜角为15°的椭圆折流板和倾斜角为20°的扇形搭接折流板5种方案.实验结果表明,20°倾斜角扇形折流板方案的壳侧换热系数最高且压降较低;折流板轴向搭接方案并不合理;当量螺旋角对换热器的性能起决定作用.根据实验数据拟合出含有倾斜角修正因子的三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数的关联式,所计算的10,°15°和20°扇形折流板方案的数值与实验值相比误差大多小于±10%.     

颗粒绕流问题中几何形体效应的数值模拟

运用计算流体力学(CFD)模拟方法,针对球体、正六棱柱、正四面体、圆柱体和环轮体等不同几何形体颗粒,在雷诺数为10～400条件下研究了颗粒绕流问题中的几何形体效应。基于模拟结果,考察了传统非球形颗粒几何表征方法的不足;据此定义一个新的表征形体效应的参数,并在大量模拟计算结果的基础上,关联出以上四种非球形颗粒曳力因数计算公式,改进后的曳力因数计算精度大大提高。     

改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法

针对螺旋锥齿轮传统加工参数反调过程中存在的多个加工参数之间的耦合作用难以控制、求解的反调量无实际意义等问题,提出了改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正计算方法。该方法考虑精确齿面几何形貌与齿面接触性能的协调优化,建立了螺旋锥齿轮形性协同制造的多目标反调优化(MOO)模型,计算了接触点位置处齿面误差对加工参数的敏感性系数;根据敏感性系数求得对齿面误差影响较大的加工参数的反调修正量;利用加工参数反调量,通过加载接触分析(LTCA)计算得到齿面加载接触性能评价项,减少了多个加工参数之间不必要的耦合作用对齿面接触性能的影响。计算结果表明:与不考虑敏感性系数的参数反调方法相比,该方法求解的齿面ease-off的最大值和最小值均至少减小2μm,且齿面接触性能评价项都满足给定的要求,进一步证明了该方法的可靠性与实用性。     

螺旋槽管强化传热研究及其在锅炉中的应用

论述了螺旋槽管管内外单相流体传热研究的试验结果,并将试验数据按流动参数、物性参数和几何参数采用无量纲准则数进行整理.给出了在雷诺数Rei=104～105范围内管内无量纲换热系数Nui的关联式,和在Re.=3×103～6×104及Re.=3.3×103～105范围内气流横掠螺旋槽管错列和顺列管束的管外无量纲换热系数Nu.的关联式,该关联式可以作为螺旋槽管换热器的设计依据.介绍了螺旋槽管作为空气预热器在电站煤粉锅炉中的广泛应用,给出了几个应用螺旋槽管空气预热器解决锅炉具体问题的实例,表明了螺旋槽管空气预热器的显著优越性.     

喷嘴距对水蒸汽喷射泵工作性能的影响分析

利用流体力学计算软件FLUENT对水蒸汽喷射泵的工作性能进行数值模拟,通过合理的模型假设与简化,对计算模型进行网格划分与求解,从而得到水蒸汽喷射泵的内部流体流动形态和引射系数。保持工作参数和其它几何参数不变,仅改变喷嘴距的大小,模拟计算出水蒸汽喷射泵在不同喷嘴距下的引射系数,根据引射系数和内部流场的变化情况,分析其影响规律,从而找出较好的喷嘴距取值范围。     

高炉料流轨迹的数学模型

针对目前高炉料流轨迹计算的不足,本模型考虑了颗粒在空区下落过程中受重力、浮力及煤气曳力的作用,计算了炉料颗粒在溜槽和空区下落等阶段的运动轨迹. 通过探讨不同炉料(焦炭、烧结矿、球团矿)在其粒径范围内的布料半径变化及煤气的曳力大小,分析了曳力对炉料落点的影响规律. 结果表明:精确计算料流轨迹必须考虑煤气曳力的影响,不同密度、粒径及形状系数的颗粒在料面上落点各不相同,炉顶煤气流分布将影响高炉炉料的径向分布.     

内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化

运用PHOENICS流体计算软件,建立了锥阀的物理结构和参数的计算几何模型.采用了结构化正交局部加密网格.应用了k-ε湍流计算模型,对内流式锥阀的内部流场进行了模拟仿真.提出了优化方案,并对其进行了CFD验证,研究了流量变化、开启度变化对锥阀流场特性的影响.研究结果对于分析锥阀的性能、进行流道的结构优化和实际工程应用都...     

飞艇蒙皮振动对流场特性的影响

通过求解二维雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型对飞艇二维绕流流场进行数值模拟,重点分析飞艇蒙皮振动对流场的影响。为便于流场对比,在飞艇蒙皮的上表面给定一种沿流向传播的振动波型,通过调整振动的振幅、频率和波长,分析3种振动参数对流动分离和阻力的影响。研究结果表明:沿流向的蒙皮振动会使飞艇绕流流场产生显著变化。在一定振幅和频率条件下,随着波长的减小,流动分离加剧,阻力系数增加;在固定波长和频率条件下,随着振幅的增加,流动分离加剧,阻力系数增加;而在固定振幅和波长条件下,随着频率的增加,非定常效应增强,流动分离减弱,阻力系数减小;此外还发现,选取一定的振动形式和合适的参数可能起到抑制流动分离,从而减小阻力的作用,为高空飞艇减阻提供了一种技术途径。     

螺旋驱动血管机器人外结构参数优化

为了改善螺旋驱动血管机器人运动性能,对其外结构参数进行数值优化.对不同螺旋参数(螺旋线数、螺旋升角、螺宽与螺距之比)的血管机器人外流场进行数值模拟比较分析,得到优化后的外形参数分别为:螺旋线数6,外径8mm,轴向长度15mm,螺宽1.13mm,螺高0.8mm,螺升角45°.计算结果表明,优化后的血管机器人结构的轴向推动力增加了4.69倍,而液体阻力矩仅增加了0.18倍.     

垂直轴风力机二维流场数值模拟

采用数值模拟的方法研究不同攻角、不同风速条件下naca0015翼型二维流场中的马赫数、雷诺数．通过比较叶片升、阻力系数变化,得出攻角为15°时翼型获得最佳的升、阻力系数．通过比较表面压强分布图、速度图和流线图,分析马赫数、雷诺数对naca0015翼型的影响,得出在相同的攻角、马赫数的条件下．随着雷诺数的增大翼型升力系数增大．阻力系数变小;在小攻角、低风速以及相同马赫数条件下,雷诺数较小时更易获得稳定的流场．     

汽车悬架减振器绕流涡旋动态特性分析

为了麦弗逊悬架运动造成其翼子板内流场特性多变的问题。通过将该问题简化为绕流圆柱平面流场,首先利用 SST方程对静态的圆柱绕流体模型进行理论计算和仿真,获得了稳定涡旋下的升力、阻力系数及斯特劳哈尔数等特征值。在此基础上,分析空气流速、减振器直径、横向振动频率和振幅等结构和动力学参数对涡旋动态特性的影响,获得了平均升力系数和瞬时阻力系数曲线的拟合方程。结果表明,斯特劳哈尔数的最大误差为5%,简化模型忽略减振器结构的三维效应是可以接受的;脱涡频率与减振器直径的倒数成二次关系;横向振动频率则对动态脱涡频率起到了关键作用,且对流场的压力分布影响显著,而横向振幅对无边界流场条件下的涡旋特性及压力场分布影响不大。     

基于相似准则函数理论综合法的飘带伞阻力系数计算与分析

针对柔性飘带与金属伞帽组成的新结构飘带伞,通过综合法求解其阻力系数.基于相似准则的函数理论,在考虑子弹流场干扰的基础上,借助Fluent软件数值仿真,基于仿真试验设计,建立了求解伞帽阻力系数的经验公式,结合已有的风洞试验数据建立了飘带伞阻力系数计算的经验公式,同时获得了兼顾多个主控因素影响的气动参数综合求解方法.该方法与建立的经验公式可为相关研究提供参考.     

圆柱绕流水动力学特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件FLUENT对低雷诺数(Re)(Re≤300)下圆柱绕流问题进行数值模拟。采用分区结构化网格及层流模型求解不可压缩Navier-Stokes方程,在未施加任何扰动的条件下获得了圆柱绕流2种特殊的绕流场,系统分析了壁面压力系数、平均阻力系数、脉动阻力、升力系数及旋涡脱落频率等水动力学特性参数随Re数变化的规律,结果与实验研究吻合较好。     

风屏障开孔形式对车桥系统气动特性影响的数值研究

采用流体力学软件（Star CCM+）建立32 m简支箱梁和CRH2型高速列车的全尺寸模型，对不同风屏障开孔形式的车桥系统进行数值模拟，研究了风屏障开孔形式对风屏障挡风效率和流场的影响，分析了车辆三分力系数和桥梁三分力系数随开孔形式的变化规律。结果表明：风屏障的开孔形式对车辆的阻力系数影响较大，且随着开孔边数的增加各车辆的阻力系数先减小后增大，开孔形式为格栅形时阻力系数最大。采用格栅形式时中车比头车的力矩系数大了63.6%；中车的阻力系数和力矩系数随开孔边数的增加基本呈下降趋势，位于背风侧时中车阻力系数和力矩系数变化较缓；随着风屏障开孔边数的增加，桥A段、桥B段和桥C段的CRWBD都呈增加趋势，其中桥B段的贡献率增加地最多，增加了12.2%。风屏障对阻力和力矩的贡献率CRWBD、CRWBM基本都超过了50%。     

光滑塔器烟囱诱导振动研究

以光滑独立高塔或烟囱的诱导振动为背景,针对不可压空气单圆柱绕流流场,采用基于剪切应力传输(SST)两方程湍流模型的分离涡(DES)数值模拟方法求解Navier-Stokes(N-S)方程。进行了网格无关性、时间步长无关性研究;以及来流湍流度、速度(Re)对诱导振动的影响规律,结果表明:基于SST k-ω的分离涡模拟可以正确模拟独立高塔或烟囱的绕流流场;来流湍流度对诱导振动力有较大影响,达到11.5%;对斯特罗哈数(St)影响较小,为5.2%左右;对阻力的影响在0.3%以内。     

基于遗传算法的带内流低阻车身气动优化

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.     

基于CFD的客车空气动力学分析

为了解决客车在高速行驶时,气动阻力急剧增加,耗油量增加的问题,针对某国产大型客车的简化模型及改进模型,应用计算流体力学原理和方法对模型的外流场进行了数值模拟,得到了两种客车模型的表面压力分布、速度矢量分布以及气动阻力系数等气动特性.对比分析表明:增大前围与顶部的圆角可以降低客车气动阻力,但是对后部流场影响很小.