修正磁化模型的多组分铁磁性颗粒运动研究

铁磁性颗粒因具有铁磁性被广泛应用于化工环保、生化工程和能源等各个领域,磁场具有的穿透性质,对于采用铁磁性颗粒的系统,可通过改变磁场控制系统内颗粒的运动状态.文章基于传统的磁化模型,采用相对参考系转换方法,提出了适用范围更广的修正P-E磁化模型,可以计算铁磁性颗粒在任意方向磁场作用下所受磁化力.通过有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)耦合进行数值模拟,验证了修正P-E磁化模型的精确性,并模拟多组分颗粒在磁场中的运动,对比了铁磁性颗粒与惰性颗粒在不同配比及不同磁场条件下的运动特性,对颗粒分布、颗粒速度矢量和颗粒总能量变化3个方面进行分析.结果表明:在多组分颗粒系统中,铁磁性颗粒依旧保持成链特性,但成链速度与长度降低;随着铁磁性颗粒占比提高,铁磁性颗粒初始能量增大,聚链数量与成链长度将有所增加,约束惰性颗粒能力增强;此外,施加水平与竖直方向磁场时,多组分颗粒系统达到稳定速度最快,可以通过增大铁磁性颗粒占比有效提升稳定速度,使系统更快趋于稳定;而施加含有倾角的磁场时,随着铁磁性颗粒占比升高,铁磁性颗粒达到稳定状态需要的时间逐渐降低,较难通过改变铁磁性颗粒占比缩短稳定所需时间.

基于DEM方法的旋转流化床纳米颗粒流动特性研究

基于DEM方法利用MFIX软件分别模拟了两种不同粒径纳米颗粒在旋转流化床内的流动。模拟结果与以往实验结果进行比较发现结果吻合较好,验证了旋转流化床模型的准确性和可靠性。对纳米颗粒在旋转流化床中的运动过程进行数值模拟,加入范德华力,得到了纳米颗粒分布、纳米颗粒速度矢量分布以及纳米颗粒床层压降在不同离心加速度下随气速的变化。结果表明,少部分纳米颗粒在旋转流化床上部游离,其余颗粒随旋转流化床运动,当纳米颗粒上升到60°旋转角附近时,颗粒出现回落,然后进行反复运动,由于纳米颗粒的运动受到颗粒堆积的影响,最终纳米颗粒在旋转流化床底部往复循环。纳米颗粒在旋转流化床内的压降均随离心加速度和气速的增加而增加,相同条件下TiO2颗粒的床层压降大于Al2O3颗粒的床层压降,而且与TiO2相比Al2O3颗粒先达到稳定状态。

涡轮泵非设计工况压力脉动数值研究

涡轮泵工作时要求在较宽转速范围内运行稳定,但实验中涡轮泵的泵部件在0.75QBEP工况下出现异常振动,由于结构限制,直接通过实验检测内部流动特性较困难.为探究其振动原因,采用SST湍流模型并考虑空化对该泵进行定常和非定常模拟,分析其内部流场和压力脉动特性.研究发现0.75QBEP工况靠近正斜率不稳定区,离心轮流道内存在回流、漩涡等不良流态;诱导轮和离心轮进口有空化现象发生.离心轮进口处空化引发的压力脉动在500 ～1440Hz范围内连续分布,动静干涉引发的压力脉动以转频、叶频及两者的倍频为主.改变诱导轮与离心轮轴向间隙对诱导轮与离心轮之间的压力脉动影响较为明显,对其他位置压力脉动影响较小,当间隙扩大到5mm左右时能在一定程度上改善0.75QBEP工况的异常振动.

基于Fluent软件的螺旋桨翼型改进

利用UG软件对某螺旋桨进行三维实体建模,修改翼型然后利用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟,得到敞水中该螺旋桨的推力系数、转矩系数、叶背压力、叶面压力等水动力性能参数,从而找到螺旋桨翼型的改进方向。计算分析发现,当扭转角度在10°左右时螺旋桨各水动力性能达到最低值。当扭转角度为15°时,螺旋桨各水动力性能参数出现极大值。利用CFD方法得到的螺旋桨流场分布与理论较吻合,结果具有一定参考价值。

磁液悬浮离心血泵的流场数值模拟及其优化设计

磁液悬浮离心式人工血泵要求运行平稳、工作可靠,但实验发现扬程与效率值偏低,并观察到叶轮存在一定的失稳现象。为探究其原因,该文采用SIMPLE压力校正算法和标准k-ε湍流模型对存在失稳现象的磁液悬浮离心式人工血泵进行了非定常数值模拟。通过分析叶轮内部流场,提出三种叶轮优化方案并进行数值模拟验证。模拟结果显示:叶轮流道扭转20°可使扬程和效率分别提高8%和5%,出口倒斜角40°可使径向力减少22%。

抽水蓄能电站压水气系统压水工况中阀门低温问题的数值模拟研究

抽水蓄能电站在压水工况中暴露出的管道设备过冷问题,是以压缩空气为工质的压水气系统的重要安全隐患。系统管路中的主要阀门,包括截止阀、节流阀和止回阀,在实机运行中均观测到阀体温度低于预期范围的现象。阀体过冷说明其内部有低温气流通过,但国内外针对压水气系统排气压水工况中,低温气流形成的机理研究和该条件下阀门的选型分析研究相对较少。采用SA单方程湍流模型,对压水气系统压水工况阀门处的低温问题,进行了非稳态全通道数值模拟研究,初步分析了过冷现象的发生位置、过冷程度和发生机理。研究结果表明,阀门结构因素导致的可压缩气体剧烈膨胀,是压水工况中高速气流过冷的根本成因,并据此为压水气系统阀门选型提供了可行建议。

弯管角度对充水阀过流能力影响的数值计算研究

弯管角度对充水阀过流能力有重要影响。本文借助ANSYS CFX平台对弯管角度分别为90°和105°的进水口快速闸门DN500充水阀开展了数值计算研究。采用基于k-ε湍流模型的雷诺时均方法,比较分析了7种不同闸门开度条件下两种角度弯管的流量、阻力系数和水力损失等过流性能。结果表明:阀门开度增大能够提高阀门过流能力,降低阻力系数;在大开度下,105°弯管相比90°弯管能有效提高阀门的过流能力,平均过流量增加14. 1%,最大过流量增加16. 39%;当出口未出现回流现象时,105°弯管出口流场分布更加均匀、流畅。

抽水蓄能电站压水气系统气罐壁面传热对罐内空气降温特征的影响

为分析抽水蓄能电站压水气系统气罐壁面传热对罐内空气降温特征的影响,采用全通道非稳态数值模拟方法,数值模拟某抽水蓄能机组气罐内部气体的流动特征和热力学变化,分析了排气压水工况下气罐内压缩空气的温度变化规律和机理,通过对数值模拟数据分析,明确了罐内气体温度分布差异化、热力学绝热过程向多变过程转变、气罐内流场自然对流建立的内在联系,发现了使用强化气罐壁面传热系数的方法来改善气罐局部低温问题的局限性,为优化排气压水系统储气罐提供了技术路线选择依据。

水泵水轮机压水气系统排气压水工况中脉动问题的数值模拟

针对水泵水轮机组的压水气系统压水工况中存在管道设备脉动问题,采用SST湍流模型对压水气系统的排气压水工况进行了全通道数值模拟,并着重研究了管路系统中节流阀下游管件处的脉动现象,总结并分析了脉动发生位置、程度和机理。研究结果表明,排气压水工况中脉动的根本成因是可压缩气体在阀门处剧烈膨胀并形成了超声速脉动射流,射流的脉动形式与特征与阀门结构和安装位置有关,研究结果可为压水气系统的管路设计和阀门选型优化提供数据支持。

水电站机组制动供气系统设备的优化研究

我国水电站机电设计手册上的一次制动耗气量公式,计算结果偏大,而机组一次制动的实际耗气量远远低于手册上的理论计算值,用连续给气方式用于供气设备的选型存在很多弊端,如空压机启停频繁导致的润滑油乳化、储气罐容积和空压机排气量过大导致设备浪费、储气罐和空压机之间不匹配等。针对这个问题,采用体积法计算一次制动耗气量,给出了耗气量随机组单机容量的变化范围;优化了储气罐容积和空压机排气量的计算公式,归纳出两者之间的合理匹配关系;总结出大中型抽水蓄能电站一次制动耗气量取值范围的推荐值。结合具体算例分析,验证新方法和新公式具有科学性和实用性。

水泵水轮机压水充气过程的非稳态数值模拟湍流模型比较

水泵水轮机的压水气系统,在向转轮室中充入压缩空气、压迫水位下降的过程中(压水充气工况),其储气罐和充气主管路内的气体流动和热力学特性,是困扰压水气系统设计的关键问题。现有设计方法,主要借鉴长距离天然气输气管道放空过程等其他领域的成果,所用理论模型和经验公式无法体现水泵水轮机压水气系统工作环境和结构特征的特殊性。同时,国内外针对抽水蓄能电站压水气系统的数值模拟研究也尚属空白,因此亟须开展有针对性的研究。采用全通道非稳态数值模拟的方式,对压水气系统的压水充气工况进行研究,对比并评价了不同湍流模型(Spalart-Allmaras模型、Shear-Stress Transportκ-ω模型和Scale-Adaptive Simulation模型)在压水气系统模拟问题中的适用性,初步分析了压水充气阶段系统关键环节的流动特征和热力学变化。

轴伸贯流泵全过流系统断电飞逸过渡过程研究

为深入分析轴伸贯流泵装置断电飞逸过渡过程中水力瞬变特性,通过建立贯流泵全过流系统三维模型,考虑压力沿水深变化进出口边界和重力项影响,对机组全流道进行三维数值模拟,分析不同时刻流量、转速及不同测点静压值变化规律,并与真机试验进行对比。计算结果表明:机组平稳运行4 s后开始断电飞逸,共用时36.98 s达到最大飞逸转速,最大飞逸转速为30.97 rad/s,与试验测量值吻合。断电飞逸过程中,转速下降滞后于流量下降。所得各截面上同一半径不同深度测点静压随时间变化都出现向上增长、波动再下降至平稳的过程。机组飞逸后,尾水流道存在明显偏心区。

抽蓄电站压水气系统排气压水工况下气罐热力学特征与形状优化模拟研究

以抽蓄机组的压水气系统作为研究对象,开展包含自然对流和壁面传热因素的全通道非稳态三维数值模拟,重点研究排气压水工况下,压水气系统储气罐内部压缩空气的流动分布特征和热力学变化过程。结合数值模拟结果,分析了储气罐出口处流动特征与温度剧烈变化的联系,以及自然对流对气罐热力学进程的改变方式;并进一步探讨了改变储气罐形状及气罐出口管路布置方式对改变储气罐热力学性能的具体影响。为压水气系统压缩空气储气罐热力学性能的优化设计提供了参考。

羊易电站地热光热联合发电方案比选

以羊易电站二期工程为研究对象,结合现有的资源条件,通过不同发电方案和光热配置方案之间的比选,对地热/光热联合开发进行了初步探索。最终推荐羊易电站二期工程采用装机规模26 MW,且不设储热系统的ORC地热/光热联合发电方案。

基于nCode某水电站桥机减速机输出轴疲劳寿命分析

针对某水电站桥机减速机输出轴断裂现象,基于nCode平台及应变疲劳理论,对减速机输出轴进行三维建模,求解应力应变,分析减速机输出轴虽然在键槽根部存在应力集中现象,但最大应力值在许用应力范围内;同时通过疲劳寿命求解,揭示减速机输出轴断裂成因为键槽根部是疲劳脆弱区,安全系数过低。

基于Ansys的抽蓄电站进水球阀漏水引起自激振荡研究

抽蓄电站机组进水球阀存在密封不严,工作密封漏水的情况,进而诱发引水管路自激振荡导致水淹厂房等事故的发生。以浙江某抽蓄电站进水球阀为研究对象,对进水球阀关闭不严,有小流量漏水的工况进行三维数值模拟仿真,得出工作密封的振动频率会诱导球阀后压力脉动进行同频率振动。进水阀密封振动越快,频率越高,阀前压力脉动值越大,上升趋势越明显。上游引水管道越长,距离阀门越远,上游压力脉动值越大,上升速度越快。

水轮发电机转子密封系统转子动力学分析

本文根据水轮发电机组中的密封形式及其边界条件,求解Reynolds方程,将所获得的密封力模型加载到水轮发电机转子系统中,采用New mark数值方法对包括发电机、主轴、上导轴承、下导轴承、水轮机转轮、上冠和下环密封在内的水轮发电转子—密封系统进行数值仿真,得到了水轮发电机转子系统的转子动力学特性,并将其与水轮发电机系统实际运行数据进行对比,结果证明所建立的密封力模型符合工程实际,对水轮发电机转子系统的设计有一定的指导意义。