旋转液膜反应器高度对临界流量影响的研究

提出了一种计算临界流量（CVFR）的数值方法,它基于计算流体力学和Navier-Stokes（N-S）方程,依据旋流数选取湍流模型,使模型的选取规范化;同时引入可攀爬壁面函数来提高边界处流体速度的计算精度,并采用自适应时间步长以及网格自适应方法对反应器临界流量进行数值求解,进一步提升计算准确度。通过对不同转速、高度、夹缝宽度及倾角的临界流量数值研究发现,计算结果与实验结果一致性较好,验证了算法有一定的可靠性。在此基础上进一步研究了临界流量与反应器高度的关系,并分析了临界流量对反应器高度和速度的偏弹性。     

泡沫铝填充薄壁梁斜向碰撞的仿真研究

采用有限元仿真技术研究了泡沫铝填充薄壁梁不同角度斜向碰撞下的吸能特性.分析了泡沫铝密度、壁厚、长宽比等设计参数对临界角和平均碰撞力的影响,并拟合出平均碰撞力和各设计参数及碰撞角度的解析式.结果表明,泡沫铝填充薄壁梁的临界弯折角小于无填充薄壁梁,并且泡沫铝密度对临界角的影响最大.随着横截面宽度从70mm增大到90mm,无填充薄壁梁弯折临界角从6°增大到9°,而泡沫铝填充薄壁梁弯折临界角度则没有明显改变.壁厚越厚泡沫铝填充薄壁梁的弯折临界角越大,但无填充薄壁梁弯折临界角不变.平均碰撞力和碰撞角度存在指数函数关系,且反比于长宽比平方、正比于壁厚和泡沫铝密度的指数幂.     

带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线

设计了一种带有机械搅拌装置的新型管式反应器.用NaCl溶液做示踪剂测定该管式反应器内的停留时间分布(RTD)曲线,并计算了平均停留时间和方差.采用L9(33)正交实验考察了流体在不同搅拌转速、不同流量及不同出口处的平均停留时间和方差.结果表明:该反应器内流体流动状态接近活塞流,平均停留时间随流体流量的增大而减小,随反应器长度的增加而增大,而随转速变化规律性不明显.     

射流式漩涡发生器对离心叶轮性能的影响

采用数值计算方法,对带有漩涡发生器的离心叶轮内流动进行了研究,从宏观和微观角度说明了流体的可压缩性直接影响着流动分离的发生.将二倍转速下的离心叶轮作为研究对象,详细分析了漩涡发生器不同前缘距离(射流管距叶片前缘的距离)、射流管径、倾斜角度(前向倾斜角和侧向倾斜角)及射流流量等对流动控制性能设计的影响.结果表明,前缘距离和前向倾斜角对叶轮性能的影响不如射流管径、射流流量以及侧向倾斜角的影响大,最优参数组合时的效率和压比较原机分别提高了3.06%和4.09%.进一步研究发现,合理布置漩涡发生器能明显改善离心叶轮小流量工况时的性能,且有效扩大了其变工况范围.     

季节性寒区高地下水位渠道衬砌形式试验研究

为了解决季节性寒区高地下水位渠道衬砌结构选择问题,设计了渠道渗漏模型试验箱,对渠水位、地下水位以及透固体衬砌宽度三种因素作用下的渠道渗流量进行了室内模型试验,并基于GeoStudio软件中的SEEP/W模块,进行了相应的数值模拟研究,对比分析了衬砌结构形式对渗流量的影响规律。结果表明,模型试验和数值试验所得渗流规律一致,渗漏量受渠水位与地下水位差的影响较大,水头差越大,渗漏量越大;渗流量随透固体宽度增大而增大,透固体存在临界宽度,小于临界宽度时,渗流量变化显著,大于临界宽度时,渗流量变化不是很敏感,可以据此确定渠道衬砌的结构形式。     

迷宫密封泄漏特性影响因素的研究

采用标准k-ε紊流模型和三维RANS方程求解方法,数值研究了密封间隙、压比、转速对典型迷宫密封泄漏特性的影响规律.计算分析了典型迷宫密封在3种密封间隙、4种压比和4种转速下的泄漏特性.研究结果表明:用相对流量系数(转动时的流量系数与静止时的流量系数的比值)与速比(周向速度与轴向通流速度的比值)的函数关系表征泄漏量随转速变化的规律时,存在一个临界速比约等于1.0;低于这个临界速比时,转速对泄漏量的影响不明显;高于这个临界速比时,泄漏量随转速的增大而减小,在很高的转速下(6 000 r/min以上),泄漏量至少减小了5.1%;相同间隙下,泄漏系数随着压比的提高而近似线性增加;相同转速下,随着密封间隙的减小,相对泄漏量逐渐降低.     

双转子多盘转子系统的动态特性

采用有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,计算分析了轴承支承刚度和内外转子的转速比对系统临界转速的影响,并对计算结果的正确性进行了验证.研究发现:各支承位置支承刚度的增大将使系统临界转速逐渐增大,当增大到一定程度时对临界转速的影响并不大,各支承刚度对各阶临界转速的影响程度并不一致;另外,中介轴承对系统临界转速的影响并不大;以内转子为主激励的同步反进动时,系统临界转速随着转速比的升高而降低,正进动临界转速随着转速比的升高而增大;而以外转子为主激励的同步反进动时的临界转速表现出相反的规律.     

含固定化酶颗粒反应器的动力学特性研究

在连续流动带搅拌的反应器中,突然导入固定化的酶粒子,随着流入反应器的流速不同,存在着两类响应:最小型和衰减型响应.这些响应可由临界Thiele模数决定,当Thiele模数大于临界值时,流出反应器的底物浓度呈衰减性响应;否则,呈最小型响应。决定不同响应的临界速度可由简单的实验方法求出,从而可决定反应速度常数。本文除扼要叙述这种方法的理论推导外,通过对固定化α-葡萄糖淀粉酶的动力学实验,证明随流入反应器流体流速的变化,的确存在两种不同的响应,并可确定临界流速及反应速度常数和Michaelis常数。     

旋转液膜反应器间隙对晶体粒径影响的研究

采用适当的边界条件,联立N-S方程、对流-扩散-反应方程和粒数衡算方程,通过CFD模拟旋转液膜反应器中硫酸钡的沉淀反应,得出了不同转速条件下3个不同间隙晶体的体积平均粒径变化及粒度分布。结果表明：增大转速或间隙使晶体粒径变小、粒度分布变窄;粒径对转速的偏弹性大于对间隙宽度的偏弹性。并通过与实验值对比验证了方法的可靠性。     

单向和双向行人流经过通道瓶颈的实验

通过实验研究了人群经过通道瓶颈时的自组织现象. 采用不同的瓶颈宽度和初始分布,分别进行了单向和双向行人流通过瓶颈的实验, 发现了瓶颈前人群呈类扇形的聚集形态、行人侧身通过狭窄瓶颈和振荡流等现象. 产生该现象的原因是由于行人具有同向跟随、异向避让的行为特征. 另外, 探讨了单向和双向实验在协同性、流量、单位宽度流量等方面的异同. 研究发现: 随着瓶颈宽度的增加, 流量随之增加; 单向实验的单位宽度流量先下降后增大, 而双向实验的单位宽度流量持续下降; 当瓶颈宽度小于肩宽时, 单向流的效率最高, 而当瓶颈宽度略大于肩宽时, 双向流的效率高于单向流.     

自制旋转机械故障模拟试验台的转子振动特性研究

本文采用软件仿真与实验分析相结合的方法,研究了自制旋转机械故障模拟试验台转子的振动特性。使用Solidworks软件对转子进行三维实体建模,并在Altair Hyper Mesh软件中划分网格,导入到ANSYS Workbench软件进行后处理分析。首先通过静力学分析获得双盘转子变形与应力分布情况;考虑陀螺效应的影响,通过模态分析获取固有频率及振型云图;生成Campbell图,分析转子在设定转速区间内振动分量的变化特征;通过谐响应分析获取特定频域内的动态响应。最后进行实验模态分析,并与仿真结果进行对比,从而验证有限元模型的准确性。研究表明：转轴轴肩位置处存在一定程度的应力集中;临界转速远大于工作转速,可有效避免共振;该结构动刚度良好符合设计要求。本文可为该类型转子的振动特性分析提供参考,并为旋转机械故障的模拟实验起到了一定的指导作用。     

磁流变阻尼器多目标靶向抑制四跨转子轴系过临界转速振动实验研究

针对四跨转子轴系过临界转速易发生振动过大且各跨转子之间耦合振动复杂的问题,研究了基于磁流变阻尼器的多目标靶向在线振动控制方法。搭建四跨转子轴系实验台,设计新型磁流变阻尼器并应用于自主开发的多目标靶向在线控制系统。模拟试车过程,研究了通入磁流变阻尼器内不同大小电流时,四跨转子轴系各跨转子振动的变化情况;由于四跨转子轴系过临界转速时耦合振动剧烈,因此提出基于转速的多目标靶向在线控制方法,采用在轴系中各跨转子临界转速附近开启、非临界转速关闭阻尼器的靶向分段控制策略,来实现在线抑制转子轴系过各阶临界转速时的振动。结果表明：磁流变阻尼器能抑制各跨转子过临界转速时的振动,且电流较大时抑振效果较好;应用带有多目标靶向在线控制系统的磁流变阻尼器能使四跨转子轴系在全转速范围振动较小,运行平稳。     

变速Jeffcott转子系统瞬态不平衡响应的准稳态条件

Jeffcott转子系统加减速通过临界转速时,将发生由频率随转速变化的谐激励力引起的瞬态不平衡响应,本文既采用脉冲响应函数和Duhamel积分解析求解此响应;又采用离散变转动角速度,以一系列定转动角速度为激励频率的转子全响应来近似表示该瞬态不平衡响应,通过数值模拟与比较,找出转子全响应代替瞬态不平衡响应的定性适用条件,即变速转子瞬态不平衡响应的准稳态条件,为使用有限个定转速的转子主动平衡操作来完成慢变速转子的主动平衡创造条件。     

弯掠动叶对旋转失速流场的影响

给出了弯掠动叶和径向（常规）动叶旋转失速工况下流场的实验结果，论述了这两种叶片在变工况下的性能差异以及弯掠动叶对旋转失速特征参数的影响，进行了失速前后有关试验数据的对比分析，讨论了弯掠动叶引起旋转失速流场变化的机理及对流场的改善作用．     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

单盘转子系统过临界点时的瞬态响应

本文研究一个各向同性支承、无质量的转轴携带一个刚性圆盘通过临界速度时的非定常振动。根据系统的非线性特征,采用KBM 渐近方法得到一阶微分方程组,求得数值积分解。文中讨论了转子的陀螺效应对瞬态响应的影响,以及内阻尼对系统稳定性的影响。问题分理想能源(即常角加速度)和有限能源(即变角加速度)两种情况讨论。     

四跨转子应用调谐质量吸振器抑制临界转速振动实验研究

为解决多跨串联转子在升速降速过程中经过转子的临界转速区域会产生严重振动的问题,设计了一种新型质量调谐吸振器,搭建了四跨转子实验台并进行了实验研究。根据转速信号对四跨转子轴系进行有开关控制吸振器的振动控制研究,在转子过临界时吸合相应转子上吸振器的电磁铁,使吸振器的固有频率与转子临界转速对应的频率一致。结果表明,新型调谐质量吸振器能够有效抑制四跨转子过临界时的振动,同时避免了由吸振器产生的新共振对转子的影响,使四跨转子轴系在全转速范围内保持较低的振动幅值。     

转子不平衡量的微型涡喷发动机轴承动反力分析

高速旋转的微型涡喷发动机转子系统的不平衡量对转子工作状态的影响尤为突出。在考虑陀螺效应的前提下,采用谐响应分析的方法,研究了微型涡喷发动机轴承动反力随转速及不平衡量分布方位角的变化规律。结果表明:转速越大,轴承处动反力越大,不平衡量的大小对轴承动反力影响远大于转速;涡轮和压气机的不平衡量分布方位角为180°时压气机一端轴承动反力最大,而涡轮一端轴承动反力最小。研究结论为减少微型涡喷发动机因不平衡量而产生的振动问题以及防止轴承破坏等提供了重要依据。     

Riccati传递矩阵法在高速精纺锭子临界转速分析中的应用

Riccati传递矩阵法能有效地克服传统的传递矩阵法存在的数值不稳定现象,适用于结构复杂、转速高、支承多的转子动力学问题。本文简要介绍了Riccati传递矩阵法并将其应用于高速精纺锭子临界转速的分析计算,所得计算结果与其他计算方法及实测结果作了比较,结果相当接近。