振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。     

简谐激励下滑移体系振动的条件

运用等效线性化方法阐述了摩擦滑移体系在简谐激励下产生振动的条件。     

跨音速下旋成体干扰流场计算

应用粘性-无粘性干扰方法计算了亚跨音速下旋成体的轴对称绕流流场,并着重研究了船尾处的后体流场.将流场划分为无粘的位流区和粘性影响集中的边界层区,利用有限差分法和积分关系式法分别求解之后,以边界层位移厚度为粘性匹配条件进行耦合计算,求出弹身表面的压力分布.该方法可直接用于计算导弹燃气喷流产生的“阻塞”效应对船尾-后体流场的影响。     

不同伴随流条件下的集束射流流场特性

针对不同伴随流参数条件下的集束射流和普通超音速射流流场特性进行数值模拟和试验研究。研究结果表明:伴随流气体影响喷管出口温度和压力,导致超音速主射流速度和温度出现重复波动;高温、大流量伴随流气体形成的低密度和高速环境可保护超音速射流,降低射流径向的扩展率和轴向速度的衰减速率;伴随流气体温度越高,流量越大,射流速度和温度核心段长度越长。与普通超音速射流相比,伴随流气体改变射流半速度宽度和涡量的分布;伴随流温度越高,流量越大,射流在更长的距离内保持较低的湍流强度。     

简谐激励下磁流变弹性体支撑悬臂梁碰撞特性分析

利用磁流变弹性体在外加磁场作用下刚度可调可控的特点,基于剪切受力方式,设计以磁流变弹性体作为主要弹性元件的支撑结构,搭建简谐激励作用下悬臂梁碰撞故障实验系统.对不同外加磁场控制电流作用下系统的振动响应特性进行了实验测试,分析和研究了系统在不同控制电流下的移频降幅性能,以及碰撞工况下的振动响应.实验结果表明:在控制电流作用下,能有效增加磁流变弹性体的刚度,实现系统的固有频率和振幅的可控性;控制悬臂梁碰撞故障严重程度,提高设备寿命.     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.     

减阻杆对旋风分离器流场特性的影响

为了解减阻杆对旋风分离器流场特性的影响,利用激光多普勒测速仪(LDV)对安装减阻杆前后的旋风分离器流场进行测量,得到了时均速度、均方根速度、雷诺应力等参数分布。结果表明减阻杆对时均流场的影响与现有结论基本一致,对湍流特性的影响则与减阻杆截面尺寸有关。在所采用的尺寸范围内,小尺寸减阻杆使流场大部分区域的湍流脉动降低,大尺寸减阻杆则使流场大部分区域的湍流脉动增强。最后对减阻杆影响湍流脉动的机理进行了初步分析。     

气水分离器的流场计算

分析了气水分离器的通流特性对船舶主柴油机进气量增压系统的影响，提出了气水分离器的科学设计对增压系统乃至主机的性能都有着直接的重要作用，进而借助于计算流体力学方法对气水分离器的内部流动进行了数值模拟，采用的计算方法从根本上避免了直角坐标网格的锯齿形边界所诱发的强烈湍流作用，得出了疏水槽拐角处小扩散段的存在抑制了大涡的发生，也使流动阻力大为下降的结论，指出前弯型疏水槽是气水分离器结构设计的必然选择，而前弯的弯钩型疏水槽又是一种减阻效果最明显，疏排水性能最好的气水分离器结构。     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行了分析。结果表明,脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。     

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。     

圆柱型桥墩绕流的流场特性实验分析

桥墩尾流中的水流的脉动是影响桥墩局部冲刷作用的动力因素之一,而水流脉动中的漩涡结构又是其主要组成部分,本论文以模型试验为基础,运用PIV技术测量了圆柱桥墩模型绕流后方流场的水平切面,在此基础上做了尾涡摆动周期验证和时均流场分析,并利用ADV测得圆柱绕流后方流速测点的三维瞬时流速,分析了圆柱后方水流的脉动主频。     

简谐信号的小波变换特性

根据小波变换的定义,研究了单频简谐信号的连续小波变换和离散小变换的特性,结果表明它与白噪声的特性显著不同,还发现了单频信号的离散小波变换的偏置现象。     

静电分离器中电流体流场可视化研究

采用粒子成像测速技术(PIV)对线-板式静电分离器中微米级别油滴(2μm)的流动特征进行可视化研究,得到在充分发展的层流条件下(进口气流流速0.16 m/s)电流体随施加电压变化的典型流型及速度分布。结果表明:电流体流型和速度的分布随着施加电压的改变而变化;在外加电压低于起晕电压(小于8 kV)时,流场没有明显变化;随着电压的升高(8～12 kV),放电电极附近及分离器的下游油滴在静电力的作用下以喷嘴的形式向两个收集电极移动,径向运移速度和放电电极上游轴向速度随电压升高而升高;当施加电压大于12 kV时,在放电电极上游电流体二次流以两个对称的反向旋转涡的形式出现,涡的大小随着电压的升高而增大,径向运移速度最高可达0.4 m/s,同时在静电分离器下游出现回流,二次流和回流的出现阻碍了流体沿轴向运移;分离效率随着施加电压的增大而增加。     

旋风分离器气相流场的数值模拟

为了考察适合旋风分离器流场模拟的湍流模型,采用三维贴体网格,应用ＰＨＯＥＮＩＣＳ程序对某旋风分离器气相流场进行了数值模拟,湍流模型分别采用标准ｋ－ε模型和Ｃｈｅｎ－Ｋｉｍ模型。通过计算结果与实验数据的对比发现,与标准ｋ－ε模型相比较,Ｃｈｅｎ－Ｋｉｍ模型更适合于模拟涡旋流动,可以用来进行旋风分离器流场模拟。     

PV型旋风分离器流场的研究

用五孔探针和热线风速仪对高效PV型旋风分离器流场进行了全面的测定.依据流场测定结果,运用平均速度场模式简化雷诺方程,并依据热线风速仪测定结果,给出了涡动粘度的经验计算公式.在将分离器分离空间流场简化为轴对称流场的前提下,对简化了的雷诺方程进行数值求解,讨论了切向速度和轴向速度分布与径向速度分布的关系,并给出了与实测结果吻合较好的切向速度、轴向速度和静压的理论计算结果.     

井下旋流油气分离器流场数值模拟

鉴于现有油气分离器效率较低,为改善高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵机组效率低下的问题,选择雷诺应力模型作为湍流模型,代数滑移混合模型作为多相流模型,对井下水力旋流油气分离器内的两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了两相介质等浓度分布图和轴向速度矢量图,并将数值计算结果与同结构的水力旋流油气分离器样机的室内模拟试验结果进行了对比。研究结果表明,数值计算得到的各种图完全符合已知的旋流器流场分布规律。水力旋流器经过结构优化设计不仅可以进行井下油气分离,且分离效果较好,适用于较大流量和高含气率的油井条件。     

井下旋流油气分离器流场数值模拟

鉴于现有油气分离器效率较低,为改善高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵机组效率低下的问题,选择雷诺应力模型作为湍流模型,代数滑移混合模型作为多相流模型,对井下水力旋流油气分离器内的两相流场进行了数值模拟.通过数值计算得到了两相介质等浓度分布图和轴向速度矢量图,并将数值计算结果与同结构的水力旋流油气分离器样机的室内模拟试验结果进行了对比.研究结果表明,数值计算得到的各种图完全符合已知的旋流器流场分布规律.水力旋流器经过结构优化设计不仅可以进行井下油气分离,且分离效果较好,适用于较大流量和高含气率的油井条件.     

超声速旋流分离器内气液两相流流动特性

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值方法对超声速旋流分离器内部复杂的气液两相流场进行数值计算。在数值模拟中,采用RNG k-ε模型模拟气相流动,采用离散相模型(DPM)追踪颗粒运动轨迹。以湿空气为介质,测量超声速分离器的轴向压力并与数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果和测量值较为一致;气体进入超声速喷管后发生膨胀形成低温(-70℃),使天然气中的水凝结为液滴,同时气体经旋流叶片产生旋流,经中心体的收缩形成较大的离心加速度(300000 g);在巨大的离心场作用下极少部分液相颗粒随气相从扩压器流出,大部分液相颗粒与旋流分离段壁面碰撞被吸附或直接进入积液槽空间被排出,达到气液分离的目的。     

悬臂杆受简谐激励的主共振响应

基于Hamilton原理,得到了杆受横向简谐激振力作用的非线性强迫振动控制方程组.运用Kantorovich平均法将非线性偏微分方程转化成一组常微分方程,考虑一端固定、另一端自由的悬臂杆模型,采用打靶法得到了主共振的数值结果.详细考察了激振力频率及其力幅对主共振响应的影响,发现了悬臂杆的软弹簧特性.