CFD在微流控生物芯片设计中的应用

计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)是一种以计算机技术模拟手段为基础,对涉及流体流动、传热及相关现象进行分析的一种数值模拟方法.特别是它能预测微流控生物芯片内部的流体流动和传质现象,并能提供可视化结果,近来常用于辅助生物芯片的设计和性能优化.从Navier-Stokes方程组出发,阐述了CFD的原理、方法和特点,并通过对毛细管电泳芯片的建模与仿真,分析了它在微流控生物芯片设计中的应用和重要作用.     

分流式YSC178A型液动锤性能参数CFD计算

射流式液动锤射流元件受泥浆冲蚀易过早失效,故油气钻井用YSC178A型液动锤设计了内部分流结构以降低射流元件内流速,以提高射流元件寿命。针对内分流结构设计,应用CFD动态分析技术,对分流式YSC178A型射流式液动锤性能参数进行了数值模拟计算,并进行了实验验证。结果表明：CFD分析结果与实测结果吻合较好,计算精度可以满足工程设计需要,解决了此前在设计阶段无法计算分流条件下液动锤性能参数的问题,可为内分流式油气钻井用射流式液动锤的优化设计提供参考。     

喷水推进器进水流道参数化设计与应用

为了优质高效地设计喷水推进器的进水流道,使其流体动力性能综合兼优,提出了喷水推进器进水流道的一种参数化设计方法.该方法将进水流道的三维几何结构用16个相互关联的参数来描述和构建.流道背部与船体的交界区域以及流道的唇部等流动复杂的区域采用贝塞尔曲线构建.调整16个参数中任一参数的值,其他参数能够根据参数间的关联性自动变化,为快速、灵活、精确地构建和修改进水流道几何结构创造了条件.参数化方法设计的进水流道的综合流体动力性能采用计算流体力学方法进行数值计算,并根据分析结果有针对性地进行流道结构的再调整.将流道几何的参数化建模与流体动力性能的数值计算联合使用能够实现综合流体动力性能优良的进水流道的快速设计.该参数化设计方法用于某喷水推进艇进水流道改进设计时取得了良好效果.     

基于流固耦合方法的气压密封阀仿真分析

针对气压密封阀的流固耦合问题应用一种解耦分析方法,并利用循环迭代法建立了统一的流固耦合计算模型。在流固耦合模型基础上,使用有限元分析(FEA)和计算流体动力学(CFD)联合计算方法对气压密封阀进行仿真分析,得到气压密封阀在流固耦合作用下的工作特性,并且对不同结构参数的模型进行了研究。通过分析不同气体压力、控水环和密封环厚度下气压密封阀的变形,给出了气压密封阀的变形规律,同时还给出流体运动状态,为气压密封阀的优化设计提供了依据。     

电磁场作用下的镁电解槽流场分析

镁电解槽流场的分布和优化是镁电解槽大型化的关键问题。以计算流体力学(CFD)为手段,研究了在电磁场作用下的镁电解槽流场分布,得到了120 kA镁电解槽内部流场的分布。电解质主循环是由电解室到集镁室,它将在电解室生成的液态镁输送到集镁室进行收集;在后墙附近存在有副循环,其对后墙和阳极有冲刷作用,会造成后墙和阳极的损坏。分析了电解槽内各种电解质循环对液态镁的输送效果,认为在电解槽中线处平行于电极表面的电解质输运循环是最优循环;同时在后墙处,阴极顶部存在有垂直于电极表面的有害循环,并计算得到电解槽中最大的速度出现在电解室内的隔墙表面处,最大值为0.164 m/s。     

风筛式清选装置气流场的数值模拟与分析

为了研究风筛式清选室内气流场的分布情况,基于Reynolds时均化的连续方程、Navier-Stokes方程和标准的k-ε湍流模型构成封闭方程组,运用CFD软件Fluent,对不同的风机出风口角度、风机出风口风速和筛面中部与顶部距离3个参数进行了气流场数值模拟,分析了这3个参数对清选室气流场的影响,并进行试验验证.结果表明:风机出风口角度和筛面中部与顶部距离对清选室气流场的影响较大,风机出风口风速只影响到流速而对流场的分布规律影响不大,模拟结果与试验测量结果总体趋势基本吻合,这表明了利用Fluent进行数值模拟的正确性.     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

基于CFD评估蒸汽喷射泵的抗背压能力

通过蒸汽喷射泵喉部出口截面单位体积流体的动能e评估蒸汽喷射泵的抗背压能力.利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法研究喷射泵几何参数——喉部直径d、混合室角度θ和喷嘴出口位置s对蒸汽喷射泵抗背压能力的影响,以及e与蒸汽喷射泵抗背压能力之间的关系.结果表明:随着d或θ的减小,或s的增大,都会导致e增大,此时蒸汽喷射泵抗背压能力增强;当d,θ及s变化时,e可作为评估蒸汽喷射泵抗背压能力的指标.     

切纵流联合收割机清选室内气流场的模拟仿真

切纵流联合收割机存在损失率大和含杂率高等问题,为分析清选性能较低的原因,对切纵流清选室内气流场分布进行模拟仿真,运用CFD仿真软件对清选室气道气流进行分析.仿真结果表明,清选室内气流在筛面宽度方向呈对称分布,沿筛面高度方向气流速度逐渐减小,沿筛长度方向筛前段气流速度较低,在接近筛中部时气流速度达到最大.并对清选室内气流场进行了测量试验,验证了气流场仿真的准确性.     

制衣车间湿帘降温系统的CFD模拟

为研究湿帘降温系统在热湿地区制衣车间的热环境分布情况,使用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）方法,模拟湿帘降温系统下制衣车间内部温度场与相对湿度场的分布。用现场测试结果及计算结果设置相应边界条件,模拟结果显示,沿湿帘进口到负压风机出口方向室内温度呈递增趋势,平均每米增加0.031 ℃,室内相对湿度呈递减趋势,平均每米下降0.37%。将温度值和相对湿度值的模拟结果与测试结果进行对比分析,可知温度平均误差为0.57%,湿度平均误差为4.9%。研究证明了所建立三维CFD模型的准确性,为湿帘系统在制衣车间的布局优化提供参考。