自搅拌反应器内液相流动的数值模拟

采用数值模拟方法研究了压力能驱动的自搅拌反应器内液相流场的分布规律.首先对标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、realizable κ-ε模型下的模拟结果与PIV实验结果进行对比,确定了合适的湍流模型;然后研究了不同入口压力、液位高度对反应器内流场分布的影响.结果表明:标准κ-ε模型能更精确地模拟该反应器内的流场分布,反应器内流场稳定时间为12s以上.增加入口压力和液位高度均有利于反应器内流体速度均匀分布,入口压力为3MPa时几乎不存在速度死区.     

气-液-固三相磨粒流旋流流场分析及加工实验研究

针对现有流体加工方法中加工效率低、易出现工件表面各区域加工纹理不均匀的问题,提出一种气-液-固三相磨粒流抛光加工新方法.基于Realizable k-ε湍流模型和Mixture模型,建立气-液-固三相磨粒流抛光加工数值模拟模型.数值模拟结果揭示了气-液-固三相磨粒流形成的高速湍流涡旋流场动力学特性,同时也发现了磨粒流流场中磨粒和微气泡的运动及分布规律,得到较优适用于气-液-固三相磨粒流抛光加工磨粒流入射角度设计参数,并设计出实验抛光工具.经过1h的实验加工后,与无微气泡条件的液固两相流抛光加工对比,气-液-固三相磨粒流抛光加工的工件表面相同区域的粗糙度值更低,纹理也更为均匀.上述研究结果表明:气-液-固三相磨粒流的流场特性提高了磨粒和微气泡运动的无序性及微气泡溃灭的概率,且磨粒流中的微气泡溃灭所释放的能量提高了磨粒的抛光加工效率.     

高速工具约束磨料表面光整工艺

基于高速加工和流体动压理论,提出了利用高速多轴机床和高速工具约束磨料对零件表面进行可控精密光整加工的方法.首先,利用流体动压理论建立了工具与工件构成的楔形区流体速度场与压力场的数学模型,从理论上探讨该工艺方法实现的可能性.然后,通过实验验证了该工艺方法的有效性.在此基础上,研究了工具转速、走刀速度、工具与工件间隙、磨粒型号等因素对光整加工效率与效果的影响.最后,通过正交试验法得到光整效率与效果较好的工艺:粗光整时,间隙量为0.15 mm,混合液选用1份80#研磨抛光膏与10份40#润滑油配比;精光整时,间隙量为0.05 mm,选混合液用1份800#研磨抛光膏与5份40#润滑油配比;镜面光整时,间隙量为0.02 mm,混合液选用微粉磨料W5与煤油、石油磺酸钡配比;工具转速均采用机床最高转速,走刀速度均选择1 000 mm/min.研究表明,高速工具约束磨料光整加工方法可行且有效.     

湍流模型对结晶器内流场数值模拟结果的影响

以Fluent 6.3为计算平台,采用数值模拟的方法研究了5种常用湍流模型对电磁制动下连铸板坯结晶器内钢液流动计算结果的影响,并与水模型和实测结果进行了对比.结果表明:标准κ-ε和低雷诺数κ-ε模型的计算结果与实际流场较为接近,而重整化群κ-ε和剪切应力输运κ-ω模型与实际流场相差较远.不同湍流模型计算得到的弯月面形状...     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

叶轮口环结构对离心泵性能及流场的影响

为了揭示叶轮口环间隙及结构型式对离心泵性能的影响,以IS80-65-160离心泵为模型载体,采用RNG k-ε湍流模型,对不同叶轮口环间隙及口环结构型式下的离心泵内部流场进行数值模拟,分析叶轮口环间隙对离心泵的效率、压力场和速度场的影响规律;研究3种环状结构型式的叶轮口环对离心泵性能的影响机制。研究结果表明:叶轮口环间隙的变化改变了离心泵内部流场的流动状态,影响其前、后泵腔处的压力分布,间隙内部的速度发生明显变化;锯齿形口环泄漏量最多可减少16.2%,容积效率提高,轴向力降低,锯齿形叶轮口环结构可提升离心泵2%的水力效率;流经两环状结构空腔的流体,过流面积增加,产生剧烈旋涡,并进行能量耗散,阻止了流体压力能的恢复,分散了经密封齿隙高速射出的流体的动能,间隙内部流体的速度梯度和压力梯度增大,湍动状态加剧,流动阻力增加。     

湍流模型在轴流泵性能预测中的应用与评价

评价不同湍流模型在轴流泵性能预测中的应用.分别采用标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、SST模型以及基于滤波器的湍流模型(FBM)数值模拟了比转速为600的轴流泵内部流动;计算了其扬程、扭矩、效率,并与实验值进行对比;分析了4种模型计算的轴流泵流场中的压力、速度分布.结果表明,在最优工况附近,4种湍流模型都能较精确地预测轴流泵的外特性;在非设计工况下,标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、SST模型预测的外特性与实验值相差较大,FBM模型则可以大幅度提高非设计工况的预测精度.     

基于不同湍流模型的挡板绕流数值模拟

为了对比研究不同湍流模型在预测挡板绕流过程中的准确性与差异性,基于所设计的新型抛光粉尘湿法处理系统,分别选取了标准(Standard)κ-ε、重整规划群(RNG)κ-ε、剪切应力传输(SST)κ-ω以及雷诺应力模型(RSM)等4种雷诺时均(RANS)湍流模型,对该系统内不同挡板参数下绕流流动中的涡旋特性进行了数值模拟,并与试验值进行对比.结果表明:上述湍流模型均能较好地刻画装置内部气相旋转流动的主要特征,其中Standard κ-ε与RNG κ-ε模型在涡旋结构预测方面更为准确;在进出口压降及压力分布的对比中,基于Standard κ-ε模型的计算结果较其他3种湍流模型偏差要大;RNG κ-ε模型对涡旋纵向速度的预测结果与试验结果最为接近,而在横向速度的预测中,SST κ-ω模型则表现出更高的准确性.     

轴对称阶梯型面管道内流场数值分析研究

文中的控制方程为雷诺平均的可压缩纳维尔-斯托克斯(Navier—Stokes)方程,湍流模型采用κ—ε两方程模型,为二阶迎风格式。该文数值模拟了3种收敛—扩张—圆管复杂型面管道内流场,得到了流场结构变化规律。研究表明,在喷管后端,由于圆管存在,会使喷管效率降低,表现为圆管出口的流体速度降低,压力增高。计算分析显示,通过调整喷管几何形状和降低扩张比,使喷管出口处压力增大、出口面积减小,可以达到降低推力损失的目的。     

新型生物质颗粒回转燃烧器流动特性仿真分析

以新型生物质颗粒回转燃烧器为研究对象,采用Pro/E软件对生物质颗粒回转燃烧器内流体进行几何建模,并用Gambit软件对模型应用非结构化网格生成技术划分网格,并进行有限元前处理.在采用k-ε湍流模型的基础上,应用计算流体力学软件Fluent模拟稳定工况下回转燃烧器内流体的流动特性,分析进气速度对回转燃烧器内的压力分布、速度分布以及湍动能分布的影响.结果表明:燃烧器内部的气体压力、速度和湍动能随风机引风速度的增大逐渐增大,风机出口到回转燃烧室之间的气体压力、速度和湍动能较大,在二次风口处达到最大值,回转燃烧室内气体的压力、速度和湍动能分布较为均匀.     

基于多种湍流模型的电解加工温度多场耦合仿真

针对型面电解加工过程中的间隙温度分布难以预测和测量的问题，建立型面二维电解加工温度多物理场耦合仿真模型，分别基于SA、k-ε、k-ω、SST和低雷诺数k-ε等湍流模型求解加工间隙流场分布，耦合电场、流场和温度场求解间隙温度场分布，并将计算值与试验值进行对比。结果表明，求解近壁区流速时采用低雷诺数壁处理比采用壁函数处理的精度高，间隙温升能在较短时间内达到准稳态，基于SST、低雷诺数k-ε模型的间隙温度仿真值非常接近，其耦合气泡的温度多场耦合模型仿真值与试验值更为接近。     

不锈钢毛细管的磨料流加工特性研究

针对长径比较大的不锈钢毛细管的高精度抛光需求,研究磨料流加工工艺的适用条件。磨料流加工工艺的关键参数是流体磨料的粘度,适合的粘度首先要确保磨料能顺利通过毛细管,其次是有满意的抛光效果。应用ANSYS Workbench Fluent进行流动仿真分析,辅助确定可行的粘度参数。仿真结果显示:常用的粘度为10~4,10~5,10~6 mm~2/s的流体磨料,无法通过毛细管;粘度低于10~4 mm~2/s的磨料能顺利通过,但压力过大,远超过设备的安全承载极限;粘度为5.585Pa·s的磨料既能顺利通过毛细管,又有较均匀的流速,入口压力也在设备的安全承载范围内。据此结果,研制了低粘度的流体磨料和专用夹具,并进行抛光实验。实验表明,在毛细管内壁获得了满意的加工效果。磨料流加工工艺是解决不锈钢毛细管内壁抛光难题的有效方法。     

多级泵内部流动分析及其性能预测

基于三维雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,采取压力-速度隐式修正SIMPLEC算法,应用FLUENT软件中提供的多重参考系(MRF)模型,对多级泵内部湍流流场进行数值模拟,分析流场的分布规律,并预测不同工况下的外特性。结果表明:多级泵内部流场表现为非对称性;在首级叶轮进口叶片背面稍后处压力最低,易发生汽蚀;叶轮与导叶衔接区域易发生逆流现象且存在局部低压区;导叶能够很好地降低流体速度并消除流体旋转分量;预测的性能曲线与实际性能曲线较为吻合。     

真空喷射射流流场的Fluent模拟分析

为了对真空射流流场进行研究,应用Fluent软件并基于VOF(volume of fluid)方法、k-ε标准湍模型及PISO算法,对不同喷口直径及入射压力的直射式锥型流道喷嘴的射流流场速度和湍流运动分布进行了数值模拟分析.结果表明:1)入口压力相同,喷嘴直径越大,射流与周围介质间的速度梯度越大,可促进射流的扩散和液滴破碎后的尺寸均匀分布;2)喷嘴直径一定,入口压力在10~15 MPa内,射流湍流强度分布达到最佳状态,射流流场较好;3)如果不考虑材料的溶解性,相对于三氯甲烷和四氯化碳,丙酮作为溶剂时的液体喷射雾化效果较好,适于制备质量较好的高分子薄膜.     

大曲率结构化表面湍流流场特性对比研究

湍流模型选择对于小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流场模拟计算具有重要影响.针对此问题,提出使用标准k-ε模型与考虑两相磨粒流平均流动中的旋转及旋流流动情况的重整化群(RNG)k-ε模型进行仿真对比研究的方法.基于颗粒动力学理论的欧拉模型,对软性磨粒流的控制方程进行求解.通过使用两种湍流模型,对小尺寸大曲率圆管内湍流流动进行仿真计算,得到了两湍流模型下软性磨粒流流场的速度、压力、湍动能等数值模拟结果.仿真结果对比分析表明:标准k-ε模型模拟得到的速度值与实验值存在一定误差,而RNG k-ε模型仿真的速度值误差相对较小;标准k-ε模型对湍动能的估值计算比RNG k-ε湍流模型高,难以计算有滞止点的流动过程;RNG k-ε湍流模型能更有效地模拟有大曲率带分离的湍流流动,从而证明该模型更适合小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流动的研究.     

阶梯孔磨料流精密抛光数值模拟及其参数优化

集群式阶梯孔零件在硅片加工中易损耗、精度要求高,磨削、铰孔等传统加工方法很难保证其加工精度,因此需采用磨料流抛光的方法进行精密加工。通过ANSYS仿真软件建立流体域模型,并进行集群式阶梯孔抛光效果和抛光方向的仿真;利用神经网络的计算方法实现了对入口压力、磨料体积分数和磨料粒径参数的优化,提高了集群式阶梯孔抛光精度的一致性和抛光效率。在抛光方法和参数优化上为试验的进行提供了理论依据和参考价值。     

不同湍流模型下偏导射流伺服阀 前置级流场特性仿真

利用常用的k-ε湍流模型对偏导射流阀前置级流场进行数值模拟,探讨不同湍流模型对偏导射流伺服阀流场信息的影响.在相同初始条件下,对偏导射流阀前置级流场进行两相流二维数值计算,获得不同湍流模型下,压力、速度场信息及气穴分布特点.针对两接收腔压力仿真值比实测值要小的情况,主要是由于将流场边界层流动视为高雷诺数流动与实际情况不符造成,引入低雷诺数模型对边界层进行处理.在此模型的基础上继续深入研究单向流和两相流模型及不同背压和湍流强度对流场特性的影响.仿真结果表明:接收腔压力提高并与实测值相一致.采用两相流模型获得的结果更为真实,并且提高背压和增大湍流强度都会使两接收腔压力升高,对空化现象有一定的抑制作用.     

典型光学加工中边缘效应仿真分析

为分析光学加工中边缘效应对元件最终面形精度的影响,建立了数控小磨头行星式抛光去除函数模型和射流式工具加工的去除函数模型.通过对抛光过程中磨料载体的微观状态的研究,探讨并仿真了两种抛光方式在不同区域抛光速度分布、抛光压力分布和抛光中Preston系数的变化.通过对比分析这些参数的变化对材料去除影响,表明光学加工过程中磨料载体中分子间的作用力对边缘效应产生的影响不可忽略.     

湿喷机喷嘴流场仿真分析

为了研究湿喷机喷嘴出口混凝土的均匀程度,根据湿喷机喷嘴流场的结构建立物理模型,再根据流体动力学方程建立混合流体在喷头内部流场中的力学模型,得到混合流体在喷嘴流场出口的理论速度和理论压力。然后利用Gambit软件对湿喷机喷嘴内流体进行三维建模,结合CFD软件Fluent选用RNG湍流模型与多相流中的欧拉模型,对喷嘴内气固两相流进行仿真计算,得到喷嘴内流体的压力、速度云图和相体积分数云图。在此基础上分析混合流体在出口截面上各相的体积分数,得到了混合物中空气的均匀度为93.88%。研究结果表明:通过将理论值与仿真值进行对比,发现混合流体的理论值与仿真值较为接近;在喷嘴出口处混凝土和空气混合的很均匀;通过混凝土喷射试验验证了仿真计算的正确性,且现有的喷嘴结构具有一定的合理性,并为今后喷嘴结构的改进与优化提供依据。     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.