《冶金风机叶片磨损故障仿真研究》

在钢铁冶金行业,冶金风机大部分会长期在高浓度金属颗粒的环境中工作,这类风机的叶片磨损故障经常产生,原因是金属粉尘与叶轮叶片高速碰撞导致风机转子失平衡、叶片断裂。所以分析诊断叶片磨损情况十分重要。由于高浓度金属粉尘工作环境实验室无法模拟,故该类故障的样本无法在转子实验台上实验获得详细样本数据。本文采用气固两相流理论和计算流体力学FLUENT软件来研究叶片磨损的产生机理和叶片磨损过程,对冶金风机叶片磨损故障进行仿真研究。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

利用CFD技术研究叶片斜度对贯流风机性能的影响

为了考察贯流风机多结构参数同时变化对其内部流场的影响,引出与多结构参数联系紧密的叶片斜度,文章利用CFD技术对不同叶片斜度的贯流风机进行非稳态数值模拟,考察流量系数、风机效率及总压系数的变化情况,并用焓差法风量实验验证模拟结果的正确性。结果表明,叶片斜度对风机性能影响显著,通过优化叶片斜度,可以使其流场内偏心涡移向蜗舌,进口段脱落涡减少,出口流速增大,风机性能得到提升。     

颗粒在离心风机内运动轨迹可视化预测的实现

讨论了几种对颗粒运动轨迹可视化预测的实现方法,运用数值模拟技术,基于雷诺应力湍流模型和颗粒轨道模型计算了离心风机内气固两相流场。准确、直观地显示了不同粒径粉尘在离心风机内的运动轨迹,在此基础上分析了粒径对颗粒轨迹的影响,为研究风机叶片的磨损问题提供了依据。     

百叶窗浓缩器叶片附近两相流场的实验及磨损预测

采用粒子动态分析仪(PDA)对百叶窗煤粉浓缩器内叶片表面区域的流场分布进行了详细测量,获得了叶片表面附近区域两相速度和流动角的分布。采用磨损率的半经验公式对叶片的磨损进行了预报,并进行了叶片磨损的工业实验。结果表明：叶片磨损严重的区域发生在叶片的下部;后级叶片较前级叶片磨损速度快;同一级叶片上,叶片后端磨损严重。     

风机叶片结冰对其一体化结构动态响应影响的数值分析

基于美国可再生能源实验室的导管架式一体化海上风机模型,将计算流体力学(CFD)方法与风机一体化分析方法进行耦合,研究叶片结冰过程及其结冰后对风机整体动态性能的影响.首先将一体化分析得到的叶片运动姿态输入到CFD中,采用离散多相模型和融化-凝固模型进行三维风机叶片覆冰增长模拟,然后应用k-ε湍流模型计算结冰前后的气动性能,最后将叶片覆冰后的气动载荷结果返回到一体化分析方法中,分析叶片结冰对风机整体响应产生的影响.计算结果表明,叶片沿叶展方向结冰呈线性增加,结冰主要集中在叶片前缘,叶尖处积冰最厚;覆冰后叶片各剖面翼型升力系数降低、阻力系数升高.叶片结冰会降低整机功率、转子的转矩和转速,叶尖和塔顶产生额外振动响应,风机达到额定功率所需风速增大.     

SiCp/ZL201复合材料切削加工性能研究

用硬质合金YG6和高速钢W18Cr4V为切削刀具,研究了碳化硅颗粒增强ZL201复合材料中的碳化硅颗粒含量及其尺寸等参数对切削加工性能的影响。试验结果表明:碳化硅颗粒尺寸越大、碳化硅含量越多,对刀具的磨损速度越快;在相同材料、相同切削条件下,高速钢比硬质合金刀具磨损速度快;碳化硅颗粒粗大,加工工件表面粗糙度大,且随颗粒含量的增加而增大,而碳化硅颗粒细小时,加工表面粗糙度较小,且随着颗粒含量的增加而减小。探讨了刀具磨损机理,认为复合材料对刀具的磨损属磨粒磨损。     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.     

提高含尘离心风机耐磨性的研究

本文针对工程实践中,常见的排尘离心风机因不断受到气流中夹带的固体粒子的磨损,使叶片型线改变,效率降低,引起磨损、沉积,致使风机平衡被破坏,叶片被洞穿或断裂等问题,虽然国内外的很多学者对风机气固两相流做了大量的磨损分析,也得出了一些减轻叶片的磨损的措施,但其中大部分是被动防磨方法。本文寻找一种减轻风机磨损的有效方法     

水泥厂风机磨损的原因与预防探讨

风机是水泥生产的重要辅助设备．水泥行业使用的风机一般为气固两相流风机．即工作介质中常含有一定量大小不等、形状各异的固体颗粒．如除尘系统的引风机、气力输送的鼓风机。由于这些风机是在含尘气流中工作的．气流中的粉尘颗粒既要对风机产生磨损,又要在风机叶片上附着积灰．且这种磨损和积灰都是不均匀的,因而使风机转子的平衡遭到破坏．引起风机振动。缩短风机的寿命．     

叶片覆冰对支撑结构抗冰性能的影响分析

海上风能资源作为清洁能源具有较大发展潜力。在我国黄渤海地区,风力机叶片表面在寒冷潮湿环境下易出现覆冰现象,覆冰不均匀可能会改变风机支撑结构的整体力学性能。在结冰海域,海冰会造成风电基础结构强烈的冰激振动。叶片覆冰后不仅会降低风电机组的发电效率,还会影响支撑结构的冰振特性。本文首先通过FENSAP-ICE对叶片覆冰过程进行研究,明确了不同环境条件下的风机叶片覆冰特性;其次,采用增加质量和改变质心位置的等效质量分布方法,建立风机叶片覆冰后支撑结构的冰振响应分析方法。最后,选取某单桩式海上风电基础结构,对不同的风机叶片覆冰情况下支撑结构的力学性能进行分析,并讨论叶片覆冰对支撑结构的抗冰性能影响。     

采用仿秋沙鸭翼型叶片贯流风机的气动性能数值研究

为提高空调性能,满足产品节能要求,本文基于叶片仿生设计及叶轮交错角改良开展贯流风机的优化研究。首先,通过逆向工程方法提取了秋沙鸭翅膀40%翼展截面处的型线特征,结合产品的工艺要求设计了贯流风机仿生叶片;然后,采用三维数值计算模型对带有仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机内部流场进行了数值模拟,研究了具有不同叶轮交错角的仿秋沙鸭翼型叶轮对贯流风机气动性能的影响;最后,选取气动性能最优的叶轮交错角为5°的仿秋沙鸭翼型叶轮进行加工测试。研究结果表明：三维数值计算结果能够有效地揭示贯流风机内轴向流动特性,叶轮交错角对叶轮中盘附近流场影响显著;采用仿秋沙鸭翼型叶轮能够改善贯流风机叶轮进出口流动状态,增大叶轮偏心涡强度,提升叶轮做功效率。根据实验结果,与原型机相比,采用仿秋沙鸭翼型叶片的贯流风机在相同转速下风量基本不变。在送风工况条件下,功率最大降幅为3.3%;在制冷工况条件下,功率最大降幅为2.7%,噪声最大降幅为0.3 dB。     

一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区.基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化.结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%～70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.     

直板型叶片扩压器流场的实验测量与数值研究

利用激光多普勒测速仪（LDV）测量系统测量了3个不同的工况下离心风机直板型叶片扩压器内部的三维速度场，并对叶片扩压器内部流场及其随流量变化的规律进行了分析．同时，在实验测量的基础上对整个实验风机进行了非定常数值模拟，并对比分析了扩压器内部及其上游流场的数值计算和实验结果．结果表明：数值结果与实验结果吻合得很好；沿着扩压器的流道方向气流的速度逐渐减小，非定常速度脉动也逐渐减弱，非定常速度脉动的频率和叶轮的叶片通过频率一致；随着流量的减小，扩压器的扩压能力逐渐增强，扩压器叶片压力面附近的低速区逐渐减小，扩压器上游及内部流场受蜗壳的盘、盖侧空腔影响逐渐增大．     

反循环钻进中水龙头弯管磨损数值模拟

针对反循环钻进中水龙头弯管磨损失效问题,应用计算流体动力学方法对水龙头弯管内气固两相流场进行数值模拟,研究弯管内岩屑颗粒的运动轨迹及壁面磨损分布,并进一步分析岩屑特性对壁面磨损的影响.研究结果表明:气固两相流经过弯管时,岩屑与壁面在弯管30°,90°和150°转角位置存在碰撞集中区,对应形成3个壁面磨损区,其中30°转角位置磨损最严重,形成刺漏点;此外,岩屑颗粒特性对弯管磨损存在影响,随颗粒速度或质量流量的增大,弯管磨损速率显著增大;随颗粒直径增大,磨损速率先增大后减小;颗粒密度对弯管磨损影响不明显.     

小型前弯离心风机叶轮参数优化

为了提高小型前弯离心风机的气动性能,以汽车座椅通风用离心风机为研究对象,采用数值模拟与正交试验相结合的方法,研究叶片数、叶片出口角、叶片进口角以及叶片厚度对离心风机气动性能的影响. 基于小风量风机性能实验台,验证数值模拟结果的正确性. 选取三水平正交表L9（34）进行此次试验,建立了9种不同参数组合下的叶轮模型,以最大静压为优化目标,采用计算流体动力学方法,得到了最佳离心风机参数组合. 对优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布进行了对比分析. 由正交试验结果分析可知,各参数对离心风机最大静压影响的主次顺序为叶片出口角、叶片进口角、叶片数和叶片厚度;达到最大静压的参数组合为：叶片数55,叶片进口角95°,叶片出口角125°,叶片厚度0.8 mm. 优化后离心风机的无因次特性曲线优于原有风机,在高效率区域静压可提高3.78%~10.67%,具有更好的气动性能. 对比优化前、后离心风机内部流场的压力与速度分布可知,优化后的离心风机内部流场分布更加均匀,在叶轮进口处低压区的压力更低,速度更大,更有利于气流的进入.     

可控减速法设计离心风机两元叶片的研究

提出采用可控减速法设计离心风机两元叶片,即通过三维黏性流场计算,采用正交试验设计方法,以确定流道内平均速度的减速规律和叶片型线.在满足原有的气动设计点参数和不改变风机轮盖和轮盘几何尺寸的前提下,对某高效离心风机叶片型线进行了重新设计.整机全工况数值计算表明,优化后的风机效率在绝大部分工况范围内都明显提高,压力在设计和小流量工况时也比原风机高,而且大大避免了原风机的过载导致烧毁电机的问题.设计工况详细的流场分析表明,优化设计风机的叶轮流道内静压分布更加均匀,消除了分离损失,说明该方法是风机叶片优化设计的可靠和快速方法.     

提高含尘离心风机耐磨性能的气动措施的试验研究

通过试验对粘附于离心风机叶片压力面上的球状颗粒对风机耐磨性能的影响进行了可视化研究．结果表明，粘附于风机叶片压力面上的球状颗粒不仅可以有效地提高风机的耐磨性能，而且还可以通过改变球状颗粒在叶片压力面的分布来控制叶片的主要磨损部位，最后对含尘离心风机实行气动保护的机理作了分析讨论．     

离心风机平板直叶片调节门的实验研究

为了改进风机调节门的性能和作用,采用五孔探针对平板直叶片调节门前后的流动进行了详细的测量,得到了流动参数沿流动方向的衰减变化规律.实验分析结果表明:调节门导致其下游流动沿半径方向的分布很不均匀,而沿圆周方向的分布比较均匀,对其上游流动的分布形态影响很小;阻力系数和预旋系数随调节门叶片角度的增大而增大,但在叶片角度大于40°~50°时阻力系数的增加明显快于预旋系数.针对风机调节门的流动特性,采用预旋系数、阻力系数做为全面评价风机调节门性能的主要指标是可行的.从兼顾流动均匀性和预旋两方面因素考虑,从调节门出口到叶轮进口之间的最佳距离约为叶片平均弦长的4~8倍.根据调节门流动参数沿径向、周向和沿轴向的分布特点,提出了加大调节门流道中心处叶片的弦长、改进平板直叶片叶型及优化最佳叶栅稠度等参数的建议.     

烟气横掠螺旋槽管束磨损特性的数值模拟

为探究烟气中固体颗粒对螺旋槽管束的磨损行为,应用离散相模型对烟气横掠顺列螺旋槽管束进行气固两相流动的数值模拟,并通过用户自定义函数引入新的磨损计算模型.分析了飞灰颗粒对光管和螺旋槽管磨损的差异以及烟气流速、粒径、横向/纵向管距和螺距、槽深等因素对螺旋槽管磨损的影响.结果表明:相同工况下,螺旋槽管管束磨损率比光管管束小10%左右;磨损率随烟气流速、颗粒直径、纵向管距的增大而增大;小粒径颗粒(dp=25μm)最大磨损位置发生在圆心角30°左右,较大粒径颗粒最大磨损位置发生在圆心角40°左右;磨损率随横向管距、螺距、槽深的增大而减小;槽深对螺旋槽管磨损率的影响远低于螺距的影响.