轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨性能优化方法

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影响。对比结果发现小孔径比对推进器敞水性能更为有利,其中0.1孔径比推进器比0.3孔径比推进器的敞水效率最大提升了3.25%。厚度反置导致轮缘驱动螺旋桨高半径处压力分布不均匀,扭矩大幅提升,敞水效率大幅降低。轮缘驱动螺旋桨的厚度越小,扭矩越低,敞水效率越高,其中方案C桨的扭矩比方案A最大降低了21.74%,敞水效率最大提升了12.9%。

后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。

定子叶片对推进器水动力性能影响分析

为探究定子叶片对于推进器性能影响,对不同结构的推进器进行水动力分析。设计配备加速型导流罩的7叶螺旋桨推进器,通过增加不同定子叶片以及设置对转推进器得到5种推进器。基于计算流体力学(CFD)对推进器的流场进行仿真模拟,考察不同结构推进器的水动力特性变化。结果表明:在研究的转速范围内前置定子最高降低扭矩百分比仅为48.71%,后置定子可完美平衡到100.99%的扭矩;前置定子降低推力幅度最大可达36.16%,后置定子提高整体推力最高为3.32%;对转推进器在推力方面远高于泵喷推进器2~4倍,且具有扭矩自平衡的效果,流场稳定性远低于泵喷;后置定子泵喷相比无定子推进器效率提高6.24%,且具有更加稳定的尾流场。

低温水热处理含油污泥研究进展

总结了含油污泥(油泥)的种类和基本特点,阐述了亚临界水的特点与低温水热处理油泥的基本原理,重点对近几年低温水热处理技术在油泥中的应用进行了综述,并对未来低温水热技术在油泥处理上的发展方向提出了建议。

双螺带-螺杆搅拌桨在不同流体中的搅拌流场特性

采用计算流体力学方法对双螺带-螺杆搅拌桨在层流域内的搅拌流场进行了数值模拟,考察流体为高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体.数值模拟计算得到的功率值与实验测量值吻合较好;双螺带-螺杆搅拌桨的功率常数为162.7,Metzner常数为19.0;搅拌雷诺数以及流体的流变指数对非牛顿流体搅拌流场的无因次速度、循环量数均有不同程度的影响;与双螺带搅拌桨相比,双螺带-螺杆搅拌桨能在一定程度上提高全槽平均剪切速率和平均速度.研究进一步认识了双螺带-螺杆搅拌桨的混合性能特点,为高黏流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了指导和参考.

双螺带螺杆桨气液混合性能数值模拟及其工业应用

针对聚合物溶液为高黏非牛顿流体并且水解过程产生气泡的特殊物系,开发了双螺带螺杆搅拌桨.采用双欧拉模型和滑移网格法对双螺带螺杆搅拌桨在高黏气液两相流中的流体力学行为进行了非稳态数值模拟.研究结果表明,双螺带螺杆桨的特殊结构使得全槽流场呈现轴线大循环特征,全槽溶液表观黏度分布比较均匀,并且有利于溶液中气泡的聚集和浮升,适用于聚合物溶液的水解混合过程.该装置已成功应用于我国某油田聚合物溶液的配置过程中.

非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线性,采用计算流体力学(CFD)方法对其搅拌流场进行数值模拟难度较高,目前仍处于起步阶段;通过合理简化黏弹性流体本构方程以及采用恰当的数值离散方法,有助于在黏弹性流体的搅拌流场数值模拟中取得进展。

聚合物溶液搅拌流场PIV测量初步

采用粒子图像成像仪(PIV)对广泛应用于我国油田驱油用的聚合物溶液搅拌流场进行了测试。研究过程发现,由于聚合物溶液具有黏弹特征、透明度较差、其它透明物系又无法替代的特点,采用较大颗粒的示踪粒子、激光光强为400 mJ时,PIV仪器相机仍不能拍摄到浓度高于1000 mg/L聚合物溶液中示踪粒子的清晰图像;双螺带螺杆搅拌桨在浓度为1000 mg/L和500 mg/L聚合物溶液中的搅拌流场并没有像圆盘和圆球一样出现反向二次流现象,而是呈轴向大循环特征;在层流区域内,搅拌转速以及溶液浓度对搅拌槽内整体大循环特征影响不大;研究表明双螺带螺杆搅拌桨应用于聚合物溶液的搅拌混合是合适的。

甲醇合成油精馏实验

鉴于由褐煤通过甲醇合成技术制取的汽油中芳烃含量高,达不到车用汽油国家标准的现状,提出通过精馏-结晶途径来制取合格汽油和高附加值的均四甲苯产品思路。本文重点对甲醇合成油进行了精馏实验研究,通过切除原料油中的轻组分和重组分,得到均四甲苯富集液。精馏过程发现,95%以上的均四甲苯集中在180～200℃;塔高1.5 m时(相当于45块理论塔板),回流比为0.75时,获得的均四甲苯富集液浓度为48.8%;回流比在0.75～4.0逐渐增大时,富集液中均四甲苯浓度越高。

波纹板填料的流体力学性能

应用商用Fluent软件,采用RNG k-湍流模型,对波纹板填料内三维气相流场进行了数值模拟研究。结果发现,气体从填料底部进入后,大部分气体流入波纹板波谷,并沿波纹板倾角方向流动,此时气体流速较大,压降较小;小部分气体在波纹板波锋区域流动,方向曲折向上,气体流速较小,压降也较大;不同气体动能因子下填料的干板压降模拟值与Billet模型预测值、文献实验数据吻合较好;在理想波纹板填料模型中,气体沿波纹板倾角方向流动碰到塔壁时,转向相邻板片波纹倾角的方向流动,实际应用中容易出现壁流现象。本研究对波纹板填料结构改型及应用具有重要指导意义。

一种多翼离心风机流场模拟与性能分析

综合多叶片离心风机噪音低以及长短叶离心风机气流稳定的优点,设计了一种具有大小叶片交错组合结构的多翼离心风机。采用计算流体力学方法,分别模拟了前向式和后向式2种不同叶轮形式的风机流场。通过对比发现,在相同转速和流量下,后向式风机进出口压差比前向式叶轮风机小11.8%,但功率消耗降低了24.5%,综合效率较前向式高;后向式风机消弱了涡舌出口处二次流现象,使能量损失降低,同时还减小了涡舌出口处气流的偏斜;但气流在后向式风机内的运动轨迹线较长,改进叶轮的弯曲度是这种后向式风机优化的方向。

碳酸钾生产中吹脱除氨新工艺实验研究

在离子交换法生产碳酸钾的基础上,将原有蒸发除氨工艺改为真空加热吹脱除氨工艺。进行了常压加热除氨、真空加热除氨、常压加热吹脱除氨和真空加热吹脱除氨4种工艺方法的实验研究和比较。结果表明,在实验条件下离子交换液的温度、蒸氨时间、气相压力和吹脱气量等对铵离子的分解率有很大影响。真空加热吹脱除氨效果显著。

工业萘塔工程计算及塔内件设计

基于现代传质分离理论、过程分析与优化方法、计算流体力学等对工业萘塔的煤焦油加工系统的研究开发和工程设计进行了工艺流程模拟和流体力学核算,并采用喷射型导向梯形浮阀(SGTV)塔板作为工业萘塔塔板.该设计技术成功应用于300 kt/a煤焦油深加工工程.开车以来,全塔系统运行平稳,操作易于控制,产品质量高,塔顶产品中萘含量高速97.6%,总回收率达90.31%,生产能力达到预期标准,同时能耗也显著降低,该装置是国内单套处理量最大的煤焦油深加工装置之一.

Mellapak 350Y填料气相流流场数值模拟研究

采用周期性边界条件对大体积Mellapak350填料内部三维气体流场进行数值模拟研究。结果发现:气体在波纹板波峰、波谷和开孔处均有流动,在波纹板波谷处,气体流速较大、压力较小、湍动能较大;在波纹板波峰处,气体流道复杂、受干扰较大,气体流速较小、压力较大、湍动能较小;模拟计算的填料干板压降模拟值与经验关联式计算值误差在14%之内,吻合较好。

空化射流流场数值模拟的研究进展

空化射流因具有高效能、无污染等优点而被广泛应用,但是由于其流场结构和水动力学性能过于复杂,使得对其的应用受到限制,为进一步认识和研究空化射流流场特性,对空化射流数值模拟过程中的空化模型、数值计算方法和流场特性影响因素的研究进行了综合论述。阐述了数值模型中不同的空化模型、湍流模型和多相流模型各自的特点、适用条件及存在的问题;对比分析了拉格朗日和欧拉数值计算方法在空化射流模拟中的应用,以及空化射流自身特点对计算方法的要求;对空化射流流场特性的影响因素研究情况进行了综合概述,使复杂的空化射流流场结构有更加清晰的表现,为以后的研究与应用提供了依据。通过以上论述,对目前空化射流数值模拟研究进展中存在的问题进行了分析,并根据所提出的问题,对以后的研究方向提出展望,有助于以后在空化射流流场的数值模拟研究中取得进展。

“十”字形矢量推进系统的设计

介绍了"十"字形矢量推进系统设计,分析了自主水下航行器(AUV)航程的影响因素。采用低阻力、低能耗的Myring型对推进系统尾部线型进行设计,通过计算流体力学方法求取航行阻力,在此基础上进行推进系统设计。利用有限体积法模拟出不同航速下电机转速与推力、螺旋桨效率的关系,对求得的数据进行分析,得到螺旋桨效率、阻力系数与航速的对应关系,为经济航速的选取提供参考。分析发现,提高螺旋桨敞水效率或负载功率有利于提高AUV的经济航速,在降低负载功率的同时提高低航速下的螺旋桨敞水效率是实现AUV长距离航行的关键。

部分水解聚丙烯酰胺溶液的黏弹性数学模型及其松弛时间谱的研究

利用稳态剪切实验和小振幅动态震荡剪切实验得到部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液的弹性模量、黏性模量、表观黏度和第一法向应力差,采用定义平均标准偏差为目标函数,拟合了HPAM溶液的松弛时间谱,结合KBKZ本构方程,在准确可靠表征HPAM溶液黏弹性的前提下,将松弛时间谱的个数减少为3个,并对比了实验值和模型计算值。实验结果表明,角频率变化对HPAM溶液弹性模量的影响较大而对其黏性模量的影响较小。HPAM溶液具有剪切稀化特性,且剪切速率越大,溶液弹性越大。选取6个松弛时间数和3个松弛时间数计算得到的黏性模量、表观黏度和第一法向应力差与实验数据基本一致。对于一般的HPAM溶液松弛时间谱的模拟计算,选取3个松弛时间数足以满足需要,为工程中的简化计算提供了理论依据。

泵喷推进器扭矩自平衡优化分析

为降低泵喷推进器的横滚扭矩,采用正交模拟试验的方法对后置定子泵喷推进器进行分析,通过计算流体力学(CFD)对正交试验的不同组合后置定子泵喷推进器进行预报。以效率和扭矩系数为评价指标,分析定子叶片数量、定子安装角度、定转子安装距离、定子弦长对水动力性能的影响程度,并得出最优模型参数。最优模型相对原始模型横滚扭矩降低了76%,效率提升了4%,优化模型的尾部流场稳定性优于原始模型。后置定子的安装角度对平衡泵喷推进器的扭矩,提升推进器的效率具有重要作用。

新型双螺杆锚式桨的设计及搅拌流场模拟

根据高粘性流体混合机理,设计一种新型双螺杆锚式搅拌桨。利用FLUENT软件对锚式桨和新型双螺杆锚式桨进行数值模拟对比分析,研究了两种搅拌桨的流场速度分布特性,以及在不同高度和不同流变指数下,无因次轴向、径向和切向速度沿半径变化规律和搅拌桨表面压力分布。计算结果表明:新型搅拌桨在一定程度上改变了流体的流动方向,加强了轴向和径向流动,说明这种搅拌桨对提高剪切作用和向全槽范围内进行推动的循环作用有较大的促进作用;在同一种搅拌桨的流场中,非牛顿流体中的高速流体分布区域面积远大于牛顿流体中的面积,并随着流体流变指数的增大,无因次轴向、径向、切向速度的峰值也增大。

从甲醇合成油中提取高附加值重芳烃的工艺

针对褐煤气化、合成等工序得到的甲醇合成油芳烃含量高的特殊情况,提出采用分馏-脱轻-脱重工艺路线来富集高浓度均四甲苯的分离方案。通过流程模拟计算发现,分馏塔在常压条件下,当塔顶温度为129.7℃、塔底温度为211.5℃时,分馏得到的均四甲苯富集液质量分数为71.72%;在真空操作下,通过脱轻塔和脱重塔脱除轻组分和重组分后,可得到质量分数高达91.3%的均四甲苯溶液。精馏实验证明,上述工艺路线是可行的。