煤层割缝器用双梯度喷嘴结构设计与优化

为提高高压水射流煤层割缝器的切割能力,提出采用双梯度结构对喷嘴这一关键部件进行结构设计及优化来改善喷嘴喷射性能的新思路。针对安装于63割缝器总长为17 mm的双梯度喷嘴,在正交实验指导下,采用Realizable k-ε湍流模型对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟。数值模拟结果表明双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其轴向速度在150 mm靶距处最大且衰减较慢。通过对数值模拟优化喷嘴结构进行试制,在室内运用3DPIV对其性能实验测试。实验结果表明在本文实验条件下,双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其射流出口流场平均速度最大,速度场分布较为理想,在150 mm靶距处的平均速度为普通喷嘴的1.4倍。     

湿蒸气汽轮机除湿级去湿性能的数值计算

采用了解压力耦合方程的半隐式方法数值求解湿蒸气汽轮机除湿级轴对称环形通道内可压缩粘性汽流控制方程组，得出考虑去湿槽口抽吸效应的旋流流场；在所得蒸汽流场基础上数值求解水滴运动微分方程，确定水滴运动规律及沉积特性。文中根据某一湿蒸气汽轮机除湿级的计算结果分析了静叶气流出口角、水滴直径、环形通道长度及汽流初始径向分速等参数对级的去湿性能的影响，并提出了关于除湿级结构设计的若干建议。     

蒸汽辅助重力泄油渗流机理研究

针时双水平井及直井与水平井组合蒸汽辅助重力泄油(SAGD)两种常用布井方式,利用数值模拟方法及Surfer制图软件制作出重力过程中泄油初期、高峰期及泄油后期不问泄油阶段蒸汽腔截面的温度场、压力场、剩余油饱和度场的场图,更直观、形象的描述了SAGD的蒸汽腔形成及扩展过程以及不同泄油阶段蒸汽腔形状及泄油机理,并对两种布井方式的重力泄油效果进行了比较,为SAGD技术的应用提供决策依据.     

磨料射流固液两相流场的数值模拟

为了解决磨料射流固、液两相流场运动对割缝效果的影响问题,采用数值模拟的方法,通过建立磨料射流固、液两相流场的数学模型,研究了磨料两相射流割缝的速度场和流动场规律。结果表明:磨料射流中割缝速度可达100 m/s左右,有利于有效割缝;有效割缝需要入射压力至少达到25 Mpa;磨料射流割缝过程中会形成了一道"水墙"阻止磨料射流全部高速射出。产生二次回流。虽然二次加速的效果有限,但二次循环的水和颗粒经过二次加速能够再一次对壁面形成高速打击,提高割缝效率。研究成果对磨料两相射流割缝提高油井采收率具有指导意义。     

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.     

级联式气液旋流分离器数值模拟

针对天然气除液净化问题提出一种新型级联式气液旋流分离器,分别采用雷诺应力模型(RSM)、欧拉液膜(EWF)模型和离散相模型(DPM)对分离器的内部流场、液膜分布和气液两相流动进行数值模拟,并研究部分结构参数对流场和分离性能的影响。结果表明：分离器的流场分布有利于气液两相分离,为使二级分离空间收集的液体顺利降下,进口速度不宜过快;一级排气芯管上半部长度为140 mm和开口高度为60 mm,对应的分离效率最佳,两者对压降的影响较小;减小降液缝隙宽度,分离效率和压降都会提高。     

湍流模型在NexGen燃烧器出口流场模拟中的应用

Nex Gen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定用于开展防火试验的燃烧器。采用商用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,研究其出口流场,为防火试验试验方案的设计提供参考和指导。首先,分别利用冷态流场和燃烧反应的实验数据验证计算模型的有效性;其次,由于燃烧问题和NexGen燃烧器结构的复杂性,为寻求一种能够捕捉其流场变化特性的湍流模型,研究不同湍流模型对出口流场的影响。分别选用Standard k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型进行数值模拟。结果表明,采用不同湍流模型时,计算得到的速度场和温度场不同;而Realizable k-ε模型计算得到的燃烧器出口下游101.6 mm处校准面上的温度分布、七点平均温度和平均热流密度与实验值吻合较好,因此更适用于防火试验的模拟研究。     

低雷诺数开缝圆柱绕流尾迹流场特性

为了揭示开缝对圆柱尾迹流场的影响,采用数值模拟方法对低雷诺数无限大流场中开缝圆柱绕流进行研究,以相对缝宽(即缝宽/圆柱直径)和开缝角为变量,斯特劳哈尔数、阻力系数和升力系数为特征参数,分析不同开缝条件下旋涡脱落和圆柱受力的演化过程。研究结果表明:圆周压力分布受相对缝宽和开缝角的影响较小,圆周压力最小点位置随相对缝宽和开缝角的增大而后移;当相对缝宽为0.1时,最大后移幅度为6.11°;边界层分离点随开缝角增大而后移,而边界层分离点随相对缝宽的变化则因开缝角范围不同而不同;随着开缝角增大,开缝圆柱所受阻力减小,当相对缝宽为0.1、开缝角为90°时,可减阻14.63%,升力先增加后减小,旋涡脱落频率增大。     

结晶器流场的模拟计算与结构优化

数值模拟是有效研究大型工业设备内部流场的手段。采用多重参考系和湍流标准k-ε模型对结晶器内部流场进行描述。利用激光粒子测速仪(PIV)测量的实验室小型搅拌槽的实验数据对计算模型进行了验证,结果表明计算模型可以有效预测搅拌设备内部的流场分布。并在此基础上研究了搅拌桨安装位置及运行参数对流场的分布影响,优化了结晶器的结构与运行参数:搅拌桨安装高度1 000 mm,导流筒柱段长度2 000 mm,搅拌转速70～80 r/min。     

实体PDC钻头流场数值模拟与实验验证

利用计算流体动力学技术对聚晶金刚石(PDC)钻头(型号为BK432)的三维湍流进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的切削齿和射流喷嘴对流场的影响。流场的网格划分采用局部加密的混合网格形式,保证了计算精度和运算速度。流场的三维模拟结果揭示了钻头流场存在低速区、回流区和滞流区域,为钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。为了对数值模拟的结果进行检验,建立了PDC钻头流体测试实验台架,利用粒子成像测速技术对PDC钻头4个喷嘴的出口流场进行了测试。将测试的喷嘴轴向速度与数值模拟结果进行了对比分析,两者吻合较好。     

高负荷扩压静叶中附面层抽吸策略的设计与优化

以某高负荷、大折转角扩压静叶为研究对象,采用数值方法进行了二维叶型和全三维流动层面的附面层抽吸策略设计与优化研究.从流动机理和作用机制出发,揭示附面层抽吸减小流动分离、改善压气机性能的原因.研究结果表明,在实施二维叶型的附面层抽吸时,效果最佳的抽吸位置位于流动分离起始点后的临近区域;进行三维抽吸时,采取叶片表面全叶高抽吸缝和下端壁沿流向抽吸缝的复合抽吸方式,可以有效地控制静叶吸力面及角区的强三维分离流动,改善叶栅流动条件,提高性能.     

超临界汽轮机中压透平级流动传热特性研究

通过采用耦合流场计算和共轭传热的数值方法,研究了超临界汽轮机高压缸冷却蒸汽对中压缸第一级固体部件的冷却特性及其对级气动性能的影响,同时对比了有无蒸汽冷却的中压缸第一级的流场和温度场.结果表明:蒸汽冷却技术可以有效地对中压缸第一级动叶叶片、叶根、转子及轮盘进行冷却.受到冷却孔的抽吸作用而进入冷却孔的冷却蒸汽对冷却孔及周围的叶根区域具有明显的冷却作用.在蒸汽冷却的作用下,中压缸第一级转子系统温度下降的最大幅度达80 K.部分冷却蒸汽进入中压缸第一级叶栅主流道并与主流掺混,从而使得根部反动度增大,动叶通道涡强度增加.所以,蒸汽冷却技术可以有效提高高温转子的运行寿命和安全的可靠性.     

端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流影响的数值研究

湿蒸气透平静叶栅的端壁抽吸槽常用来抽除沉积水膜以防止动叶片水蚀,但它也有可能同时用来抽除端壁上边界层以抑制二次流的发展．作者采用有限体积差分法求解了三维稳态时均ＮＳ方程组,分析了在叶栅前缘附近进行端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流流场、气流偏转角及总压损失系数等气动特性参数的影响．计算结果表明,在前缘附近抽吸端壁边界层可以抑制马蹄涡的发展,减弱通道涡的强度,从而减小二次流损失并提高出口气流的均匀性．     

采用边界层抽吸方法提高透平通流部分效率

介绍采用边界层抽吸提高透平通流部分效率的方法，给出了叶栅部次流损失与来流边界导位移厚度间的定量关系，通过边界层计算和透平级通流计算，确定合理的抽吸流量和相关的透平级通流部分主要结构尺寸，分析对透平极效率及热力特性的影响，对２００ＭＷ汽轮机高压缸的计算表明，主要抽吸技术，可使缸效率提高０．４％左右。     

蒸汽喷射制冷系统喷射器工作特性的实验研究

为确定喷射器的工作特性,评估数值模型计算精度,完善喷射泵抽气理论,构建了小型水蒸气喷射制冷实验系统.实验研究了水蒸气喷射泵性能与工作蒸汽压力、被抽蒸汽压力、背压的关系.实验结果表明,随着工作蒸汽压力的上升,被抽蒸汽流量和引射系数均呈先升高,达到最大值后下降的趋势.随着被抽蒸汽压力的升高,被抽蒸汽流量和喷射器引射系数均增加.在一定背压范围内,喷射器引射系数保持不变,当超过临界背压后,引射系数急剧下降.研究结果对于了解喷射泵抽气特性、改进喷射泵结构和性能优化有参考价值.     

S1/S2相对流面迭代法及其在汽轮机改型中的应用

应用吴仲华教授提出的S1／S2两类相对流面迭代方法，松水蒸气性质计算，并将AMDC（Aeiley/Mathieson/Dunham/Came)损失模型引入到计算中，实现了两类相对流面的迭代计算，用该计算方法对某热电联产汽轮机低压级组通流部分的叶片进行了倾扭复合成型设计，改变了流道中的压力分布，使级反动度沿径向的变化更趋合理，通过参数优化和静，动叶栅匹配，使该级组相对原设计的相对内效率提高了6．6％左右。     

油藏流场定量表征方法及应用

复杂断块油藏经过长期注水开发，导致油藏流场分布愈加复杂，逐渐形成优势流场和弱势流场。优势流场区无效注水循环严重，弱势流场区注水却难以波及，油藏开发效果差，开发调整困难。为此，以黄骅拗陷南部的沧东凹陷枣南孔一段枣Z断块为例，基于真实油藏建立概念模型，开展了复杂断块高含水油藏流场定量化研究。根据油藏静、动态参数对油藏流场的影响程度，优选出渗透率、地层压力梯度、含油饱和度、面通量4个参数作为油藏流场的主要表征参数。在此基础上，基于模糊数学理论建立油藏流场强度计算模型，从而确定了目标油藏的不同类型流场强度划分界限，并针对不同流场类型制定了流场调整技术对策。目标油藏的流场调整实践结果表明，应用油藏流场定量表征方法能有效描述高含水期油藏流场特征，有利于指导油藏层系组合调整、注采井网重构，进而改善油藏注水开发效果。     

汽轮机缝隙抽湿式隔板中的水份运动特性

本文计算并分析了湿蒸汽汽轮机级隔板中大分散度水份的尺寸分布、运动特性及沉积位置。利用平板上的气-水膜两相流试验装置,研究了流动参数对沉积水份流动形式的影响,并测定了壁面上抽湿缝隙的去湿率与抽吸压差、缝隙宽度、汽流切应力及水膜雷诺数等参数的关系.     

双吸泵内流场的三维数值模拟及流动分析

基于RANS方程、k-ε模型和Simple算法对双吸泵内部流动进行了数值模拟.根据模拟的计算结果,对双吸泵的内部流进行了分析,计算了双吸泵性能,并将性能预测的计算值与实验值进行了对比,表明在大流量情况下两者符合得较好,对进一步优化双吸泵的设计提供了一定的依据.