基于CFD的微孔端面机械密封液膜动压分析

应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,用Gambit软件对模型分别进行网格划分.在特定工况下,利用Fluent软件对不同流体黏度和转速下的微孔端面间的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到3种流场的压力分布.结果表明:平均动压力随着介质黏度的降低而呈线性减小,说明流体黏度低时流体动压效应弱;平均动压力随转速的增加而线性增加,表明密封环的转速越高,流体动压效应越明显.     

节流孔径对静压圆弧槽干气密封端面流场影响的数值模拟

应用SolidWorks软件分别建立4种不同节流孔径静压干气密封三维几何模型,并运用Gambit软件对4种模型分别进行网格划分.利用Fluent软件对端面流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量、气膜开启力.同时对节流孔直径与气膜推力泄漏量比值进行优化,获得最佳结构参数.数值结果表明:端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降,密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,随节流孔径的增大泄漏量上升;随节流孔径的增大气膜推力增大.     

双列螺旋槽机械密封效果对比研究

为了在实际生产中提高双列同向螺旋槽密封效果,分析了其机械密封端面的液膜流场分布。基于计算流体力学(CFD)软件对所建立的双列同向螺旋槽机械密封端面和普通接触式机械密封端面结构的三维模型进行了数值模拟分析。针对各种工况模拟液膜在动环端面上的流场状态,计算模型的泄漏量。利用实验设备测量实际工作中液膜的压力分布与泄漏量。将普通接触式机械密封端面实验数据与其模拟结果进行对比,两者之间存在误差的主要原因是实验过程中设备的振动。模拟结果显示在0.1~0.5 MPa范围内相同转速的工况下,双列同向螺旋槽结构的密封效果约为普通接触式机械密封结构的2倍。     

上游泵送机械密封两种优化槽形及性能的对比

针对单列槽和人字槽,两种不同槽形的上游泵送机械密封进行性能对比.通过多目标优化理论构建液膜开启力与泄漏量之比的协调函数,并利用Maple软件对两种不同槽形进行优化和实例求解,获得最佳槽形参数.采用Solidworks软件建立两种不同槽形的端面微间隙液膜几何模型.在特定工况下,使用Fluent软件对密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,获得两种不同槽形的端面开启力和端面压力的分布规律,并且通过计算,得到两种不同槽形的泄漏量.结果表明,人字槽形的端面最大压力、端面开启力均大于单列槽形,人字槽形的泄漏量(0.018L/h)小于单列槽形的泄漏量(0.072L/h).从而证明,人字槽上游泵送机械密封的动压效应及密封性能均优于单列槽.     

孔结构参数对端面密封压力场特性的影响

建立激光加工微孔机械密封端面间压力分布的理论模型,对理论模型应用数学变换,变换为-▽(c ▽u)+au=f的标准椭圆型方程形式,应用Matlab软件求解端面压力的Reynolds方程,得到端面液膜压力分布规律.研究微孔半径、微孔深度和微孔密度对液膜压力的影响规律,结果表明:孔半径在0.22～0.35 mm时得到的压力值...     

基于CFD的螺旋槽干气密封端面开孔流场的分析

为了测量静环端面安装传感器开孔对流场气膜压力的影响因子,应用Solidworks软件建立三维螺旋槽干气密封端面气膜模型,包括在动环槽底根径相对的静环端面开孔和不开孔的2种模型建模.在特定工况下,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封内部微间隙三维气体流场2种模型以层流模式分别进行数值模拟,得到2种模型的泄漏量,且与试验值...     

基于空化模型的阶梯收敛槽机械密封性能分析

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明：随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

干气密封三种不同槽型线端面流场数值模拟

应用Gambit软件建立三维螺旋槽、圆弧槽、直线槽干气密封模型,运用Fluent软件对此三种不同槽型线干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到流场的压力分布,速度分布.分别对每一种槽型线进行优化,将优化后的三种槽型的压力与泄漏量进行比较.结果表明:在干气密封动环或静环密封面上精加工的浅槽能够产生动压效应;螺旋槽产生的动压效应最强,其次是圆弧槽,直线槽最弱;螺旋槽的密封性能最好,圆弧槽次之,直线槽最差.     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理 ,分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程。用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布、开启力及上游泵送量等。计算结果表明 ,螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面 ,该密封具有明显的流体动压效应 ,低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好 ,理论上能实现零泄漏     

多孔介质反应器的数值模拟

利用专业的多物理场耦合软件(COSMOL Multiphysics)对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟,计算过程中采用软件中的自由和多孔介质流动和稀物质的传递内置模块,得到了多孔介质反应器内中各组分的浓度场﹑速度场及压力场分布。该模型验证了自由和多孔介质流体在固定床反应器中的耦合。利用后处理软件对计算结果进行分析,为其后期的工业开发提供了理论依据。     

水平管降膜蒸发器壳程流场和温度场数值研究

为了探究水平管降膜蒸发器壳程区域流场与温度场的分布特性,基于三维分布参数模型开发蒸发器整体数值模拟程序,获得蒸发器内热力参数分布,并分析壳程区域流场和温度场以及其他各主要参数的变化.研究结果表明:采用前密后疏的喷头布置方式可以有效改善海水的流场,使1管程下部海水分布更加均匀;在文中结构下海水流经2管程后已经达到饱和状态;1管程和2管程蒸汽进口区总传热系数最大;在1管程进口的下半区,海水盐度最大值已达到56 g/kg;为避免结垢发生,应当控制海水浓缩比不超过2.5,最高温度低于70℃.     

喷涂角度对螺栓表面涂层厚度均匀性的影响

针对工程中采用铝涂料涂覆螺栓时螺栓表面铝涂层易出现的厚度不均匀问题,研究喷涂角度对螺栓表面涂层均匀性的影响规律。对喷涂系统的喷嘴和螺栓进行建模,通过计算流体动力学仿真软件Fluent建立了雾化流场的气液两相流物理模型,使用DPM模型分析了流场中气相和液相的相互作用,获得了在不同角度下的喷涂流场,预测了螺栓表面液膜沉积厚度。搭建了喷涂试验系统并与模拟结果进行了验证,模拟和试验研究均表明在喷涂角度为30°时螺栓表面涂层均匀性最佳。     

动压浮离抛光盘结构化流道的液流特性

针对动压浮离抛光盘流场特性优化问题,提出了楔形、L型、抛物线型3种典型的结构化流道.建立了流场约束数学模型,利用Matlab对比分析了不同结构参数下结构化流道环境产生液体动压的能力,得到了浮力与膜厚关系曲线、压力分布曲线以及浮力与各结构参数的关系曲线.同时,运用Fluent对3种结构化流道环境的流场压强与速度分布进行了仿真.理论计算与仿真结果表明:抛物线形结构化流道产生浮力的能力最强,楔形结构化流道次之,L形结构化流道远落后于前两种;工件安装区域形成的流场速度稳定,有利于非接触式抛光加工.     

平流式沉淀池水流三维CFD模拟

建立了平流式沉淀池水流的三维两相流模型,在动量方程中考虑了相间界面力的作用,以及悬浮物体积分数和两相间密度差的影响;应用计算流体力学软件STAR-CD对模型进行求解.结果表明,沉淀池内宽度方向速度分布是非均匀的;进水口下方和污泥斗上方存在回流区;进水区水流湍动能较大,而沉淀区内很小;同时比较了出水口处是否设置挡板以及挡板深度对流场的影响.以Imam的实验结果进行验证,流场模拟值与实验值吻合很好.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

网眼罗拉型集聚纺集聚区须条集聚机理分析

为深入研究网眼罗拉型集聚纺系统中纤维须条在流场作用下的运动规律,建立了集聚区域的计算流体动力学(CFD)模型,并运用Fluent软件对该区域的流场进行数值计算,然后建立了纤维微元在气流场中的动力学模型,利用自编的Matlab程序对其进行求解,最后获得了纤维在集聚区的运动轨迹.研究结果表明不同初始位置的纤维运动轨迹能够反映须条的集聚规律;气流的横向作用力能够使须条在集聚方向上发生集聚;上层纤维较网眼罗拉表面的纤维集聚速度快;y轴向气流力使须条贴伏在网眼罗拉表面.     

PTA装置溶剂脱水塔进料组分含量变化对塔分离效果的影响

利用Aspen Plus流程模拟软件模拟计算了精对苯二甲酸(PTA)装置溶剂脱水共沸精馏塔,液相采用UNIQUAC模型计算活度系数,气相采用Hayden-O'Connell模型计算逸度系数,模拟结果与实际工况符合较好。在此基础上将其转化为基于Aspen Dynamic的动态模型。利用三元相图分析醋酸-水-醋酸正丁酯(HAc-H2O-NBA)三元体系中进料组分含量变化对溶剂脱水塔操作条件的影响,提出单塔板温度控制和双塔板温度控制两种方案。仿真研究进料组成变化对两种控制方案相关操作变量的动态响应情况,从中挑选出一种较优的控制方案,指导实际生产操作。     

圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.