旋转式能量回收设备孔道内部流动特性的研究

在海水淡化领域中，旋转式能量回收设备是一种高效的能量回收装置可以有效降低系统能耗。针对旋转式能量回收设备建立了二维非稳态数值模型，分析了设备孔道内部的流场拓扑结构，考察了配流盘转速和进流流速两种操作参数对旋涡演化过程和掺混率的影响。研究结果表明，旋涡的形成和演化过程会对孔道内的质量传递过程产生重要影响；旋涡的结构尺寸和涡旋强度会随着配流盘转速或进流流速的改变而发生变化。存在最佳的操作工况使得旋涡的结构尺寸最小和设备的掺混率最低。研究结果对于理解旋转式能量回收设备的孔道内部流场具有一定帮助。     

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟，得到了流速与换热系数的关系，以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场，并首次利用场协同原理进行了分析。结果表明：当流速很低时，速度与换热系数几乎成线性变化，场的协同性很好；随着速度的增加，场的协同性变差，换热系数随速度增加的程度减弱。     

横掠二维串列双圆柱绕流气动噪声的数值模拟

对横掠串列双圆柱绕流噪声问题进行数值模拟,首先通过二维大涡模拟(LES)求解非定常不可压缩N-S方程捕获瞬时流场声源数据;然后运用基于Lighthill’s声学类比的FW-H方程及其积分解,计算由流体流动诱发产生的噪声。通过比较不同流速、直径、间距比对绕流流场以及由其产生的气动噪声的影响发现:流速、直径增加,辐射噪声级相应增大;流速增加,旋涡脱落频率增大;不同间距比对圆柱旋涡脱落有一定影响,从而影响到辐射噪声,存在噪声最大的临界间距比;同时辐射声场具有较明显的指向性。     

肋板绕流场可视化测试与数值研究

用粒子图像测速仪(PIV)设备对不同高度下肋板的非定常绕流场进行了全场测试，揭示了肋板尾流场旋涡随时间推进所经历的非线性演化过程．同时将瞬时流谱与不同时间间隔下的时均流谱及流场数值计算结果相比较，分析了它们之间的差别．并且通过对不同肋板高度的时均流场的分析，得出了其尾旋涡尺度与肋板高度之间的非线性变化规律．     

不同建筑物宽高比的街道峡谷内部气流场数值模拟

基于标准的k—ε双方程湍流模型，数值模拟了2种峡谷宽高比和4种建筑物宽高比下的开阔地域街道峡谷内部气流场．模拟结果表明，峡谷上部生成一顺时针大旋涡，并在此大旋涡的驱动下，峡谷内部形成一个逆时针旋涡；建筑物宽高比(W／H)对峡谷内部气流场具有显著影响，在W／H较小的情况下(如W／H=1／5)，峡谷上部顺时针旋涡向峡谷内扩展而挤压峡谷内的逆时针旋涡，在峡谷宽高比(B／H)一定的前提下，上部顺时针旋涡向峡谷内部扩展的程度随w／H的减小而增大，而在w／H一定的条件下，上部顺时针旋涡向峡谷内部扩展的程度随B／H的加大而增强．从上述峡谷内部流场的特征中可推断出，在建筑物高度一定的条件下，缩小建筑物宽度和加大峡谷宽度会增强峡谷内外空气的交换，从而有利于峡谷内空气品质的改善．     

旋涡哨的改进及数值模拟分析

文中提出一种新型旋涡哨,并对传统旋涡哨和新型旋涡哨进行模拟分析。结果表明:与传统旋涡哨相比,新型旋涡哨的流体流速、湍流强度、湍动能以及声功率密度等都有显著提高,最大声功率密度提高150%以上。     

FLUENT对云凝结核计数器云室内 气流特征的模拟研究

运用计算流体力学模型ANSYS FLUENT,对DMT公司的恒流热梯度云凝结核计数器(CCNC)云室内的流场、温度场以及水汽场进行模拟。依据外场观测和室内实验中的常用进气流速0.0164,0.0185,0.0205,0.0226和0.0246 m/s以及云室温差2,8和17 K,对比不同进气流速和云室温差对云室内流场的影响。结果显示,云室内的速度场和温度场均受进气流速和云室温差的影响。当云室温差为8 K,进气流速为0.0205m/s时,模拟出的云室中心线的过饱和度约为0.27%,较好地模拟出云室内的水汽过饱和状态。     

基于旋涡强度方法的冲击射流涡结构研究

该文采用旋涡强度方法对冲击射流涡结构进行了深入研究。首先将粒子成像测速技术(P IV)测量得到的原始流场图片进行相应处理得到原始速度场,再利用b ior5.5双正交小波分析得到消除高频噪声的流场结构;然后对此进行涡量和旋涡强度计算,得到相应的涡量场和旋涡强度场。与涡量方法相比,因旋涡强度方法排除了剪切作用的影响,故可以更有效地分析流场中的涡结构。进而得到了冲击射流中的旋涡强度随压比、冲击距离、喷嘴唇厚等参数的变化规律。     

汽车消声器的流场和压力损失分析

采用CFD软件Fluent对两种不同结构形式的双扩张腔消声器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟,研究相应的压力损失随入口流速的变化趋势.结果表明,双扩张腔消声器内部流场非常复杂,中间连通管的位置和数量对消声器内气体的压力损失有很大的影响,双连通管消声器内的压力损失比单连通管的要大.     

岛屿尾流近区浓度的分布特性

对岛屿尾流近区的污染物混合输移特性进行了研究。采用平面激光诱导荧光 (PL IF)技术 ,在恒定来流中 ,分别对圆柱和正弦形状岛屿后 7倍岛屿半宽度范围内的浓度场进行了测量。分析了长时间平均浓度场、脉动浓度场、最大浓度场和尾流浓度断面半宽度的沿程变化规律和大尺度旋涡的存在对尾流区污染物混合输移的影响。结果显示 ,在同样来流条件及排放浓度下 ,正弦形岛屿近区尾流内积聚的污染物浓度大于圆柱形岛屿近区尾流内的浓度 ;基于平均浓度场和脉动浓度场而得到的尾流浓度半宽度大致相同 ,在实验范围内是线性发展的。本研究不仅是环境水力学学科发展的需要 ,而且有利于水污染的控制     

提升离心泵小流量工况数值模拟精度的进口边界设置

为提高离心泵小流量工况下性能参数的预测精度,参考关死点工况数值模拟研究的现有文献,将一种开口边界作为吸水管进口条件应用于某离心泵的多个小流量工况,以试验测量结果为基准,与常规进口边界设置下的计算结果进行了性能参数及泵内流场的对比分析,研究了不同边界设置对于不同工况的适用性。结果表明:以吸水管进口处是否存在回流为判别标准,对于存在明显回流的工况,采用开口边界可以大幅提升扬程等性能参数的预测精度,而对于入流均匀无回流的工况,常规边界条件即可满足工程计算精度要求;采用开口边界可以在吸水管进口处释放回流而避免形成虚假漩涡,保证水力损失的合理预估,进而得到更为精确的离心泵特性曲线。因此,在计算离心泵的完整特性曲线时,可首先采用常规边界条件进行全工况的数值模拟,再根据进口回流情况调整进口边界设置,对少数小流量工况进行二次计算,确保特性曲线形状符合真实情况。     

离心泵吸水室内气液两相流动试验及数值模拟

为了研究离心泵输送气液两相介质时吸水室内的流动规律,对透明模型离心泵进行了试验研究;同时基于Eulerian Eulerian非均相流模型,对离心泵内气液两相流动进行了数值模拟,采用试验验证过的数值计算模型分析了吸水室内的两相流动,揭示了吸水室内流型的变化规律,建立了流型与泵外特性之间的关系。研究结果表明：吸水室内最多可能出现8种流型,但在某一转速下,最多只会出现6种流型;气体螺旋长度随液体流量的增大而减短,随转速的增大而增长;螺旋流的出现极大地增大了吸水室内的湍流强度,降低了泵的稳定性;吸水室内流型为稳态螺旋泡状流时,泵的扬程较大,离心泵效率最高时,吸水室内流型为稳态非螺旋泡状流或脉动非螺旋泡状流。     

深井泵泵内流场的实验研究

应用粒子成像测速（ＰＩＶ）技术对深井泵泵内流场进行了研究,分析了流场对泵阀运动规律的影响以及泵内结构对流场的影响。根据实验结果,建议对混相流深井泵采用偏心球形阀球;对于流道狭小的深井泵采用滴形球阀;对含砂的抽油井所用深井泵,则采用嵌有密封胶皮的锥形阀球。在保证最大过流面积的条件下,阀球罩的断面形状应该尽量采用流线型,以减小过流阻力。应考虑将柱塞的吸入口设计成流线型或喇叭口型,以降低其吸入阻力。在保证柱塞出口有最大过流断面的同时,也应将柱塞出口流道设计成流线型,以此降低柱塞出口处的过流阻力。     

液压电机泵中浸油电机的负载效应

提出一种电机内嵌叶片泵的液压电机泵结构,液压叶片泵的泵芯插装在电机转子的内部空间,电机转子内部还设置一个孔板离心泵以增强叶片泵的吸油能力,利用电机内部的油流对电机进行冷却,具有结构紧凑、噪声低、效率较高、无外泄漏等优点.由于液压油具有黏性且电机气隙较小,工作时气隙油膜受到剪切作用会产生负载效应,采用环形缝隙黏性流动模型和电磁场有限元分析方法,对电机气隙及油液黏度对电机泵效率的影响进行解析.研究结果表明,气隙适当增大时,可以提高电机泵的效率,有利于电机和液压泵的集成.     

进水流道对立式混流泵装置能量特性的影响

采用计算流体力学方法，对三个不同的进水流道设计方案所组成的立式混流泵装置进行了内流数值模拟．在分析进水流道基本流态的基础上，对进水流道出口水流条件以及水泵装置能量特性进行了定量计算．数值计算结果表明，水泵的设计进水条件与水泵装置中的水泵进水条件存在明显差异，进水流道水力设计对立式混流泵装置的能量特性有显著的影响，工程设计中应重视进水流道的选型以及进水流道与水泵性能最佳匹配的研究．进水流道水力设计优化可有效地改善进水流道出口流态，确保水泵有良好的进水条件，大幅度提高水泵装置效率。     

基于离心泵的多级液力透平的性能预测与数值模拟

建立多级离心泵的全流道三维实体模型,划分网格后导入Fluent定义边界条件.采用定水头变转速模拟方案,选取600m水头时不同转速工况点进行计算.绘制综合特性曲线并确定最高效率点对应的单位转速、单位流量.研究不同转速时透平的性能,得出透平的水头、功率曲线及最高点效率值随流量略微变化.固定转速改变流量做全流道数值计算,分析最优工况多级透平过流部件内部流场分布,发现进水室底部有两股液流混合撞击,反导叶有流动旋涡,出水室有螺旋尾迹涡带,叶轮头部还存在冲击损失等.针对以上现象,提出多级离心泵反转做透平使用时结构改进的措施.     

井下抽油泵吸入口附近腐蚀模拟试验装置研制

 油田井下抽油泵吸入口附近套管腐蚀穿孔现象比较普遍,严重影响油田的稳产。为研究其腐蚀机制,自行设计和制造了一种井下抽油泵吸入口附近动态腐蚀模拟试验装置。该装置采用单柱塞泵和与现场一致的油套管柱结构,真实模拟了抽油泵间歇性的生产方式以及泵吸入口附近流体的流动状态,实现了不同温度、CO₂分压、流速等条件下腐蚀速率的测定及腐蚀行为的研究,可为套管选材提供参考。试验结果表明,抽油泵吸入口附近腐蚀介质的流速流态是造成该处套漏的主控因素,并以CO₂局部腐蚀为主,与现场套损状况一致。     

液环真空泵吸排气段壳体型线耦合优化分析

采用直接自由曲面变形方法对液环真空泵吸排气段整个壳体型线进行参数化控制,运用响应面法建立壳体型线与进口真空度和效率的多参数回归模型,基于NSGA-Ⅱ算法进行液环真空泵性能的多目标优化,并对比分析优化模型与初始模型的内流场和外特性.结果表明:NSGA-Ⅱ多目标优化得到真空度最优模型的真空度提升了4.5%,效率最优模型的效率提高了1.3%;壳体型线的各个区域对液环真空泵的进口真空度和效率都有显著影响,但吸气段壳体型线对液环真空泵性能的影响明显大于排气段;在传统设计的基础上,适当增大吸气段壳体的径向尺寸有利于提升泵进口真空度,具有较小吸气区流道面积扩散比和排气区流道面积收缩率的壳体型线水力效率更高;压缩区径向尺寸较小的壳体型线有利于提升排气口压力,减少排气口回流,从而提升泵的效率.     

轮毂电机电动车流场特性数值计算

建立了四轮轮毂电机驱动电动车的仿真模型,并在考虑前端进气,车轮旋转以及地面效应影响情况下,得到了最接近真实情况下电动车行驶时的外流场及轮边流场。对轮边驱动结构给流场带来的影响以及轮毂电机通风散热条件进行了分析。所得结果对轮边驱动电动车空气动力学性能优化以及轮边系统热管理提供了重要依据。     

叶轮出口宽度对离心泵流动诱导振动噪声的影响

为研究叶轮出口宽度对离心泵流动诱导振动噪声的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他几何参数不变,将叶轮出口宽度b2从10mm分别改为6,8和12mm．在离心泵闭式实验台上测量了不同出口宽度模型泵在全流量范围内的振动和噪声信号,并对信号进行处理和分析．实验结果表明：模型泵流动诱导的振动对泵体的影响最大,随着叶轮出口宽度的增加,模型泵4个测点的振动强度大致呈先增加后降低的趋势,当b2=8mm时,模型泵的振动强度最大;在不同流量工况下,模型泵噪声信号随叶轮出口宽度的增加其轴频峰值变化规律复杂,b2=10mm的模型泵各工况下噪声信号的轴频峰值相对较小,且在设计工况下达到最小值．