基于泵内纸浆悬浮液数值计算的纸浆泵设计

在由吸水室、前盖板、半开叶轮和涡壳组成的过流部件内，对纸浆悬浮液的流动进行了三维不可压两相湍流流动计算．计算采用双流体模型及κ-ε湍流模型，Phase Coupled SIMPLE算法进行压力速度耦合计算．根据计算结果，对两相流动的速度、压力及体积分数进行了对比和分析研究．发现在叶轮叶片数较少的情况下，叶轮流道内速度变化不均匀．并着重对前盖板与叶轮间隙内的流动进行了分析，揭示了半开式叶轮输送两相流介质的优点所在．该计算结果为建立少叶片半开式叶轮纸浆泵的设计方法提供了理论依据．根据新的设计方法设计出的纸浆泵，效率经检测高出国家标准17．5％．     

纸浆流动的数值模拟

作者分析了有关宾汉流体的计算及湍流两相流的现状，在k-ε湍流模型和使用壁面函数法处理近壁区问题的理论基础上，通过引入一些合理的假设，建立了一个比较有效的处理纸浆纤维悬浮液的数学模型，并对其进行了数值模拟。作者通过对直圆管中纸浆纤维悬浮液两相端流的模拟，证明了流核区的存在（r/R=0-0.2)。由纤维相和液相的速度分布，说明了滑移扩散连续介质模型的正确性，将不同初始湍流强度进行比较，可进一步解释有关“阻力减小”的现象。     

压力筛内部纸浆悬浮液流场的数值模拟

为了克服废纸浆压力筛筛浆过程中孔、缝堵塞问题,在分析测试废纸浆在不同浓度下黏度的等流体特性的基础上,通过Unigraphics NX(UG)软件对压力筛内部流场建立模型,运用计算流体动力学软件(ICEM CFD)和FLUENT软件对压力筛内部纸浆悬浮液流场进行数值模拟,得到了压力筛内部筛浆区流场的压力、湍流强度和流速的分布。结果表明:对于常用典型代表性的浆料和结构特征以及运行参数的压力筛,波纹筛板湍流强度最高为306%,而筛孔内湍流强度最高为128%;筛孔进口处最大流速为8.16 m/s,出口处最大流速为3.5 m/s,平均流速约为1.2 m/s;筛框处旋翼头部静压力最大约为1.8×105Pa,旋翼尾部静压力最小约为6.92×104Pa。     

基于Galerkin有限元方法的射流泵流场数值模拟

以原参数形式的Navier-Stokes方程为基础,采用Galerkin有限元迭代解法和时间推进解法,在Baldwin-Lomax二层代数湍流模型下,对射流泵内部轴对称流场进行数值模拟,求解过程中引入波阵解法,提高了计算效率;采用混合插值函数避免了压力振荡;采用简化迎风有限元技术,避免了解的非物理振荡和发散,以大峡大电站顶盖排水射流泵为实例进行计算分析,得到了全流场的速度、压力分布,与实验结果基本一致。     

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.     

无堵塞泵CAD软件开发及其内部流动数值模拟

我校开发的“无堵塞泵CAD软件开发及其内部流动数值模拟”技术日前通过省科技厅组织的鉴定。针对流道式无堵塞泵的效率一般比普通清水离心泵低3％～8％的问题,本课题对流道式无堵塞泵CAD软件     

纸浆纤维悬浮液的流动和模拟

纸浆纤维悬浮液流动力学可用于描述现代造纸机的流送和成形过程,为造纸过程及装备的优化设计提供理论依据.文中概述了纸浆悬浮液的特点及其模型和模拟方法,阐释了相关测量技巧,提出了将新的流场测量技巧与先进的软件相结合来研究特殊的多相流-纸浆纤维悬浮液的流动力学,重点介绍了笔者所在团队近期对纸浆悬浮液在多种模型中的流动与模拟研究以及PIV测量技术.最后阐释了这些理论研究成果在自行研制的国产高速造纸机的流浆箱和成形装置结构优化设计方面的应用.     

离心式心脏泵内部流场数值模拟与分析

利用CFD软件对采用一元理论的方法所设计的无回流区和有回流区2种离心式心脏泵进行数值模拟,考察和分析人工心脏泵叶轮内部流场的分布,揭示叶轮内部流动的特殊规律和流动机理.通过数值模拟得到心脏泵流道内的切应力、速度和压力分布云图,分析2种模型对血栓和溶血的影响.结果表明,有回流区离心式心脏泵模型内部流场要比无回流区离心式心脏泵模型内部流场更符合血液动力学的要求,对血细胞的破坏更小,具有更好的抗血栓和溶血性能.     

不等梯形迷宫螺旋泵内部三维流场的数值模拟

借助Fluent软件,采用湍流模型对一种转子螺纹头数与定子螺纹头数不等的梯形迷宫螺旋泵的内部流场进行了数值模拟,并分析了内部流场的速度与压力的分布规律。结果表明,此模拟泵的增压效果明显,泵内螺旋区域流体处于紊流状态,沿螺旋区域壁面法向,流体的速度梯度和压力梯度较大,流体对壁面冲击较大。     

深海采矿提升泵的数值模拟分析

针对深海底矿物粗颗粒浆体在提升泵内的流动问题,提出了一种新型粗颗粒-均质浆体两相流动模型．采用流体动力学软件CFX对两级提升泵内的粗颗粒固-液两相湍流进行了数值模拟.计算获得了粗颗粒在提升泵内的流动特征及其泵工作特性的仿真结果,并与两级提升泵的性能试验结果进行对比,两者能较好地吻合,从而验证了该两相流动模型和数值模拟的有效性和准确性.     

凸轮泵转子设计及内部瞬态特性数值模拟

以两叶、三叶凸轮泵为主要研究对象,首先建立渐开线型两叶、三叶凸轮泵转子型线,然后以CFD软件Fluent为工具,采用RNGk-ε湍流模型和PISO算法,并且借助Fluent动网格技术和UDF函数对凸轮泵内部流场进行非定常的动态数值模拟,研究凸轮泵内瞬时流场分布以及压强、速度变化规律.结果表明:基于动网格技术的凸轮泵内部流场的动态数值模拟,能够较真实地反映凸轮泵内部湍流流动的流场分布以及两叶、三叶凸轮泵内部流场的压强和速度的动态变化.由于凸轮泵转子之间、转子与泵内壁间间隙的存在,高压区域会通过间隙向低压区域高速返流,且压差越大涡旋越强,回流冲击越大,最终结果使得工作腔的压力升高.不管两叶还是三叶转子在转动时内部都会产生涡旋现象,且涡旋的位置、形状和大小随着转子的转动而周期性地产生、发展和消失.     

基于流场数值模拟的多级泵转子动力学分析

根据多级泵零件二维图,应用Pro/E软件对转子系统主要部件进行实体建模,采用FLUENT软件对多级泵内部流场进行数值模拟,分析了轴向力及径向力随不同工况的变化情况,基于ANSYS软件对转子系统施加静力载荷,进行静力学、谐响应和瞬态动力学等分析.结果表明:转子系统在第1阶临界转速下的安全区运行,转子系统的振幅与转速变化呈...     

水泵内部的三维数值模拟

采用标准k-ε模型和SIMPLE算法，对一台单级轴流水泵动叶轮的流场进行了数值模拟，根据计算结果对该水泵的性能进行了分析，从而表明，利用CFD进行流体机械设计可以大大减少实验成本，缩短实验周期，对于从事流体机械设计的工程技术人员有一定的参考价值。     

基于数值模拟的混流式血泵结构改进

轴流式血泵转速过高、离心式血泵易产生流动死区是造成血液损伤的重要原因,而混流式血泵能有效缓解转速过高及流动死区问题。基于此,采用计算流体力学方法对闭式叶轮混流式血泵进行了三维流场仿真,分别探究了不同叶片数和叶片厚度的混流式血泵的性能,分析了血泵流场特性及压力分布情况;基于溶血幂函数模型,通过拉格朗日粒子追踪法进行血泵的溶血性能预测,得到水力性能与溶血性能良好的血泵结构参数。结果表明,当叶片数为5、叶片厚度为0.8 mm时,扬程更接近预期设计目标,能够满足血泵供压需求;溶血指数比原模型降低14.65%,有效降低溶血程度;内部流场均匀稳定,未出现回流、流动死区问题,有效防止血栓产生;叶片进口处低压区域减少,有效缓解空化现象产生。研究结果可为闭式叶轮混流式血泵的结构改进及性能改善提供依据。     

无过载离心泵内部流场的三维数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对最大轴功率值小于1.1倍的额定功率值的无过载离心泵进行数值模拟,得出叶轮内流道的压力和速度分布规律,为无过载离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供依据.根据泵进出口速度、压力分布规律,预测泵的能量特性曲线.结果表明,叶轮内工作面相对速度较小,背面相对速度较大;从工作面到背面,相对速度大小变化较大;从进口到出口,沿相对运动流线方向上相对速度变化不明显;叶轮内没有出现边界层分离;蜗壳几何结构的非对称性以及蜗壳与叶轮的相互作用是导致泵内流场不对称的主要原因.     

旋喷泵集流管的设计方法及内部流场分析

通过对一种新型极低比转数旋喷泵的研究分析,采用连续方程、动量方程、交错网格和Simplec算法求解,对旋喷泵矩形叶轮在相对坐标系下和转子腔、集流管在绝对坐标系下的内部流动分别进行全三维数值模拟.通过分析研究旋喷泵内部流动规律得出转子腔及集流管内部流动的速度场、压力场的分布规律并比较3种模型的优劣,为旋喷泵设计和能量损失分析提供理论依据.研究结果可以用于旋喷泵的性能预测以及集流管的优化设计.     

基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化

利用CATIA软件建立爱丽舍轿车车身的三维模型,在ANSYSWorkbench软件中建立其有限元模型。导入fluent软件中,采用Realizable志_￡湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,得出其风阻系数和升力系数,并根据数值模拟的结果对该款车的外部流场的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车车身外形进行优化设计,减小了风阻系数和升力系数,同时也减弱了轿车尾部的涡流运动,获得较好的空气动力学特性。     

中比转数离心泵内部流场的三维数值模拟

基于全三维不可压缩雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,采用压力-速度隐式修正SIMPLEC算法,应用FLUENT软件中提供的多重参考系模型(MRF),对具有扭曲叶片的中比转数离心泵内三维不可压缩湍流流动进行数值模拟,探讨泵流道内的压力及速度分布规律,揭示泵内的回流、高速、高压流动现象.结果表明:扭曲形叶片汽蚀性能较好,但靠近隔舌流道内的回流、叶片流道内的局部高速和高压流场会影响离心泵效率,对隔舌和叶轮叶片结构进行优化是提高中比转数离心泵效率的途径之一.     

基于内流场的可逆式水轮机转轮设计

针对可逆式水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转速混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的可逆式水轮机进行水力设计、Pro/E三维造型.计算采用雷诺时均方程和RNG κ-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.数值计算结果表明,可逆机水轮机工况的最优效率达到91％,水泵工况的最优效率达到82％,反复修正模型还有进一步提升的空间.