不同锥角的直动式溢流阀稳态液动力分析

为了降低稳态液动力对比例溢流阀性能的影响,分析了阀座带锥角和阀芯带锥角两种比例溢流阀的基本结构方案,利用PRO/E建立两种结构下不同锥角的流道模型.通过计算流体动力学(CFD)流场仿真软件对不同阀座与阀芯锥角的锥阀口流场进行数值模拟,分析不同锥角阀口的压力流场分布.对不同结构、不同锥角情况下的稳态液动力进行分析,结果表明:阀座带锥角比阀芯带锥角的结构稳态液动力减小了35%~60%;当阀座半锥角为32.5°,阀芯半锥角为30°时,稳态液动力最小.     

液压溢流阀的失稳分析和实验研究

分析了液压回路中溢流阀的结构特点,考虑液压油压缩性、管道弹性和阀芯碰撞阀座时的能量损失,建立了溢流阀量纲一形式的数学模型,并进行了Lyapunov指数分析,目的是研究溢流阀的失稳机理和颤振行为.应用非光滑动态系统理论和MATLAB软件绘制单参数和双参数分岔图,理论解释了阀芯离开阀座时的擦边分岔.结果表明,溢流阀入口流量和预设压力直接决定着阀的振荡特性,并且存在着Hopf分岔、擦边分岔、周期和混沌等现象.搭建了测试平台,得到弹簧预压缩量x0=5mm情况下的阀芯位移分岔图,对数学模型进行了验证.     

调压阀内流道流场分析及阀芯结构改进

采用ANSYS软件建立椭球形、锥形和球形阀芯调压阀内流道流体动力学有限元计算模型,在不同开口度下分别对其进行流场数值模拟,得到调压阀内流道流体油压与阀芯开口度间的关系,分析3种调压阀内流道流场特性;基于CFD分析数据,以椭球形阀芯调压阀内流道流体湍流动能耗散最小为优化目标,阀芯尺寸参数为设计变量,最大工作油压和最小滑油压力为约束函数,建立调压阀内流道流场优化模型,采用响应面法对调压阀阀芯结构进行改进设计.分析结果表明,调压阀内流道湍流动能耗散受椭球形阀芯长轴影响较大,且随阀芯长轴增加而减小;湍流动能耗散较改进前降低了69.43%,优化效果明显.     

阶梯溢流坝面流场的紊流数值模拟

为了详尽地研究阶梯溢流坝面的紊流流场特性，采用雷诺应力模型对阶梯溢流坝面上的流场进行紊流数值模拟，得到了阶梯坝面水流的速度场，压力场，紊动能和紊动耗散率的分布规律，并与实测值进行比较，结果令人满意。     

仿生引流式煤液化调节阀阀座空化抑制行为研究

为了抑制煤液化调节阀中空化的产生与发展,本文基于Bio-TRIZ仿生学理论,以墨鱼喷嘴结构作为生物原型,设计一种仿生引流式结构的煤液化调节阀,通过数值模拟方法研究并比较仿生阀和原始阀内部流场中压力和汽相体积分数的分布。引入特征量空化抑制效率η,定量地评价该仿生引流式阀座结构抑制空化的效果。同时,搭建了调节阀可视化实验系统,采用高速相机对不同阀座的空化形态进行捕捉,分析了仿生引流式阀座对空化长度的影响。结果表明：作为关键部位的阀芯头部易受空化损伤,优化后的仿生引流阀座结构能有效抑制空化的产生与发展,汽相有效体积和空化长度均减小;此外,小开度工况下仿生引流阀座结构抑制了空化发生剧烈程度,在大开度工况下仿生引流阀座结构加速了空化的发展与溃灭;随着调节阀开度的增加,该仿生结构的空化抑制效率提高,在70%开度下空化抑制效率达到了32.81%。     

离心泵气蚀性能的数值计算与分析

为了对离心式叶片泵发生气蚀时的内部气-液两相流动进行深入分析,应用计算流体力学(CFD)技术对一台比转速为191的离心泵的气蚀性能进行了定常数值计算,得到了气蚀发生时泵内部气-液两相分布规律和温度分布规律,并对临界气蚀余量(NPSHc)时叶轮内部的气泡分布规律进行了探讨,得到了泵在临界气蚀余量时外特性下降的原因;对该实型泵进行了实验研究,实验结果验证了数值计算的准确度.     

不同阀座半锥角条件下的锥阀阀口流场仿真

针对锥阀阀口在小开度条件下的高速喷流容易产生气穴的特性,采用流固耦合的方法,模拟锥阀在真实开口情况下的流动状态,研究在不同阀座半锥角条件下阀口的流动特性.通过仿真计算表明,不同阀座半锥角对阀口的流动特性有显著的影响,通过合理选取阀座半锥角,可改善阀芯的稳定性;同时减小气穴区域,可改善阀口出流的流动特性.     

一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法——孔板节流法

调节阀在现场使用时经常碰到气蚀,发生这种现象应有以下二个过程：一,当液体介质流过阀芯、阀座之间的节流孔后,流速突然加快,其压力急剧下降,以致在缩流处的压力降到低于液体的饱和蒸汽压力,造成部分液体转变成蒸汽状态。二,介质流到下游后流速减慢、压力上升,如果出口压力高于蒸汽压力,气泡被压缩最后溃破又恢复为液体。据国外资料介绍,这些气泡溃破时所产生的局部压力可达105磅/英寸2,相当于700MPa,使阀内件迅速损坏,并伴有噪声和振动。我国JB/T821《8执行器术语》把液体—汽化—恢复为液体的过程定义为＂空化＂,把空化对材料造成的损害定义为＂气蚀＂。在日常工作中经常把二者统称为气蚀。以数学计算来判断是否发生气蚀,必须同时满足下面二个条件：1.作压差大于或等于初始气蚀压差,即△P≥KC（△PS）。2.阀出口压力大于液体介质的饱和蒸汽压力,即P2〉PV（进口温度下）。     

生态网络中能量流动的分室模型分析

能微分方程理论为基础,假设能量按一级和二级动力学过程流动,建立了生态网络中的能量流动分室模型并进行了分析。结果表明该模型更加直观、准确地反映在了能量在生态网络中的宏观分布情形和能量在流失过程中的流失和耗散行为。     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 ,按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合     

固定锥形阀特性参数及流动特征的仿真分析

固定锥形阀应具备良好的水力特性以满足管线系统中不同工况的调流和消能要求,以DN1200锥形阀为研究对象,利用计算流体力学(computional fluid dynamics,CFD)方法分析不同开度下的稳态工况及开、关阀过程的瞬态工况,通过对比流量系数、流阻系数、排放系数、汽蚀系数、消能率等阀门特性参数及套筒闸的动静态不平衡力和阀内流场分布等,全面分析了固定锥形的水力特性。结果表明,流量系数和排放系数具有较好的线性特性,其过流能力随开度增大而线性增加。流阻系数和消能率曲线的变化趋势相同,小开度时对水流的流动阻碍和能量损耗作用明显,开度增大后流阻系数和消能率迅速减小。汽蚀系数表征实际工况中的汽蚀可能程度,在设计流量工况下,各开度对应的汽蚀系数呈抛物线变化趋势。另外,由于流动和启闭同在轴向,故套筒闸主要受到轴向的不平衡力;稳态不平衡力与水流方向相同,而开关阀过程的瞬态不平衡力均与水流方向相反,且关阀力略大于开阀力。最后,分别以各开度下的压力、流速、湍动能和湍流耗散率等流场分布对固定锥形阀的流动规律进行说明。     

双模式消声器气流再生噪声试验与仿真

为探究双模式消声器气流再生噪声,搭建了消声器试验台架,采用双传声器传递函数法和消声器静态传递损失法,在不同进口流速下,测量了双模式消声器在阀门关闭和打开状态下出口端气流再生噪声入射声功率和尾管噪声。试验结果表明,阀门打开时气流再生噪声与尾管噪声均降低,出口端气流再生噪声入射声功率最高下降1.1dB,尾管噪声最高下降2.3dB,直接验证了双模式消声器有助于降低气流再生噪声的特点。在试验基础上,建立了双模式消声器三维模型,通过Fluent有限元软件对消声器内部流场进行数值仿真,获得了消声器内部压力、气流流速及湍动能的分布特性。仿真结果表明,阀门打开时消声器内部压力、气流流速及湍动能均比阀门关闭时低。仿真和试验结果基本吻合。     

外环流气提式反应器液体局部动力学的实验研究和数值模拟

在外环流气提式气液反应器内,分别以空气和质量分数5%羧甲基纤维素（CMC）水溶液为气相和液相,对液相局部动力学进行了系统研究。应用电极示踪测试技术（ETM）测定了下降段液体速度;应用计算流体力学软件FLUENT 6.0对上升段的液体湍动能和湍动能耗散率进行了模拟计算。模拟结果表明：气体分布器对液体湍动能和湍动能耗散率有较大影响,液体湍动能和湍动能耗散率随表观气速的增大均增大,且液体湍动能呈现出较对称的波动模式。在低气速下,局部液体速率的模拟结果与实验数据吻合良好。     

A new compressibility modification <Emphasis Type="Italic">k</Emphasis>-ε turbulence model with shock unsteadiness effect

A new compressibility modification k-ε model, including shock unsteadiness effect and the previous compressibility modification of pressure dilatation and dilatational dissipation rate, was developed with a simple formulation for numerical simulation in supersonic complex turbulent flows. The shock unsteadiness effect was modeled by inhibiting turbulent kinetic energy production in the governing equations of turbulent kinetic energy and the turbulent kinetic energy dissipation rate. Sarkar＇s correction models were employed accounting for the dilatational compressibility effects in the new model. Two types of flows, the free supersonic mixing layers and complex supersonic flow with transverse injection were simulated with different flow conditions. Comparisons with experimental data of the free supersonic mixing layers showed that the new compressibility modification k-ε model significantly inhibited the excessive growth of turbulent kinetic energy and improved predictions. On the supersonic mixing layer flows, prediction results with the new model were in close agreement with experimental data, accurately predicting the decreasing trend of the mixing layer spreading rate with the increase of the convective Mach number. Due to the complicated flow field with flow separation, shock unsteadi- ness modification inhibited excessive growth of the turbulent kinetic energy in shock regions and wider shock regions are predicted, thereby significantly improving results of the flow with a strong separation forecast. The flow separation was stronger, which was the primary modification effect of the new model. Predictions accord with experimental results even in strong separation flows.     

可压缩自由混合层中的输运平衡

为研究可压缩混合层中的输运特性 ,该文采用气动BGK格式模拟了超音速来流条件下的二维平面可压缩混合层的空间发展 ,给出了湍能、雷诺应力和动量输运方程中各项的分布情况。各平衡方程中粘性耗散项和粘性扩散项都很小。湍能主要是通过对流、湍流扩散和压力扩散进行输运 ;切应力输运方程中主要是生成项与压力扩散项和压力 -应变关联项的平衡 ;雷诺应力 (1,1)分量输运方程中以生成项和压力 -应变关联项为主 ;雷诺应力 (2 ,2 )分量输运方程中主要是压力 -应变关联项与湍流扩散项和压力扩散项之间的平衡。     

纯水锥阀式先导阀阀口流场的CFD分析及结构优化

介绍一种纯水锥阀式先导阀的结构,并用FLUENT软件对其内流场进行仿真分析。得到流场压力,速度及湍动能分布云图,根据仿真分析结果对锥阀结构进行两种结构的优化和改进。分析结果显示,改进后的结构明显地减小了阀内的静压力和湍动能的损失,降低了阀口气穴产生的几率,减小了振动。     

生物搅拌槽中挡板结构对搅拌效果的影响

利用Fluent软件,对无挡板搅拌槽和有挡板搅拌槽的搅拌效果进行了对比。基于有限体积法,采用RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）模型对搅拌槽中的流场进行了模拟仿真,获得了搅拌过程中湍流的流速分布、压力分布和湍动能,对流场的结构形态进行了分析。结果表明：在搅拌槽中设置的挡板宽度越大,流场内的速度值波动就越大,速度矢量变化就越大,湍动能随之变大,有利于提高搅拌槽的搅拌效果;从压力分布上看搅拌槽中的最小压力均出现在距离搅拌槽底面0.12 m处;带档板结构搅拌槽的最小压力低于不带挡板的情况;搅拌槽中的挡板会导致流场中的速度矢量具有较强的旋流效应,流场内速度梯度变化较大,形成较强的涡流,有利于搅拌过程中发生更强烈的化学反应。     

四气门汽油机工作过程的瞬态模拟计算

利用AVL - Fire软件,建立某汽油机的气道及缸内流动区域在进气、压缩和做功行程的动态网格,并在此基础上模拟计算三维数值,分析不同行程气道及缸内气体速度、湍流动能、温度和压力的分布情况,获得更详细的流场信息,为该汽油机的设计提供相关理论依据和参考.     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞流场数值模拟

应用雷诺应力模型，模拟了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的水力特性。数值模拟与试验结果比较表明，雷诺应力模型模拟水平旋流泄洪洞的水力特性是可行的，泄洪洞底部压强沿程呈减小变化规律并与实测值一致；轴向流速沿径向呈峰值靠近壁面的抛物线分布，切向流速呈强迫涡和自由涡的组合涡分布，自由涡占大部分区域，轴、切向流速模拟值与实测流速值均符舍得较好。并计算和分析了空腔环流的压强等值线、湍动能、湍动耗散率、旋流夹角等的沿程变化，揭示了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的一些特有的水力特性。     

内燃机进气稳态流动的数值模拟

利用ＳＩＭＰＬＥ方法，在适体正交曲线坐标网格下计算了内燃机进气过程中固定气阀升程的红内稳态流场。与实验结果对比，得到了合理的速度场及湍动能分布。发现气阀出口截面上的流动不能简单处理成出口或入口；大升程时气阀边缘处速度很高，此处的结构对流量系数有较大的影响。