山地灌溉管道水力特性的数值模拟

有压管道的水力特性是管道设计工作的依据和前提。为研究山地灌溉输水管道水力特性,该文建立山地灌溉输水管道水动力学数学模型,运用计算流体动力学数值模拟方法,对有压灌溉管道中凸起管段的水力特性进行模拟。该文以输入流量为控制变量,计算管道水流能量损失,分析了Re与管道凸起段135°弯头局部阻力系数的关系;研究输水管道凸起段水压和流速分布特性。结果表明:当Re5.0×104时弯头局部阻力系数随着Re增大而迅速减小,当Re7.0×104时弯头局部阻力系数趋于稳定,当2.3×104Re7.0×104时,弯头Ⅰ、弯头Ⅱ、弯头Ⅲ、弯头Ⅳ局部阻力系数变幅范围为4.12~0.37;弯头处静压分布均表现出外侧压力大,内侧压力小;速度值的大小均表现为弯头外侧速度小,内侧速度大。     

壁面局部振动的二维管内流动分析

通过求解二维雷诺时均Navier-Stokes方程,对壁面局部振动的二维管内流场进行数值模拟,分析边界条件在不可压缩计算及可压缩计算情况下对壁面局部振动流动状态的不同影响.研究表明,在不可压缩计算情况下,总压入口条件相对于速度、质量流量入口条件限制少,壁面振动可同时影响振动壁面上、下游的流动参数.在壁面振动管道内,尽管马赫数Ma0.3,可压缩流体的流动现象是完全不同于不可压缩流体的.边界条件对于高频振动计算结果的影响比低频振动计算结果的小.因此,在模拟燃气轮机小幅高频振动叶栅的实际工程问题中,必须采用可压缩计算.在相对平缓、充分的入口段条件下,仍然可以采用常规模拟叶片绕流时的速度入口边界条件进行计算.     

冲压增程弹用进气道试验与数值研究

对某冲压增程弹用超声速双锥进气道流场特性进行研究,在风洞试验中得到合理的流场结构图谱及试验数据.采用块结构网格与二阶精度流场分区求解技术,对该超声速进气道内外流场进行数值研究.通过数值模拟得到了对应于不同出口反压和攻角情况下,超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构,分析了进气道内外流场的形成过程.结果表明:数值模拟得到的流场结构波系图与风洞试验纹影图一致,并且进气道扩压段静压分布以及进气道出口位置的总压分布与试验结果基本一致.     

站间输油管道内部受力简化模型

根据流体力学基本方程,建立了输油管道内部受力计算模型,进行了实际工程计算。同时结合FLUENT数值分析结果,对比了静压、动压和内壁切应力对管道内部受力的影响大小,给出了修正的站间水平输油管道静压计算公式。研究表明:水平输油管道动压、内壁切应力对管道影响不大,对站间输油管道进行内部受力分析时应以静压为主;站间输油管道静压值与管长、弯头相关,不同位置处的静压值应根据石油出站压力进行一定折减。     

前混合磨料水射流除鳞喷嘴混合腔内部流场

基于计算流体动力学多相流混合物模型,应用FLUENT软件对前混合磨料水射流除鳞喷嘴高压水与磨料混合腔内部流场进行数值模拟.比较了不同进料方式对流场均匀性的影响.分析了两侧为高压水入口条件下,磨料入口直径、高压水入口直径、高压水入口位置和角度以及收缩段锥角对流场混合均匀性的影响,得到了影响混合腔内部流场混合均匀性的合理结构参数.数值计算结果表明:入口速度一定的条件下,磨料中进式喷嘴混合腔的混合均匀性优于磨料侧进式喷嘴混合腔.随磨料入口和高压水入口直径增加,混合腔出口的射流速度均增加,但随高压水入口直径增加导致出口磨料浓度呈先增后减的趋势,磨料入口与高压水入口合理的质量流量比值约为3∶4,两侧高压水入口位置对流场混合均匀性影响较小,高压水入口角度和收缩段锥角均为30°时流场性能更佳.     

催化剂颗粒在弯道与渐扩管组合管系内的运动分布特征

采用数值模拟方法对弯道与渐扩管相连的管道内气固两相流运动分布特性进行研究.主要分析弯道和渐扩段气相流场分布特征及气相回流卷吸作用下颗粒运动分布特性,研究沿出口水平管段二次流结构发展变化及其对颗粒分布及沉降的影响.针对不同入口速度下,水平管内气流速度、截面平均二次流速度和颗粒质量浓度分布规律进行研究分析.研究结果表明:沿弯道后的水平管道,二次流速度很快下降;二次流对颗粒的卷吸搬运作用,降低颗粒在管道截面的局部聚集浓度;当入口气流速度为4 m/s或更小时,水平管内上升二次流速度较小,颗粒沉降现象明显;当速度增大到6 m/s,水平管截面颗粒质量浓度分布较均匀.     

基于Flowmaster的输水管道泄漏仿真模拟

输水管道泄漏事故时有发生,快速、准确地判断泄漏位置及泄漏量一直是研究的热点。运用Flowmaster仿真软件对输水管道泄漏过程进行模拟,研究了管内流体的瞬变特性,分析了有、无泄漏时,不同阀门关闭时间、泄漏孔大小、泄漏位置等参数对管道瞬变流动规律的影响。结果表明:入口流量以及阀门末端处压力受阀门关闭时间的影响较小;随着泄漏孔径的增大,上游流量和压力曲线的衰减速度逐渐加快,且峰值处二次突变幅值增大;泄漏位置受阀门距离的影响较大,距离越近,压力信号的幅值下降越迅速,衰减速度也会逐渐加快。该仿真结果可为瞬变流泄漏检测提供理论指导。     

引射混合器数值模拟及性能预测方法研究

通过引射混合器主次流不同压比下混合管内流场的模拟计算,确定了该几何构形下发生壅塞时的主次流压比.对高压比下次流壅塞现象的研究表明,壅塞以后继续增大压比,当主流出口静压远大于混合管静压时,混合管内气流只经历一次膨胀和再压缩的过程.同时激波位置固定,不再随压比的继续增大发生变化.基于准一维控制体模型、Fabri壅塞假设模型和连续方程,提出了能有效预测引射器最高性能的饱和超音速模型,推出了此模型下引射系数与总压比和面积比之间的关系.由此得到直接反映引射器性能的特性曲线和修正曲线.最后把解析结果与数值计算的结果进行对比,验证了该模型的有效性.     

大管径八流道螺旋喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了探究大管径涡流管内流场分布规律和冷热分离机理,建立大管径八流道螺旋喷嘴涡流管三维模型,选取甲烷作为工质气体进行数值模拟,并对相关物理场进行重点分析。研究结果表明:涡流管内径向存在一环形区域,内外旋流气体在区域内相互剧烈作用,总压迅速减小,不可逆熵增大,能量快速传递,总温产生分离;同时,在一定入口总压、总温下,调节热端出口背压,涡流管存在最佳的制冷、制热温差以及最优的制冷、制热量,且同一冷流比下,工质气体的单位制冷量要优于单位制热量。     

有限流道内低雷诺数二维圆柱绕流数值模拟

为揭示尾迹流场特性及其演化规律,采用多块辐射型网格,以计算流体力学软件FLUENT为平台,对有限流道内低雷诺数二维圆柱绕流进行数值模拟,讨论压力速度耦合算法、压力离散格式和动量方程离散格式对模拟结果的影响。研究结果表明:动量方程离散格式对数值模拟误差的形成起主要作用,较佳数值模拟算法为SIMPLEC压力速度耦合、二阶压力离散和QUICK动量方程离散的组合。尾迹流场中静压在沿轴向2.6～12倍流道宽度范围内波动较显著;并且随着流速增大,轴向压降最大点越靠近圆柱,径向静压幅度变化越大。     

环形中心钝体驻涡燃烧室后钝体进气位置研究

采用Fluent软件对驻涡腔不同后钝体进气位置时冷态条件下环形中心钝体驻涡燃烧室流场进行数值研究.详细分析了不同后钝体进气位置时,环形中心钝体驻涡燃烧室典型截面的压力与流线分布,并对不同后钝体进气位置时驻涡腔内的流线、平均速度、平均静压以及燃烧室总压损失系数的变化规律进行比较.结果表明:不同后钝体进气位置时,驻涡腔内均形成了4个旋涡,但驻涡腔内旋涡的大小、形状和位置略有不同;在各个后钝体进气位置时,驻涡腔内的平均速度随后钝体进气位置向驻涡腔外侧偏移逐渐减小,平均静压、平均湍流度逐渐增大;燃烧室出口总压损失在后钝体进气位置为1.5时出现最小值,在后钝体进气位置为0.75时其次,其值为0.0799;燃烧室出口总压和出口气流速度沿径向随后钝体进气位置改变变化不大.     

总压管在超音速流场测量中的影响

总压管提供了一种简便快捷的测量流体平均流场的方法 ,分析其在超音速测量中的影响具有重要意义。从二维轴对称的 N- S方程出发 ,利用二阶精度有限体积法和 S- A湍流模型对喷嘴的超声速自由射流流场以及在其不同位置处加入总压管后的流场进行了数值模拟对比实验 ,模拟结果显示了总压管对超音速流场结构的影响 ,并得到了利用总压管测量超音速自由射流流场结构时 ,在一定区域内误差较小 ,但在超音速向亚声速过渡的区域内误差却较大的结论     

内外涵波瓣宽度比对波瓣强迫混合排气系统性能影响

建立了不同内外涵波瓣宽度比的某涡扇发动机波瓣混合排气系统的几何模型和数值计算模型,并对其进行三维数值模拟研究,得到了在波瓣强迫混合排气中不同内外涵波瓣宽度比对波瓣混合器流场、热混合效率,总压恢复系数和推力系数的影响规律。结果表明：在混合器出口处,当内外涵波瓣宽度比在0.272至1.068范围内变化时,热混合效率随内外涵波瓣宽度比的增加而增加,总压恢复系数随内外涵波瓣宽度比的增大而减少,推理系数随内外涵波瓣宽度比的增加而增加。     

基于Fluent的拉瓦尔喷嘴雾化特性数值模拟

为进一步探索拉瓦尔喷嘴的流动特性,采用基于有限元与VOF相互结合方法对拉瓦尔喷嘴内外流场进行数值模拟。从计算结果中得到了喷嘴内外气液两相分布及速度分布规律,并对其流场的结构和形态进行分析。利用数值模拟对雾滴粒径分析表明,当喷嘴进口与出口面积之比为3∶1时,进水孔水流速度为22 m/s喷嘴综合雾化效果最好。研究结果对喷嘴结构设计以及井下除尘具有一定的参考价值。     

侧向支柱对冲压增程弹用进气道性能影响研究

结合分区对接网格技术和二阶精度区域分解算法,对某冲压增程弹丸进气道在不同来流攻角和不同侧向支柱形状工况下的内外复杂流场进行了数值模拟.得到了临界工况下超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构,分析了流场结构特性和激波波系结构.当进气道扩压段有侧向支柱存在时,进气道总压恢复系数和动能系数均有所降低,而流场畸变指数则显著增大.在三种形状侧向支柱中,采用两端削尖支柱形状的进气道的性能最优.攻角的存在也在一定程度上降低了进气道性能.     

前混合磨料水射流磨料混合腔流固耦合分析

基于Solidworks软件对用于水射流切割机中的前混合磨料水射流磨料混合腔进行建模,结合流固耦合分析原理,利用Fluent软件进行混合腔腔体内部流场的数值模拟分析.比较腔体内部流场均匀性受侧进式进料方式和中进式进料方式的影响程度,分析高压水的入口角度、腔体收缩锥角度、磨料混合腔直径以及高压水入口位置对中进式进料方式腔体内部流场均匀性的影响.结果表明:在以相同进料速度进料时,中进式的出口磨料平均速度较侧进式要更高一些,更有利于磨料的充分加速;当高压水入口角度为37.5°,收缩锥角度为45°,磨料混合腔直径为50 mm,高压水入口位置为80 mm时流场的均匀性最佳.     

四入口液-液旋流分离器分离性能数值模拟

多入口旋流分离器能在入口速度较低的情况下实现传统旋流器在入口速度较高时才能达到的分离效果,同时具有更加稳定和对称的流场分布。为了进一步验证多入口液-液旋流分离器的分离性能以及溢流分流比和入口流速对其分离性能的影响,本文基于欧拉-欧拉多相流模型,采用群体平衡方程（PBM）对四入口液-液旋流分离器分离性能进行了数值模拟。研究结果表明：在入口流速恒定时,旋流器综合分离效率随着分流比的升高呈先上升后下降变化趋势,溢流分流比为0.22时,旋流器综合分离效率达到最高,此时分离效率为95.66%。当溢流分流比为0.22时,随着入口流速的增大,四入口液-液旋流器分离效率呈先上升后下降最后趋于平缓变化趋势,当流速为10m/s时,到达油滴剪切破碎临界条件,此时分离效率最高为96.78%。研究结果可为四入口液-液旋流分离器现场应用和适用性提供理论指导。     

超声速轴对称双锥进气道流场数值模拟研究

超声速轴对称双锥进气道流场数值模拟的控制方程为雷诺平均可压缩纳维尔．斯托克斯（Navier-Stokes）方程,数值格式为二阶迎风格式。对弹用双锥进气道流场进行了数值模拟,得到了清晰的流场结构。数值计算结果显示：进气道在来流马赫数为2．5时有较高的总压恢复系数,但是流量系数较低,来流马赫数为3时总压恢复系数有所降低,但流量系数增加较快,此时进气道仍然工作正常。说明双锥进气道能够满足冲压增程炮弹的使用要求。     

ICVI制备炭/炭复合材料流场模拟

为探讨制备炭/炭复合材料等温化学气相渗透工艺渗透过程,用Navier-Stokes方程耦合Brinkman方程成功地模拟了混合前驱体在沉积炉内流场.分析了该流场的特征,讨论了流场与沉积炉入口尺寸和初始流速的关系.为保证混合前驱体在自由流动空间内为层流,当入口尺寸为0.01 m时,初始速度应该为0.4 m/s.     

基于Workbench的除尘管道流固耦合数值分析

以大型消音除尘进气管道为研究对象,对其内部流场及结构场进行流固耦合数值分析。根据流体力学基本方程和流固耦合基本方程,应用CFX对管道内部流场进行模拟仿真,得出管道内压力、速度云图。将流场计算结果导入Workbench,利用流固耦合理论,得出耦合后管壁的压力分布和等效变形云图。仿真结果表明,空气流经管道时,从进风口处到出风口处,管道中压力水头转化成速度水头,压力减小,流速增大,出风口处产生负压;耦合后管壁存在微小变形,管壁四个角的变形明显大于壁面变形。