大幅面SLM成型仓结构优化及其流场特性

为探析激光选区熔化(SLM)成型仓内部的烟尘颗粒分布规律及排烟效率,本研究基于所建立的大幅面多孔风墙成型仓模型,采用Fluent离散相模型分析保护气体和烟尘颗粒在成型仓内部的流动规律,进而通过ANSYS中的多目标优化模块,基于多目标遗传算法(MOGA)对多孔风墙成型仓结构进行了优化。分别以成型仓进气口长度P₁、风墙孔半径P₂、锥形护板长度P₃和风墙孔轴长P₄作为优化变量,以成型仓内部中间截面保护气体的平均流动速度、成型仓进出口烟尘颗粒的质量浓度差以及整个成型仓内烟尘颗粒质量浓度的最大值作为优化目标,从而获得各个优化变量与优化目标的响应面及敏感性分析结果,并对优化前后的优化目标进行对比。结果表明：针对所优化的4个变量,对成型仓内中间截面保护气体流速影响的大小顺序是P₂>P₄>P₃>P₁,对进出口颗粒质量浓度差影响的大小顺序是P₂>P₄>P     

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。     

排水管道堵塞时的CFD数值模拟

排水管道堵塞会降低其输水能力,严重时会影响区域排水系统的正常运行。堵塞后排水管道形成压力流,会在地面形成冒溢,本文针对压力流排水管道堵塞问题,用FLUENT软件对管道堵塞进行CFD数值模拟,分析了堵塞管道流态及堵塞程度单因子变量对沿管道长度方向压力和流速的影响。在基准工况下,堵塞位置后上方0~3 m区域流速增加,堵塞位置后下方0~5 m范围内流速降低,且在该区域下方形成水舌,对压力突变存在沿管道流动方向堵塞位置之后5 m范围内,堵塞使其前方位置产生憋压,后方产生失压。瞬间堵塞后,对于堵点较远区域流态及压力并无产生明显影响。堵塞高度、堵塞长度、堵塞位置对管道水流压力的影响顺序为：堵塞高度>堵塞长度>堵塞位置。     

电极结构对电流体运动的影响

为了研究电极结构的变化对除尘器中电晕放电产生的二次流与主流一次流耦合后形成的流场以及电场分布的影响，设计了线-传统板与2种不同结构的线-开孔板极配方式.在建立电晕放电和流场的多物理场耦合数值模型的基础上，利用COMSOL软件模拟研究了3种不同极配方式下的电除尘器通道内的电场与流场特征.模拟结果表明：电极结构对除尘器内部近板电场及流场分布影响较大.新型开孔板的近板电场强度高于传统板，随着入口流速的增大，离子风对除尘器通道内流场的扰动逐渐减小.结果同时表明孔结构能有效降低近收尘极板流速，在入口流速为0.5 m/s时，新型开孔板近板风速相比传统板分别降低了14.58%和15.62%,入口流速为1.0 m/s时，近板流速分别降低了19.94%和20.20%.这一结果表明新型开孔结构能有效减小收尘极板附近流速，减少二次扬尘，提高除尘效率.     

汽车消声器的流场和压力损失分析

采用CFD软件Fluent对两种不同结构形式的双扩张腔消声器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟,研究相应的压力损失随入口流速的变化趋势.结果表明,双扩张腔消声器内部流场非常复杂,中间连通管的位置和数量对消声器内气体的压力损失有很大的影响,双连通管消声器内的压力损失比单连通管的要大.     

铝电解金属陶瓷惰性阳极气体及电解质流场仿真

采用有限体积法仿真计算惰性阳极气体运动及其带动下的电解质流动,并研究工艺及结构参数对阳极气体和电解质流场的影响。研究结果表明:电解质沿阳极中心呈对称循环流动,距离阳极气体越近,电解质流速越大;气体流速随气泡直径的增大而增加,电解质流速先下降后增加,气泡直径控制在3 mm为宜;若电流、电解温度和阳极浸入电解质深度增加,则气体的平均流速降低,电解质平均流速增加,应适当降低电流、电解温度和阳极浸入电解质深度;极距增加,则气体平均流速增加,电解质平均流速降低,可适当增加极距;阳极结构本身对流场结果有一定影响,若阳极半径增加,则气体的平均流速增加,电解质平均流速降低,合理的阳极倒角半径为35~40 mm。     

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。     

脱硫塔弯道导流板流场均化效果数值分析

从脱硫塔弯道结构特点和方便安装的角度出发,设计了弧形导流板和栅栏式导流板,在循环流化床烟气脱硫塔入口弯道以及塔底弯道处各添加与其结构适配的导流板,以降低由于烟气流动惯性产生的偏流。研究利用数值模拟方法,采用Standard k-ε湍流模型对添加导流板前后的塔内流场展开计算分析。结果表明,未添加导流板之前,烟气集中流向弯道外侧,相同截面烟气流量差异较大,通过外侧文丘里管的气流速度为69 m/s,而内侧文丘里管的流速是40 m/s,流量偏差系数值σ_r是0.358,流场均匀性指标不合格。增添了导流板后,烟气偏流现象缓解,内外侧文丘里管的气流速度均达到60 m/s以上,σ_r值下降为0.162,流场均匀性达到合格标准。弯道导流板优化方案提高了流场均匀性和烟气脱硫效率,以较低的结构变动代价实现了内部气道优化。     

基于Fluent的快浮嵌入式浮选柱给料方式数值研究

基于微细粒铝土矿浮选的速度快、泡沫量大等特点,提出在旋流-静态微泡浮选柱上部嵌入快速浮选单元。为了研究嵌入式快浮单元下的给料方式对浮选柱内部流场的影响,利用计算流体力学Fluent软件对传统工业给料以及2种快浮单元给料结构下的浮选柱内部流场进行数值模拟。研究结果表明:3种给料方式下的柱体内流线虽有差异,但均能满足浮选柱对物料分选的基本要求;对于3种不同的给料方式,浮选柱旋流段的旋涡强度基本相同,在同一径向位置上切向速度的最大差值在0.1 m/s以内,说明给料方式对浮选柱内部流场影响较小;与其他2种给料方式相比,快浮单元环形给料下的浮选柱入料段湍流强度低,湍动能主要集中在0~0.05 m2/s2,柱分选段轴向速度主要集中在-0.15~0.15 m/s,轴向速度沿径向分布较其他2种均匀,对矿物的分选以及二次富集更有利。     

结晶器流场的模拟计算与结构优化

数值模拟是有效研究大型工业设备内部流场的手段。采用多重参考系和湍流标准k-ε模型对结晶器内部流场进行描述。利用激光粒子测速仪(PIV)测量的实验室小型搅拌槽的实验数据对计算模型进行了验证,结果表明计算模型可以有效预测搅拌设备内部的流场分布。并在此基础上研究了搅拌桨安装位置及运行参数对流场的分布影响,优化了结晶器的结构与运行参数:搅拌桨安装高度1 000 mm,导流筒柱段长度2 000 mm,搅拌转速70～80 r/min。