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.     

卫生型泵内部流道流场分析

针对广东日新泵业两台不同参数卫生泵的实测结果，对叶轮内部三维不可压湍流流动进行了数值模拟．通过商用软件Fluent 5．0对两台泵的叶轮进行数值计算，计算过程采用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法．通过对两台泵流动状况的研究与分析，揭示了叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布情况，指出了两台泵叶轮结构的合理性，并提出了第二台泵叶轮的修改方案，同时对泵的水力性能进行了预测，从而为卫生型泵的优化设计奠定了基础．     

不同湍流模型在混流泵数值模拟中的应用与评价

为了评价不同湍流模型在混流泵性能预测中的精度,以某比转速为511的混流泵模型作为研究对象,分别选取3种湍流模型:标准k-ε模型、RNGk-ε模型和SSTk-ω模型,基于SIMPLEC算法和混合网格技术,进行混流泵性能预测和全流场数值模拟,并以试验结果作为基准对预测扬程和效率进行误差分析.研究结果表明,网格密度对模拟结果具有较大影响,较疏的网格导致性能预测精度降低;当流量系数大于0.8时,3种湍流模型预测精度较高,都可以满足工程应用需要,当流量系数小于0.8时,只有RNGk-ε和SSTk-ω模型能较好地使数值预测和实验数据相一致,可以预测出流量扬程曲线中的正斜率特性.该结论将为混流泵性能预测的可靠性提供参考.     

转速变化对离心泵性能影响的数值模拟

以1200S56型双吸离心泵为研究对象,通过Fluent软件,运用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,结合SIMPLEC算法,对其8个转速下的5组相似工况进行三维全流道数值模拟.由模拟结果分析相似工况点上泵内部流场的变化情况,发现在相似工况下泵内部流场高度相似,符合泵的相似理论.由数值模拟结果计算各工况的性能参数,得出数值模拟预测值相对于比例定律计算值的误差.结果显示,转速变化时,泵的效率下降很小,而扬程、功率的相对误差多数都在1％以内,说明比例定律能较好地反映泵的性能参数随转速的变化情况.     

不同网格尺寸下三种湍流模型数值模拟方柱绕流的比较

本文利用有限体积法采用Fluent软件对方柱绕流流场进行了全面数值模拟。影响钝体周围流场的数值模拟结果的因素主要有四种计算区域的尺寸、计算网格的大小和分布、离散格式的精度阶以及湍流模型。本文考虑了三种湍流模式(标准k-ε模式,RNGk-ε模式,realizablek-ε模型)对计算结果的影响,给出了数学模型和计算结果,并与实验数据进行了比较,旨在考虑不同模型计算结果的差异;同时对每种模式采用了五种不同的网格大小尺寸,比较了近壁面网格尺寸大小对计算结果的影响。结果表明,网格太粗或太细都影响结果的正确性,因此必须选一种合适的网格尺寸。     

航空CFD高性能计算应用研究

应用万核级并行流场数值模拟软件CCFD,在深腾7000高性能计算机上对飞机高速巡航构型阻力和低速增升装置性能预测进行了计算研究,比较了不同规模网格、湍流模型对计算结果的影响,并且将高性能计算与常规计算的工作效率进行了比较.飞机高速巡航构型阻力和低速增升装置性能预测的计算结果与试验结果较为接近,可见:CCFD软件的常规气动计算精度较高;高性能计算技术可有效提高数值计算的可靠性及工作效率;单纯增加网格规模,而不进行算法升级,对复杂问题计算精度的提高有限.     

基于正交法的旋流泵结构优化

对80X-13.5型旋流泵的7种结构参数重新进行配置,同时引入正交试验法,设计一个7因素4水平的正交方案,对各种结构进行优化配置得到更好的旋流泵结构配置方案.以分块非结构六面体网格划分计算模型,运用雷诺平均N-S方程和标准的k-ε双方程湍流模型结合SIMPLEC算法,对各种不同结构方案进行数值模拟分析,得到3种比原模型更优秀的旋流泵结构方案.     

基于VOF模型的导弹低速入水数值模拟方法

基于商用软件Fluent框架,利用动网格技术和UDF方法实现了回转体低速0°攻角直入水过程的数值模拟。采用水、气2相VOF方法捕捉界面,分别采用湍流与层流建立了导弹入水冲击的数值模拟方法,并与实验获得的照片进行了对比分析。分析结果表明:层流模型下导弹入水冲击的数值模拟和试验结果吻合较好,湍流模型下的数值模拟结果误差较大,因此,在低速条件下,湍流模型不适用,应该用层流模型。     

基于表面粗糙度修正的冷却风扇数值模拟方法研究

为了进一步提高冷却风扇多重参考坐标系(MRF)模型的数值模拟精度,结合壁面函数进行粗糙度修正,并分析MRF模型的影响因素。首先,以黏性底层中第一层网格离壁面的无因次速度u~+与距离y~+相等为依据,得到粗糙度常数、粗糙度高度与y~+之间的代数关系;根据实际壁面类型,得到修正后的y~+值与第一层网格高度,将其带入标准壁面函数进行近壁面修正。最后,以某型号冷却风扇为例,研究湍流模型、网格数量、表面粗糙度修正等因素对风扇数值模拟结果的影响。结果表明,模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动,更适合风扇的旋转流动,对风扇等旋转机械的模拟具有更高的准确性;过密的网格数量会使得计算结果出现波动;表面粗糙度修正改善了性能曲线上的一些畸点,在风扇常用工况范围内,使得试验值与仿真值的偏差由5%降低到修正后的3%以内。     

水沙流作用下粗糙度对圆柱体结构受力特性及冲蚀的影响

基于Fluent软件建立三维模型,采用SST k-ω湍流模型,对含沙量在0.05、0.5和5 kg/m3,柱体表面粗糙度在0、0.1％D、0.3％D、0.5％D、0.8％D和1％D时单圆柱绕流的柱体的受力特性及冲蚀进行数值模拟,研究了不同含沙量水流作用下,粗糙度对圆柱的平均阻力系数、升力系数及冲蚀率的影响.结果表明:在...     

电潜泵叶轮冲蚀磨损的数值模拟及验证

针对同井采注水中电潜泵叶轮出现的冲蚀磨损问题,采用RNG k − e湍流模型和离散相模型,实现对冲蚀磨损的数值模拟。通过对不同粒径和转速条件下叶轮的冲蚀磨损进行分析,得到了冲蚀磨损规律和磨损机理。研究结果表明,叶片凹面中心是最严重的冲蚀磨损区域;转速和砂粒粒径增大都会加剧冲蚀磨损,逐步使冲蚀磨损较严重的区域由凹面中部的一点逐步扩展到整个凹面;0.07 mm 是冲蚀磨损迅速增强的临界点;数值模拟结果与验证结果吻合较好。因此,利用CFD 预测潜油电泵叶轮的冲蚀磨损是可行的。     

基于Fluent/ISIGHT贯流式潜水泵流场与结构优化研究

针对目前潜水泵体积笨重的问题,利用Fluent软件,对贯流式潜水泵进行全流场仿真模拟. 基于CFturbo软件经验叶轮结构,对潜水泵流场特性进行定常仿真分析. 基于ISIGHT优化平台通过CFturbo和PumpLinx实现叶轮结构的参数化建模和仿真过程,针对扬程、效率和轻量化3个优化目标,借助多岛遗传算法进行叶轮结构优化. 优化后结果表明,在额定流量工况下,扬程提升5.1%,水力效率提升2.1%,叶轮直径减小1.9%,不同流量工况下的潜水泵性能总体优于优化前的性能. 根据现场测量的实验数据,在额定流量工况下,扬程误差为0.31%,证明优化结果可靠,效果良好.     

基于离散相模型的电潜泵叶轮磨损数值计算

基于离散相模型结合弹塑性压痕破裂理论对电潜泵叶轮磨损进行数值计算研究,对不同工况下的叶轮磨损进行分析,得到电潜泵叶轮的磨损规律,运用三坐标测量机对实际工作的电潜泵叶轮中存在的磨损情况进行测量,以实现对数值模拟结果的验证。结果表明:叶轮磨损加剧的颗粒粒径临界点是0.06~0.08 mm;磨损最严重的区域位于叶片凹面;转速、颗粒粒径增大均会加剧冲蚀磨损,导致磨损严重的区域由凹面中部的几个零散点向整个面扩展;数值模拟结果与验证结果吻合较好。     

飞机机翼积冰表面粗糙度研究

本文对飞行过程中的飞机机翼积冰过程的数值模拟中的粗糙度计算提出了改进。此方法结合S-A湍流模型中改进的积冰表面粗糙度计算,对飞机机翼积冰过程进行了数值模拟。为验证方法的效果,本文计算了NACA0012翼型的积冰情况及对气动特性参数的影响,计算结果与试验数据结果进行了对比．并与目前国际上广泛采用的经验公式计算粗糙度的方法进行了对比讨论。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合良好。     

井下旋流油气分离器流场数值模拟

鉴于现有油气分离器效率较低,为改善高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵机组效率低下的问题,选择雷诺应力模型作为湍流模型,代数滑移混合模型作为多相流模型,对井下水力旋流油气分离器内的两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了两相介质等浓度分布图和轴向速度矢量图,并将数值计算结果与同结构的水力旋流油气分离器样机的室内模拟试验结果进行了对比。研究结果表明,数值计算得到的各种图完全符合已知的旋流器流场分布规律。水力旋流器经过结构优化设计不仅可以进行井下油气分离,且分离效果较好,适用于较大流量和高含气率的油井条件。     

充水式潜水电机转子系统水摩擦力的数值分析

充水式潜水电机转子与轴向冷却水发生剧烈摩擦而产生的水摩擦力影响着转子系统的动力学特性。以850QS—3200型充水式潜水电机为研究对象,构建了电机转子与定子之间轴向冷却水的流场三维模型,运用标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,基于computational fluid dynamics(CFD)软件平台依次数值模拟了转子外圆表面粗糙度、转子转速以及轴向冷却水流速等三者与转子外圆水摩擦力的作用机理与影响程度。结果表明转子系统水摩擦力随转子外圆表面粗糙度、转子转速以及轴向冷却水流速的增加而增加,可通过降低转子转速、提高转子表面粗糙度以及降低轴向冷却水速度等方法,降低充水式潜水电机转子水摩擦力以及由此产生的水摩擦损耗。     

基于平板微热管阵列的新型太阳能空气集热器集热特性的研究

建立了平板微热管阵列式太阳能空气集热器的三维稳态模型,运用Gambit 及Fluent软件对单个集热单元的物理模型进行了网格划分和数值计算,对单管的换热及流动情况进行了模拟研究,并通过实验进行了验证。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,偏差在12%以内,说明了模型建立的合理性。该研究为今后平板微热管阵列太阳能空气集热器的进一步设计和优化提供了理论依据。     

复合齿轮泵的流场的仿真研究

为了捕捉复合齿轮泵的内部流场变化,本文对复合齿轮泵的流场仿真进行了研究。利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent软件的动网格技术对复合齿轮泵的二维简化模型进行了流场仿真,为复合齿轮泵的三维流场仿真分析奠定了基础,为基于动网格的齿轮泵内部流场模拟走向实践奠定基础。     

离心式污水泵内部流场的三维数值模拟

采用SIMPLE算法、kε-Ap模型和混合四面体非结构网格在笛卡尔坐标系中对离心式污水泵内部流场进行了数值模拟,得出了污水泵内固体颗粒的流动规律以及固体颗粒的分布特征,为离心式污水泵的优化设计提供理论参考。