穿流塔板上两相竞争性流动特性

对一种穿流式固阀塔板进行了流体力学冷态实验考察。采用常温、常压下的空气和水作为实验介质,测试了不同操作条件下塔板的干板压降、全板压降和清液层高度,比较了不同的塔板结构参数对流体力学性能参数的影响。实验结果表明,塔板压降和清液层高度均随着孔中心距和开孔率的减小而增大,而随着孔径的增大而增大。气液两相在穿流塔板上为逆流流动,且随着气液流量的变化呈现出4种不同的流动形态。建立了清液层高度的经验式,且计算值与实验测量值吻合良好。推导了描述穿流塔板独特的流动形态的参数即气体流通分率的数学表达式,计算结果表明,该分率随着孔中心距的减小而减小,并随着孔径和开孔率的增大而减小。     

孔板诱发管道振动的关键影响因素

基于计算流体力学(CFD)数值模拟与无量纲的分析方法,结合时均化的Realizable k-ε湍流模型与瞬态的LES湍流模型,进行了孔板诱发管道振动的性能分析与关键影响因素的无量纲分析。结果表明:孔板对流场的扰动主要体现在孔板下游,且扰动大小主要受无量纲参数雷诺数、孔径比的影响;随着雷诺数的增加,管道振动增大,但增幅在减小;管道振动与孔径比之间存在负相关关系。     

孔板后压力恢复长度的影响因数定量关系

孔板消能工具有构造方便、消能效率高以及经济等优点,在我国水电工程及泄流工程中得到广泛应用.在多级孔板设计中,孔板间距与孔板后压力恢复长度有关,而孔板后压力恢复长度的研究却很少.利用数值模拟法对孔板后压力恢复长度的影响因数进行了定量分析.结果表明,孔板后压力恢复长度主要由孔板孔径比、孔板相对厚度以及流经孔板流体的雷诺数等相关参数决定：当雷诺数增大到一个定值时,孔板后压力恢复长度几乎不随雷诺数的变化而变化;当孔板相对厚度和孔板孔径比在一定范围内,孔板相对厚度不变,孔板孔径比减小,孔板后压力恢复长度增大;当孔板孔径比不变时,孔板相对厚度增大,孔板后压力恢复长度减小.通过多元回归分析和曲线拟合得到孔板后压力恢复长度的经验公式,并进行室内试验验证,为多级孔板间距设计提供理论依据.     

水平管外降膜流动液膜厚度数值模拟

建立了水平管外液体降膜流动过程的物理数学模型并对其进行了数值模拟研究,将模拟结果与文献中的理论值和实验值做了比较,变化趋势吻合较好.通过计算不同雷诺数下沿管壁周向的液膜厚度及液膜分布情况,分析了结构和流动参数对液膜厚度与分布的影响规律.结果表明:液膜厚度随雷诺数的增大而增大;当雷诺数一定时,管壁周向液膜厚度呈先减小后增大趋势并随管间距的增大而减小,并且随着雷诺数的增大,管壁周向液膜波动增大且易出现"干区".     

孔板诱发管道振动的关键影响因素研究

基于计算流体力学（CFD）数值模拟与无量纲的分析方法,结合时均化的Realizable k-ε湍流模型与瞬态的LES湍流模型,进行了孔板诱发管道振动的性能分析与关键影响因素的无量纲分析。结果表明：孔板对流场的扰动主要体现在孔板下游,且扰动大小主要受无量纲参数雷诺数、孔径比的影响;随着雷诺数的增加,管道振动增大,但增幅在减小;管道振动与孔径比之间存在负相关关系。     

ECT研究浅层鼓泡塔中的气含率行为

在内径0.14 m的浅层鼓泡塔内采用电容层析成像技术(ECT)研究了孔口气速和孔径大小对鼓泡塔气含率行为的影响。实验选用空气-去离子水体系,在轴向高度4.75、17.75 cm处同时测定气含率曲线,孔口气速范围为4~186 m/s。以单管为气体分布器,开孔率和孔径范围分别为0.14%~1.31%和5.3~16.0 mm。实验结果表明:气含率随气速的增大而增大;当孔径d0=10.5 mm,孔口气速大于19 m/s时,气含率曲线斜率发生变化,一定程度上表明此时的流型由鼓泡流开始向射流转变;在相同孔口气速下,气含率随孔径的增大而增大,且能谱图主频大小和谱宽也随孔径的增大而增大;得到了鼓泡过程中流型转变孔口气速uN,trans,发现uN,trans随孔径增大而减小,并对比文献认为对于空气-水体系,d0=10 mm可能是区分大小孔径的合理标准。     

开窗垂直板上液膜流动行为

液膜是规整填料中气-液接触的基本形式,壁面开孔、开窗是新型填料结构的组成部分。通过流场显示与高速摄影确定了开窗壁面上液膜流动的基本流型转变条件以及不同孔结构在流型转变中的作用。结果表明:过流的发生是液膜完成表面更新的主要途径;背流可以帮助板两侧完成液体交换。     

单液滴撞击不同黏度液膜特性研究

为了更好地理解单液滴撞击不同物性流体湿壁面现象,采用激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)方法研究了不同入射液滴韦伯数、无量纲液膜厚度及液膜黏度对撞壁现象的影响规律.研究表明,液滴撞击后液膜可分为稳定冠状、飞溅冠状和剧烈飞溅冠状3种形态,入射液滴韦伯数越大,液膜形态变化越剧烈.相同液膜黏度和无量纲液膜厚度下,无量纲冠顶高度随入射液滴韦伯数的增大而升高,且韦伯数越大,到达冠状顶点所需时间越长,冠状维持时间越久.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,随液膜黏度升高,无量纲冠顶高度降低,且到达冠状顶点的时间提前,冠状维持时间缩短;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,随无量纲液膜厚度增加,无量纲冠顶高度先升高后降低,但冠状达到顶点的时间以及冠状维持时间均持续增加.相同无量纲液膜厚度和液膜黏度下,无量纲冠顶直径随入射液滴韦伯数的增大而增大.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,无量纲冠顶直径随液膜黏度升高而降低;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,无量纲冠顶直径随无量纲液膜厚度的增大而降低.根据试验数据拟合出了冠状形态的临界韦伯数与无量纲液膜厚度的关系式,以及无量纲冠顶高度和冠顶直径与入射液滴韦伯数的关系式.     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.     

四叶孔支撑板换热器壳程流态及其传热机制研究

为了研究四叶孔支撑板换热器壳程的流体流动和传热性能,利用CFD软件建立了周期性全截面的数值模型,研究了换热器壳程流体的流动形态及四叶孔板的间距和开孔高度对换热器壳程热工性能的影响。利用激光多普勒测速仪(LDV)测量了四叶孔支撑板换热器壳程特殊点的轴向流速,将数值计算结果与实验结果进行对比,验证了数值模拟计算的可靠性。研究结果表明:换热器壳程流体总体呈纵向流动,四叶孔支撑板对其可以产生明显的射流作用;流体在通过第1块支撑板后,其流速具有明显的周期性;随着支撑板间距和开孔高度的减小,换热器壳程传热系数和压降均增大,而其综合性能降低,四叶孔板间距和开孔高度对壳程压降的影响程度强于对换热性能的影响;在雷诺数Re为10 000～30 000的范围内,得到了换热器壳程努塞尔数Nu和压降的实验关联式,两者计算偏差都在±10%以内。本文的数值模型及结果对于核电站系统中换热器的设计和应用提供了指导。     

Structure and Flow Characteristics of Flat Fan Nozzles with a Single Orifice Formed by a Rectangular Cut

The flat fan nozzle with a single orifice formed by a rectangular cut at the nozzle exit through a semi-ellipsoid blind end was developed. The flow rate characteristic of the nozzle was analyzed. Theoretical analysis shows that the discharge coefficient of the nozzle is a function of the ratio of the projected exit flow area to the cross sectional area of the nozzle input section. Water spraying experiment results show that the discharge coefficient increases with the increase of the ratio of the projected exit flow area to the cross sectional area of the nozzle input section when the rectangular cut depth doesn＇t exceed the distance from the center of the hemisphere to the nozzle end; conversely,the discharge coefficient decreases with the increase of the ratio; for a given nozzle,the discharge coefficient varies with Reynolds number.     

孔板式锥形布浆器孔口均一性布浆的结构优化

孔板布浆器广泛用于中高速纸机流浆箱,为使其布浆流动更高效均一,需将分布元件内的涡流效应进行最小化设计。利用UG建立局部流场模型并利用CFD进行模型网格划分,然后导入FLUENT软件进行流体分析; 比较了台座式和无台座式两种孔板孔结构下的流体特征,获得流场的压力、湍流动能以及速度的分布云图等数据图。结果表明:在选取布浆口流速3 m/s、孔口直径14 mm、相邻孔间距40 mm条件下,台座式以及单孔入口处的有倒圆角的孔板孔口涡流效应明显减弱,而浆流动效率相对提高,且随着倒圆角半径增大,这种作用更加明显; 对于多孔板而言,当倒角半径增至1.5 mm时,相邻孔之间的影响较小,纸浆流体形态最好,浆料分布最均匀,较结构改进前的流动效率提高了125.78%。     

气液两相单孔鼓泡过程的小波分析

运用小波能谱分析中的能量最大准则,对双头电导探针前针在单孔鼓泡口测得的时间序列进行了分析,并用最大尺度强度考察了液体性质和鼓泡口直径对鼓泡过程的影响。结果表明：单孔鼓泡过程,随着雷诺数的增加分为低频鼓泡、过渡鼓泡和高频鼓泡3个过程;最大尺度强度随雷诺数增加不是严格意义上的单调递减,在雷诺数约为1600左右时出现了一极值点;液体粘度增加会使最大尺度强度相应增加而鼓泡口直径主要影响高雷诺数下的最大尺度强度。     

水力空化装置试验研究

水力空化装置是利用水力空化技术的关键．通过利用几种不同的多洞孔板对水力空化装置的试验研究,结果表明：在水力空化系统中,增大孔板的进口压力,可以增加孔板流量。从而提高孔内的平均流速。降低空化数;由于孔板的作用,系统中的水温上升率要比没有安装孔板的系统大;并分析得出孔板下游恢复压长度为4倍管直径．     

具有抽吸/喷注的多孔壁圆柱管道内磁流体的流动

研究了水平方向存在磁场的可渗透圆柱形管道内稳态不可压缩流体的层流流动,通过引入流函数,将控制方程化为非线性常微分方程.假设抽吸/喷注雷诺数和磁场雷诺数均很小,将小雷诺数作为小参数,应用摄动法求解了问题的近似解,进一步研究了流体速度、压降及管壁表面的摩擦阻力系数.在磁场的影响下,主流方向的压降随着抽吸雷诺数的增加而降低,随着喷注雷诺数的增加而增加.壁面的摩擦阻力系数随着抽吸雷诺数或磁场强度的增加而降低.     

不同截面微通道中流动阻力特性

实验研究了微通道内去离子水的流动阻力特性,微通道当量直径范围De=0.210～1.069mm,雷诺数范围Re=102～104,截面形状分为矩形、半圆形及三角形.通过测量微通道沿程压降及出、入口局部压降随流量变化关系,获得了沿程阻力系数及局部阻力系数.结果表明:当截面形状相同时,摩擦阻力系数随着当量直径的减小而降低;当量...     

轴向柱塞泵利用斜盘横向倾角和配流盘减振孔复合抗冲时的设计方法

斜盘带有横向倾角,配流盘同时开设减振孔的抗冲机构具有容易获得配流冲击压差小、油缸压力过渡梯度小和油液流过减振孔时雷诺数小等优点,从而得到良好的抗冲性能。本文介绍了该种抗冲机构最佳设计方法。     

Theoretical analysis on the applicability of traditional SPH method

As a fully Lagrangian, particle-based numerical method, the traditional smoothed particle hydrodynamics (SPH) generally suffers from the accuracy problem. To investigate the physical origins of this numerical error, the elastic effect between SPH particles is specifically identified by analogy with physical entities, and a unique non-dimensional number is proposed to evaluate the relative dominance of viscous to elastic effect. Through the simulation of two-dimensional Couette flow, the velocity profile and arrangement of particles are examined for various ratios of viscous to elastic effect. The effective viscosity of SPH particles decreases as this non-dimensional number increases, while the increase of particle number significantly reduces the effective viscosity only at lower ratio of viscous to elastic effect. The disparity among nominal viscous dissipation, total dissipation, and theoretical dissipation further confirms the presence of unphysical dissipation resulting from the elastic effect. In summary, due to the constraints from the Mach number and the ratio of viscous to elastic effect, there exists a critical Reynolds number below which the Newtonian behavior could be approximately obtained through suitable choice of model parameters.     

卸荷孔分布形式对液力变矩器轴向载荷影响规律分析

为研究卸荷孔分布形式对叶轮轴向载荷的影响规律,建立不同卸荷孔分布圆半径、卸荷孔数与卸荷孔径参数配置下的某铸造型液力变矩器轴向力计算模型,利用DOE正交试验算法与单因素试验分析,研究各参数对液力变矩器轴向力的影响规律.结果表明:在牵引工况,分布圆半径越大,泵轮、涡轮的轴向载荷越小,而卸荷孔径、卸荷孔数的变化对于轴向力的影响不显著.这三个因素中卸荷孔分布圆半径对轴向力的影响最大,其次为卸荷孔数,最后是卸荷孔径.算例中的最佳方案比一般方案减荷效果提升5%~8%.因此在不影响工作性能要求及工作轮结构强度的前提下,应尽量增大卸荷孔分布圆半径,并根据变矩器使用工况需求,合理设置卸荷孔数与孔径,以改善轴承受载情况.      

弹簧压并状态下悬架减振器绕流涡旋特性分析

为研究汽车行驶过程中减振器弹簧压并状态下翼子板内流场特性的变化,将该状态下的减振器简化为三维变截面圆柱模型,并建立变截面圆柱绕流三维流场模型,利用Transition SST四方程转捩模型模拟低、中、高3种车速对大、小圆柱绕流涡旋特性的影响.结果表明:绕流后尾涡的大小、形态、上升角均受圆柱直径、雷诺数及边界条件的影响,在变截面处验证“下洗”运动对N区边缘涡生长的直接作用及对L区涡旋分布的干扰作用;3种流速下适合绕流涡旋振动压电能量回收的最优夹角分别为±10°,±15°,±20°;在有界的高雷诺数流场下对变截面圆柱绕流涡旋重新分区,发现新的涡旋连接方式.