气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

基于流固耦合的脑动脉瘤非连续生长过程的数值模拟

研究血液动力学因素在脑动脉瘤生长过程中的变化规律,可为从临床上更深入地了解脑动脉瘤的成病机理提供帮助.本文在考虑血液与血管壁之间流固耦合作用的基础上,建立了脑动脉瘤的非连续生长模型,并应用大型通用有限元软件ANSYS与大型流体力学软件CFX相结合对所建立的上述生长模型进行了定常流动计算与分析,获得了瘤体生长过程的血液动力学因素的作用机制和变化规律,为分析和研究动脉瘤的生长、破裂提供了新的理论参考和研究思路.模拟结果表明：随着瘤体的生长,瘤体内逐渐形成涡流区,并且涡流区域逐渐扩大,强度逐渐变强;涡流形成时,血液在瘤壁下游发生了分流,分流点的位置随着生长过程的进行发生变化,而分流点两侧瘤壁承受相反方向的壁面剪切力;瘤壁内的Von Mises应力在初始阶段内,不断减小,在生长的后期,逐渐增大;在整个生长过程中Von Mises应力均呈现为在瘤颈部最大,顶部最小的分布规律;与此同时,瘤体在垂直于流动方向上的最大变形位置由起始的瘤顶处转移到瘤颈处,最后再回到瘤顶处.     

特殊条件下矩形封闭空腔内自然对流数值研究

在封闭腔侧壁均匀加热且同时顶壁均匀冷却的特殊条件下 ,应用新的近壁面网格加密法 ,针对一个系列的瑞利数和纵横比 ,进行了详细的稳态自然对流换热问题的数值模拟 .通过分析诸多工况对流动形式和能量传递的影响 ,发现当纵横比较大时 (at>1) ,瑞利数对传热的影响比较明显 ;而当纵横比较小 (at<1)和瑞利数较大时 ,纵横比的影响比较明显 .对数值结果进行了回归 ,得到了Nu和Ra的关联式 ,其精度较以前的近似拟合公式要高     

玻璃幕墙清洗机器人壁面适应能力分析

针对一种负压吸盘式玻璃幕墙清洗机器人的壁面适应能力进行了分析.根据机器人在壁面上实现吸附、移动作业的工作原理,得到了吸盘吸附力的临界条件.基于流体力学理论,通过实验方法绘制了电风机吸盘系统的工作特性曲线.建立了吸盘系统流体模型,得到了吸盘内负压受外部扰动时的等效电路,并根据负压动态响应分析了吸盘结构参数对其吸附特性的影响关系.建立了控制系统模型,并设计了负压闭环控制系统.现场试验结果表明,机器人能稳定工作,壁面适应能力较好.     

距离对合成射流涡环撞击壁面的影响

利用二维PIV测速技术研究了射流孔口与壁面距离对合成射流涡环撞击壁面过程的影响,分析了涡环撞击壁面的演化规律,给出了流场的统计特性．研究结果表明,不同的孔口与壁面距离的差异,最终体现在涡环靠近壁面时涡量强度及撞击速度的差异;基于孔口直径的无量纲距离接近或小于合成射流无量纲冲程时,涡环撞壁会在壁面附近诱导产生二次涡结构．因此,合适的孔口与壁面距离对涡环撞击壁面效果起着至关重要的影响．流场统计特性分析表明,涡环撞壁后形成壁面射流,其时均速度最大值衰减速率和射流半宽度扩展速率随孔口与壁面距离的增加而减小．无量纲化的壁面射流速度型均表现出自相似特性,并且与壁面层流射流的理论曲线吻合较好．     

液态金属两相流磁流体发电负载系数对湍流的影响

通过FLUENT软件的气液两相流混合模型,研究了负载系数对"自蒸发"驱动液态金属磁流体发电通道内湍流特性和发电性能的影响。结果表明,在边界层内,负载系数影响湍流强度和平均壁面摩擦系数的大小。在中心流区域,沿流动方向上,在通道3/4处的横截面上,湍流强度呈"M"形分布,且负载系数越大,曲线变化越大。输出功率关于负载系数呈抛物线变化,效率与负载系数呈近似线性关系。输出功率的模拟值与理论值比较一致,误差在1. 29%～4. 6%。     

楔形体入水冲击中的壁面效应分析

为了分析楔形体入水冲击中壁面的影响,采用有限体积法和重叠网格技术建立了楔形体在有限流域入水冲击下的数值模型.通过不同网格密度和时间步长下冲击载荷的比较,论证了数值模型的收敛性.通过与文献结果的对比,验证了数值模型的正确性.利用已验证的数值模型,分析了流域宽度和深度对冲击载荷的影响.将有限流域和无限流域入水冲击载荷的无因次比值定义为壁面效应,进而分析了冲击速度和底升角对壁面效应的影响.结果表明:深度和宽度方向的壁面效应会增大楔形体的入水冲击载荷,冲击速度对壁面效应影响较小,底升角越小的楔形体,深度方向的壁面效应越明显.     

霍尔推力器壁面形貌误差的侵蚀演化规律

为检验霍尔推力器加速寿命试验法用于寿命预测的有效性,需对该方法在壁面形貌加工环节引入的误差的影响进行合理评估。基于此,在霍尔推力器工作80h后的壁面形貌上构造了不同类型的加工误差,利用基于惠更斯子波法的壁面形貌侵蚀演化模型计算和分析了壁面离子溅射条件对加工误差侵蚀演化特性的影响。结果表明:随着侵蚀的进行,误差会逐渐减小并向四周扩散;离子入射角度对误差的侵蚀演化影响最大,适当的入射角可以使误差被完全消除;因此,壁面形貌的加工误差对加速寿命试验方法的寿命预测效果几乎没有影响。     

基于神经网络的燃烧室壁面冷效预测方法

现代重型燃气轮机燃烧室的研发过程中，产生了大量的数值模拟和试验数据。其中，燃烧室火焰筒采用了先进发散冷却技术。该技术中，壁面冷效受发散孔型、主流/冷气压损等参数影响，难以建立基于理论模型和经验关联式的方法进行回归预测。针对工业研发产生的壁面冷效数据集，该文提出了基于人工特征选择、小批量化和归一化的数据预处理技术，建立反向传播(back propagation, BP)神经网络和径向基核函数(radial basis function, RBF)神经网络2种优化的神经网络模型，并通过交叉验证与网格搜索对算法模型进行超参数寻优，最终实现燃烧室壁面冷效的高精度场重建和高精度预测，场重建精度达90%,预测精度达85%,满足了工业燃烧室设计迭代中的实际工程需求。     

偏心转子挤出机中UHMWPE熔体流动特性的数值模拟

偏心转子挤出机具有良好的正位移输送特性,能有效解决超高分子量聚乙烯（UHMWPE）由于壁面滑移造成的加工困难的问题。为了揭示UHMWPE在偏心转子挤出机输送段的熔体流动特性,采用实验与数值模拟相结合的方法确定了UHMWPE熔体壁面滑移的模型参数,利用ANSYS Polyflow软件对UHMWPE熔体的流场进行了数值模拟。结果表明：偏心转子挤出机中转子和定子啮合形成的容腔能够实现对UHMWPE熔体的正位移输送,容腔截面尺寸的变化在熔体中产生了拉伸流场;在每个容腔的入口和出口附近分别形成正压和负压,啮合间隙不为0时,造成容腔中熔体的逆流和漏流,使容腔出口处的平均流率低于理论流率。偏心转子挤出机加工UHMWPE时,容腔出口处熔体的瞬时流率和平均流率与转子转速成正比,流率脉动率保持不变;减小转子和定子间的啮合间隙,容腔出口处熔体的平均流率增加,流率脉动率减小,增强了偏心转子挤出机中熔体的正位移输运。