新型导流叶片式高浓锥形除渣器内部浆料流场研究

为提高除渣器对造纸过程中产生的高浓重杂的去除效率,将导流叶片应用到造纸用高浓重杂除渣器结构改进上,并用ICEM软件对其模型划分混合结构网格,通过Fluent软件对其内部3%质量分数纸浆悬浮液进行数值模拟,同时分析其内部浆料运行轨迹、压力和速度分布特征。结果表明:导流叶片式锥形除渣器内部流场具有对称性,浆渣分离更加平稳; 浆料流场由除渣器内壁附近的外旋流和中心区域的内旋流组成; 在进浆速度4 m/s时,良浆出口流量为4.424 kg/s,尾渣出口流量为1.083 kg/s,纤维收集效率为80.54%,比传统除渣器提高了约10%; 同时新型除渣器内部浆料流速更快,克服了传统除渣器短路流对除渣效率的影响,除渣效率提高3%以上。     

基于FLUENT的压力缝筛波纹形状的改进机制

为了使压力筛中的浆料更好地导向筛缝和提高筛选能力,必须减小或消除压力缝筛波纹处的涡流。利用UG软件对筛缝处的局部流场造型,运用FLUENT软件对筛缝处的流场进行数值模拟;分析比较了不同造型的波纹形状,得到流场的压力、湍流动能和速度的分布云图。结果表明:在实验条件下,筛缝入口倒角值越大,筛缝入口处的浆料流体流线形态越平滑;当倒角半径增至0.4 mm时,涡流状态消失;波纹筛缝入口两侧的圆倒角半径均为0.5 mm时,浆料流动形态最好,通过率最大,比改进前提高了12.4%。     

基于流体运动仿真的不同林冠形状抗风强度分析

【目的】研究强风力扰动下不同林冠形状的森林内部风场分布情况,为防风林营造与种植过程中树种的选择提供理论依据。【方法】 首先建立3种不同冠形林分模型(其中冠部为多孔介质模型),并根据冠形对应树种的消光系数确定多孔介质的孔隙率与叶面积指数(leaf area index, LAI)的关系; 然后以k-ε湍流模型为基础,在动量方程中添加源项,建立三维树冠流计算模型,计算3种冠形在强风力下林分内部各处风速、风压与湍流动能强度。【结果】 圆锥形林冠林内风速最小值(0.047 m/s)与圆台形林冠林内风速最小值(0.076 m/s)相差0.029 m/s。椭球形林冠林内风速最小值为0.940 m/s,且波动大于其他冠形。圆锥形林冠林内压差与湍流动能强度均最小,分别为30.22 Pa和0.17%。椭球形林冠林内压差最大,压差均值为62.14 Pa。圆台形林冠林内湍流强度最大,最大值为25.19%。【结论】 结合湍流动能强度对树木抗风安全性的影响,以及风速的降低和压差减少作用,在构建防风林体系时,应选择与圆锥形林冠特点相似树冠的树种,使得防风林的抗风效果更强。     

高压旁路阀流动传热特性

为揭示高压旁路阀阀内流体流动传热机理,采用FLUENT软件中的多相流Euler模型数值模拟研究高压旁路阀内部的流动传热过程,然后运用热耦合技术将流场温度耦合到阀体以研究阀体温度分布。研究结果表明:在高压差下,阀内流场速度整体较快,平均流速为10~30 m/s,其中最大流速出现在蒸汽与减温水喷嘴混合处,流速高达80 m/s,阀内温度场总体呈现入口高、出口低的特点,蒸汽入口温度为870 K,出口平均温度为660 K,最低温度出现在拉伐尔喷管处,约为470 K。阀体外表面无保温层时阀体温差大,约为203 K。     

孔板式锥形布浆器孔口均一性布浆的结构优化

孔板布浆器广泛用于中高速纸机流浆箱,为使其布浆流动更高效均一,需将分布元件内的涡流效应进行最小化设计。利用UG建立局部流场模型并利用CFD进行模型网格划分,然后导入FLUENT软件进行流体分析; 比较了台座式和无台座式两种孔板孔结构下的流体特征,获得流场的压力、湍流动能以及速度的分布云图等数据图。结果表明:在选取布浆口流速3 m/s、孔口直径14 mm、相邻孔间距40 mm条件下,台座式以及单孔入口处的有倒圆角的孔板孔口涡流效应明显减弱,而浆流动效率相对提高,且随着倒圆角半径增大,这种作用更加明显; 对于多孔板而言,当倒角半径增至1.5 mm时,相邻孔之间的影响较小,纸浆流体形态最好,浆料分布最均匀,较结构改进前的流动效率提高了125.78%。     

天然气水合物开采管道水力提升数值仿真分析

针对天然气水合物深海开采系统中管道的水力输送过程分析以及参数选择等问题,提出此系统的垂直提升硬管中管径、浆体流速、矿物密度、颗粒粒径和体积分数各参数及其范围,列出14种方案并以上述参数为依据划分为4组,基于FLUENT软件中的Eulerian模型,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型对上述方案进行数值仿真和分析。研究结果表明:颗粒在垂直管道入口附近处体积分数高,往出口方向体积分数降低,且颗粒向中心聚集;浆体流速为中心区域大,略大于浆体进口流速,管壁附近小,接近于0 m/s;由压力损失、阻力损失与效率的关系,结合仿真数据分析得到的最优方案是管径为300 mm、浆体流速为1.65 m/s、矿物密度为1 190 kg/m~3、颗粒粒径为10 mm、体积分数为25%;在一定范围内,管径大、流速低、矿物密度小、颗粒粒径小、体积分数高对于天然气水合物管道水力提升有利,矿物密度对输送系统影响最大、颗粒粒径对输送系统影响最小,对工况的选取提供理论依据。     

畅流活水净化动力学行为分析

针对河道和湖泊水质净化处理问题,从水动力学方面优化水体自身的水质净化能力,基于FLUENT软件分别建立二维和三维水动力模型,模拟注水过程中流场的变化,以流场中流速、压力以及湍流强度为指标,研究不同注水位置对水质自净化过程的影响。结果表明:在深度方向上,随着进水口位置的下移,流场活跃范围减小,死区增多;在流动方向,流动距离越远,流场湍流强度越大;在宽度方向,流场流速,压力和湍流强度均以中间进水口的纵向截面对称,流速主要集中在进水口主流区,以及末端的回流处。进水口越接近上部,对于水体的自净化促进效果越好,建议采用上部注水方式来促进河道自净化。研究结果可对促进河道水质自净化提供参考和建议。     

U型回采工作面回风隅角布置方式对风流流场的影响研究

为研究矿井工作面回风隅角风流流场与其布置方式之间的关系,应用FLUENT软件,建立回风隅角滞后和正常布置2种几何模型,结合现场相对压力的变化趋势,模拟分析2种模型回风隅角的压力和流场分布情况。结果表明:何家塔煤矿50105工作面回风隅角滞后1.5 m时,其回风隅角相对压力较正常布置时高,且其变化趋势与现场具有较好的一致性;回风隅角支架后方处于最大流速仅为0.16 m/s的涡流中,而正常布置时支架后方最大流速可达0.3~0.45 m/s且涡流范围很小;回风巷外帮附近,回旋流以大于正常布置时约0.2 m/s的速度将附近气体带向回风隅角,但在支架后方的涡流区域,其风流速度又小于正常布置。根据对比分析,回风隅角滞后时,回风隅角处会产生较大范围的涡流,影响有害气体的流散,应尽量避免回风隅角的滞后,或通过改变回风隅角风流流场的方法来防止有害气体积聚。     

液液射流装置的搅拌混合效果

以活性污泥、消化污泥为研究对象,分析液液射流搅拌装置对这两种污泥在搅拌槽内混合效果;同时利用计算流体力学软件ANSYS Fluent 15.0模拟了在入射压力为226 043 Pa工况下,射流搅拌装置的工作性能。该入射压力下,液液喷嘴泵送活性污泥时入射流量314.57 m~3/h,入射速度为3.37 m/s,消化污泥入射流量为312.05 m~3/h,入射速度为3.20 m/s。模拟结果表明在液液喷嘴内部搅拌混合效果不受流体性质的影响,均得到很好的搅拌混合;但在搅拌槽内活性污泥的搅拌混合效果明显优于消化污泥,搅拌槽内活性污泥流速方差加权平均值f为144.24,死区的体积分数φ为13.33%,平均流速为0.108 2 m/s,消化污泥在搅拌槽内的平均流速为0.031 8 m/s。     

大幅面激光选区熔化成型仓流场特性研究

采用Fluent仿真软件，建立多种典型大幅面成型仓结构，通过SpaceClaim软件对建立的大幅面成型仓进行流场抽取，获取激光选区熔化成型仓内部的流体域，并根据成型台面上方位置以及激光镜头下方位置，对多种结构进行流场特性及流场均匀性分析. 研究结果表明，多孔风墙成型仓内部形成稳定均匀的气体流场，在成型台面上方20 mm处，流速为284~308 mm/s；在激光镜头下方位置处，整体保护气体流速为142~175 mm/s；并且内部可以形成一个从进口到出口的循环气流，将没有及时排出的烟尘在多次流动后排出成型仓.     

强驻波声场中脉动速度特性

利用激光多普勒测速仪对管内空气强驻波声场中脉动速度特性进行了测量.实验结果表明:强声场对流场有很强的调制作用,使流场产生了与声波同频率的周期性脉动,且脉动幅度随着声场强度的增加而增大.管内声场强度不大时,实验值与理论值吻合较好;声场强度超过160dB后,出现了声湍流现象,实验测量值与理论计算值之间存在明显的偏差.当管内压力波幅处声场强度达到164 dB时,距离反射板130 mm位置处(sin kx=0.67)湍流脉动速度均方根值为3.50 m/s,达到了该位置处脉动速度幅值的45%,表明强驻波场声湍流脉动非常剧烈.     

涡流发生器对3/4汽车模型风洞流场品质的影响

采用数值计算的方法对3/4开口回流式汽车风洞喷口处的涡流发生器进行了研究.对比研究了三种不同片数的涡流发生器对流场品质的影响.首先采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程求解了流场的定常特性,接着采用大涡模拟(LES)方法对流场的非定常特性进行了研究.并就两种计算方法给予了相应的试验验证.对比计算结果得到涡流发生器可以在一定程度上提高流场均与性,尤其是三片式涡流发生器的工况能较好地拓宽风洞测试区的高流速区域的范围,降低测试区的静压梯度,减小试验段内的湍流度和剪切层内的湍流度,延长测试段内低湍流区的长度,分散流场内的脉动能量,降低低频颤振敏感频率区的能量聚集.     

基于数值模拟的高海拔地区离心泵性能分析

为了解高海拔地区离心泵的运行特点,采用Fluent软件中的MRF模型,以离心泵在3 000 m的实际运行参数为输入量,对不同海拔高度(0 m、1 000 m、2 000 m、3 000 m、4 000 m、5 000 m)情况下离心泵的内部流场进行数值模拟,探讨其压强、速度的变化规律。结果表明:海拔高度为5 000 m时离心泵内部流场的平均压强为47 672.15 Pa,是平原上平均压强的50%;海拔高度对离心泵内部速度场以及速度矢量场的影响作用很小,可忽略不计。     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

欧拉模型的后混合水射流喷丸喷头内流数值模拟

为研究后混合水射流喷丸喷头内部两相流的运动规律,采用FLUENT软件对其内部液固两相流场进行数值模拟。根据其流动特性,数学模型采用欧拉模型,湍流模型采用标准的k-ε模型,并将固体相看作拟流体,分析喷丸压力和靶距对轴向速度和轴向动压强的影响。结果表明:喷头内的轴向速度和轴向动压强的变化规律是相似的,并且在相同的喷丸条件下,水流场的轴向速度大于弹丸流场的轴向速度,水流场的轴向动压强小于弹丸流场的轴向动压强。当喷丸压力为10MPa、靶距为55 mm时,水流场和弹丸流场在弹丸喷嘴出口处的轴向速度分别为63.3和56.9 m/s,水流场和弹丸流场在弹丸喷嘴出口处的轴向动压强分别为1.97和3.94 MPa。     

硅压阻流速仪及其应用

由两根平行放置的皮托管作为测压探针，硅压阻传感器作为压力敏感元件组合成的流速探头，尺寸小，动态频响良好（士１ｄＢ频带宽为１２００Ｈｚ），适用于一维的动态流速测量。配套用的放大器设有温度和频率补偿及线性化电路，可得到线性的输出信号。在国管和明槽内进行的断面流速分布量测结果与理论计算值以及其它仪器的实测资料能较好地符合。在雷诺数不大的情况下可以测出边界底层内的紊动强度分布。     

等离子体流动控制的前掠翼静气弹发散主动抑制研究

针对前掠翼静气动弹性发散问题,基于等离子体流动控制与流固双向静力耦合技术,通过求解三维定常可压N-S方程与结构静力平衡方程,在亚声速条件下施加等离子体激励和不施加激励时对其进行对比仿真研究。前掠翼选用NACA0015翼型,等离子体流动控制采用唯象学模型,施加在机翼上表面前缘。研究结果表明：在前掠翼外侧上表面前缘施加等离子体激励后,激励区附近局部来流经激励受到电场力做功,总能量增加,动能与压力势能分别有不同程度的增大,外在表现为上表面局部流速加快,压力增大,升力有一定损失,下表面压力基本不变,在机翼前缘外侧靠近翼尖处产生低头力矩,可控制前掠翼弹性变形,有效抑制其气弹发散,且随着激励强度的增加,抑制作用逐渐增强。研究结果可为变前掠翼飞行器的气动弹性设计和机翼的流动控制等提供参考。     

复合层压板力学性能试验分析

利用工农业废物（废纸浆、玉米芯轴等）制成复合层板,并对复合层压板力学性能进行试验．结果表明,它的静曲强度,比强度和承载能力高于单层板材．从复合层的夹芯层和贴面板力学作用进行分析,阐明复合层压板结构的合理性．     

后混合水射流喷丸喷头外流连续相数值模拟

为研究后混合水射流喷丸喷头外流场的运动特性,应用FLUENT软件对后混合水射流喷丸喷头外流场连续相进行了数值模拟。根据射流的湍动特性,连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型。分析喷丸压力和靶距对外流连续相轴向速度和轴向动压强的影响。结果表明,外流连续相水的轴向速度和轴向动压强具有显著对称性,最大轴向速度和轴向动压强均出现在射流轴线上。其值随喷丸压力的增加而增大,随喷丸靶距的增加而减小。当喷丸压力为350 MPa、喷丸靶距为50 mm时,最大轴向速度为22.0 m/s,最大轴向动压强为0.24 MPa。该研究为外流离散相弹丸运动状态的分析奠定了基础。