三维纤维过滤介质压力损失数值模拟

目前纤维过滤介质压力损失的研究大多基于纤维的二维规则排列及低速过滤状态,这与实际过滤介质构造及过滤运行状态存在一定的差异.基于VBA编程,创建三维随机排列纤维过滤介质模型,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟计算其内部流场,研究低速及高速过滤状态下压力损失与速度的关系,研究结果表明:模型内部的流体流动呈现线性流区和非线性流区两种流动区域,且两种流动区域的雷诺数临界值为0.33;当流体平均速度大于0.3 m/s对,压力损失与流体平均速度不再是简单的线性关系.通过对模拟数据的分析,提出了适合于线性流区及非线性流区的压力损失-流体平均速度关系表达式.     

二维随机分布纤维过滤介质的压力损失分形模型

为了研究影响纤维过滤器压力损失的主要因素,开发了能够生成二维随机分布的虚拟纤维过滤介质的VBA程序,并在纤维随机分布的二维区域中利用计算流体力学(CFD)技术计算了Stokes方程的数值解.通过对虚拟滤料CFD模拟计算结果的数据回归分析可知,纤维过滤介质的压力损失随纤维填充率增加呈非线性增加,与纤维直径的二次方呈反比例关系,与纤维介质厚度及过滤速度呈线性正比例关系,由此提出了二维随机分布纤维过滤介质的压力损失预测模型.在此基础上,考虑了分形维数和迂曲度对过滤压力损失的影响,得出压力损失随分形维数和迂曲度的增加呈非线性增加,提出了包含分形维数、迂曲度的压力损失预测表达式,该表达式与相关文献的分形理论模型具有很高的一致性.     

纤维截面形状对纤维捕集效率及压力损失的影响

为研究纤维截面形状对纤维过滤器性能的影响,采用Visual Basic的应用程序版(VBA)随机生成不同几何截面形状的虚拟纤维过滤介质,通过计算流体动力学(CFD)技术求解流体在纤维介质流动的动量方程,得出不同几何截面形状纤维的压力损失.采用拉格朗日方法统计被纤维捕集颗粒数,获得纤维介质的捕集效率.采用质量因子综合评价模拟纤维过滤介质的过滤性能,研究不同几何截面形状纤维的异型度和形状系数对其捕集效率、压力损失以及质量因子的影响.模拟结果表明:压力损失随着形状系数的增大而增大;在填充率小于0.20时,三叶形纤维的捕集效率最高且压力损失最大;异形度、形状系数大的纤维对直径小于2μm的颗粒具有较好的捕集效果;在纤维直径为30μm时,对于颗粒直径小的粒子,三叶形纤维的综合过滤性能最好,而当纤维直径为5μm时,圆形纤维的质量因子最高.     

基于CFD的微孔端面机械密封液膜动压分析

应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,用Gambit软件对模型分别进行网格划分.在特定工况下,利用Fluent软件对不同流体黏度和转速下的微孔端面间的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到3种流场的压力分布.结果表明:平均动压力随着介质黏度的降低而呈线性减小,说明流体黏度低时流体动压效应弱;平均动压力随转速的增加而线性增加,表明密封环的转速越高,流体动压效应越明显.     

带内锥的切向进口扩散式方形分离器内气相流场的数值模拟

设计了一种带内锥的切向进口扩散式方形分离器,利用了考虑各向异性的雷诺应力湍流模型对分离器内的气相流动情况进行了数值模拟研究,分析了其内部气相流场的轴向、切向和径向速度分布以及压力分布情况,并计算了其压降.数值模拟结果显示分离器内呈典型的双层流动结构,方形截面在其拐角处对气流存在扰动,主要影响其切向速度,压力分布在反射锥开口处存在分界,分离器的压降随进口速度增大而增大.     

褶型空气滤清器捕集效率及压力损失

为提高空气滤清器的减阻增效,采用计算流体力学(CFD)模拟技术,结合实验测试的方法,模拟计算颗粒在空气滤清器中的运动轨迹和颗粒在滤清器中沉积的分布率,得出颗粒在滤清器中容易沉积的部位.根据捕集效率实验数据,提出过滤介质捕集效率的多元关联计算式.通过建立二维及三维的CFD模型,模拟计算空气滤清器的流场分布和过滤压力损失,其计算机模拟结果与实验测试结果基本吻合.利用已建立的模拟模型,改变空气滤清器结构参数,替代部分实验模拟研究,得出空气滤清器的过滤压力损失与其各自影响因素的变化规律,以及空气滤清器过滤压力损失与其主要影响因素的单因素关联式.利用大量的模拟数据,回归分析提出空气滤清器过滤压力损失与其结构参数的多元关联计算式.     

单纤维对惯性颗粒稳态过滤捕集效率的数值模拟分析

采用计算机对单纤维稳态过滤捕集效率进行模拟分析,所选研究对象为惯性单分散颗粒,模拟分析中考虑拦截机理及碰撞机理作用,同时忽略扩散机理的影响.采用Kuwabara流场来表征单纤维表面的气流绕流特征,以计算粉尘颗粒运动的轨迹,计算分析了斯托克斯数St、拦截系数R及填充率c对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:单纤维稳态过滤捕集效率均随St、R及c的增大而增大,单纤维稳态过滤捕集效率与填充率近乎呈线性增加的关系.模拟计算结果与文献研究结果基本吻合.     

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟

利用计算流体动力学分析软件,对离心式杂质泵的内部流场进行了数值模拟.计算了颗粒直径为0.076mm,固相体积分数为10%的两相流工况下的三维湍流流场,得到了蜗壳内的速度、压力和固相体积分数分布等流动信息.计算结果表明：自进口至最大半径处蜗壳内的速度不断减小,压力逐渐增大,颗粒体积分数随半径增大而增大.     

旋涡哨内部流场分析

利用FLUTENT软件对旋涡哨内部流场进行数值模拟,得到旋涡哨内的流场分布特征.结果表明:旋涡哨内部流场变化趋势基本一致,流场分布具有轴对称性,流动轨迹近似为螺旋,从中心沿径向方向压力逐渐增大,合速度先增大后减小.随着腔体直径的增加,在腔体内合速度、切向速度和总压值都减小,而在出口管内合速度、径向速度和总压值增大.而在整个旋涡哨内部轴向和切向速度皆不随腔体直径的增加而变化.     

车用驱动电机冷却系统仿真研究

针对车用驱动电机在提高功率密度过程中的冷却问题,以某型号水冷永磁同步电机为研究对象,建立三维流固耦合传热数值仿真模型,采用有限体积法对电机温度场和水道流场进行求解,并用试验数据对计算结果进行验证。在此基础上,计算不同冷却介质入口温度和流量、介质类型、冷却流道截面形状和圈数下电机内部的流动传热情况,以电机温度场、流道压降等参数作为评价指标对不同条件下的冷却性能进行评价分析。研究结果表明:随着冷却介质入口温度的降低或入口流量的增大,电机各部件的温度显著下降,但增大流量会使泵功指数增加;分别以冷却油、乙二醇水溶液、水作为冷却介质时,相同流量下的散热功率依次增大,而压降则依次降低;机壳上的螺旋形流道圈数越多,散热功率和压降均越大;保持流道截面积不变,改变截面形状对电机温度影响较小,但对压降有较大影响,其影响与换热面积相关。