基于Fluent案例的工程流体力学课程教学研究

工程流体力学是大多数高等学校工程类专业必修的学科基础课程,典型特点是抽象、逻辑性强。为使学生深刻理解工程流体力学关键问题,该文基于Fluent软件在理论教学中同步阐述弯管、缩放型圆管、斜三通管路流体力学问题数值模拟,在课堂教学过程中穿插数值计算结果,并让学生理解流动问题发生本质,从而激发学生学习兴趣,提高教学效果,培养学生分析问题的实践能力。

基于Fluent的重载植保无人机雾滴沉积特性的研究

以有效载荷为135kg的FBH-300T纵列式重载油动双旋翼无人机为研究对象,测量了飞机旋翼风场和喷头数据,并使用Fluent建立喷头在外流场中的仿真模型。采用计算流体力学(Computer Fluid Dynamic,CFD)的方法,对FBH-300T无人机飞行速度、侧风和载荷对飞机施药过程中雾滴沉积的影响进行了仿真计算和试验验证。结果表明:植保无人机的飞行速度、侧风和载荷都会影响雾滴的沉积分布,雾滴沉积受侧风的影响最大,其次为飞行速度,受载荷的影响最小;在0~2m/s的侧风和0~5m/s的飞行速度范围内,雾滴的穿透性和漂移变化不大;飞机从满载到空载的施药过程中,雾滴沉积特性基本不发生变化,符合田间试验结果。由此证明:使用Flu-ent开展植保无人机雾滴沉积特性的相关研究是可行的,能够为植保无人机雾滴漂移、运动及沉积研究提供参考。

基于Fluent的ZJ17卷接机组一次风分机理

由于梗丝分离效果受工作区间风速的影响较大,开展对一次风分装置风分机理的研究对提升香烟的品质具有重要意义。文中运用SolidWorks软件对一次风分装置进行建模,基于Fluent软件获得一次风分装置的出风口风速,并进行试验验证;在此基础上,对一次风分装置腔体内的风场、出风口风速和出风口至工作区间的风速进行分析。研究结果表明:一次风分装置内部气流区域回流和部分紊流现象明显;出口气流流速试验得出分布区间为21.87~25.9 m/s,仿真得出分布区间为21.0966~25.924 m/s,仿真结果与试验结果基本一致;出风口到工作区间的流速逐渐降低,流速变化速率也逐渐减小。一次风分装置内部气流区域回流和部分紊流会导致出风口风速分布不均匀;在外部风场的作用下,工作区间的风速分布会产生二次变化。

基于Fluent的非光滑表面减阻仿真实验

该文基于有限元法构建了一套可用于非光滑表面减阻仿真的实验方案。将在ICEM中划分的非光滑表面模型网格导入ANSYS中的Fluent模块进行仿真计算,通过对比分析不同速度、不同展向间距圆锥微结构的减阻率评估减阻效果,并利用可视化功能观测速度、压力和湍动能云图,探究了由圆锥微结构构成的非光滑表面减阻规律,为减阻性能方面研究提供了一种新的思路。

基于FLUENT软件的农用拖拉机液压系统布局设计

以农用拖拉机变速箱液压系统为研究对象,对变速箱液压系统工作需求和性能参数进行分析,设计了一种变速箱内部流道润滑系统,并建立液压润滑系统设计原理图,使用FLUENT对润滑系统内部流道进行流场数据仿真分析。分析结果表明:造成拖拉机液压系统内部压力损失的主要原因是存在较多的直角弯道,流道内润滑油低速流动时需要克服较大的粘性阻力,影响液压润滑系统的使用效率。因此,农用拖拉机液压系统在设计布局过程中,应尽量减少直角弯道,避免在系统内部产生涡流区域,以有效减少系统流道内的压力损失,降低液压系统能耗。

基于Fluent的IGBT模块散热器的优化设计

随着新能源电动汽车功率控制器中的IGBT模块向着微型化、集成化方向发展,功率密度增大会导致芯片发热量大幅度增加,降低模块的可靠性。优化英飞凌IGBT模块的散热器结构,以提高散热器的散热性能。设计开口角度为63.256°供冷却液流通的进口和出口,在散热器前、中、后位置设计直径为4~5.5 mm、叉分式排布的扰流柱。利用ANSYS仿真软件,通过计算流体动力学(CFD)的流固耦合传热计算模型进行仿真分析。仿真结果表明,采用新型叉分式结构散热器的IGBT模块的最高温度为85.10℃,最低温度为65.28℃,平均温度为78.81℃,均低于传统均分式结构散热器模块。搭建实验平台对IGBT模块散热器的散热性能进行检测,实验结果表明新型叉分式结构散热器散热效果良好,有助于提升IGBT模块的可靠性。

基于Fluent的超重力场煤泥浮前脱泥设备结构内部流场仿真模拟

研发一种新型超重力场煤泥水浮选前脱泥设备,通过Fluent软件对影响设备脱泥效果的五单因素即沉降槽板角度、沉降槽板上下比例、沉降槽板槽深、沉降槽板半径及排料挡板角度进行模拟仿真得出最佳的结构尺寸,结果表明:沉降槽板角度为45°,沉降槽板上下比例为1∶3,沉降槽板槽深为3cm,沉降槽板半径为13cm,排料挡板角度为60°时,设备具有较好的脱泥效果。

基于ANSYS-FLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管道输送设计研究

以云南某锡矿井下充填管道为对象,经流变实验获得了该矿山全尾砂流变参数,并采用布金汉方程对尾砂料浆阻力损失进行了初步计算,最后运用ANSYS-FLUENT软件进行了模拟计算,并对模拟结果进行了深入分析。结果表明,较优方案为C1,即水泥量为300 kg/m^(3),质量浓度为72%的尾砂料浆能够在管道内安全输送2600余米,充填流量可达110 m^(3)/h,满足了矿山井下充填制备站至各采场空区的充填需求,确保了充填系统的安全、可靠和高效运行。进一步研究分析发现,在管道内输送的尾砂料浆速度和压力存在边界层效应;管输阻力损失随尾砂料浆的屈服应力及黏度的增加而增加,并得出了阻力损失与屈服应力及黏度之间的关系表达式。本文针对充填采矿法中矿山尾砂料浆合理、安全地管道输送,制定了简便高效的计算、模拟和分析方法,为充填采矿法的实际应用提供了有益指导。

基于FLUENT的离心泵内流特性数值模拟研究

离心泵作为高速旋转机械,其内部复杂的流动形态越来越受关注。该文依据某工程数据,基于FLUENT软件建立离心泵三维流体域数值仿真模型,分别对离心泵在0.2Q d(Q d为该离心泵设计流量)、0.4Q d、0.6Q d、0.8Q d、1.0Q d、1.2Q d 6个不同流量工况下的内部流动特性进行模拟计算,并将计算所得流量-扬程和流量-效率曲线与真机试验结果进行对比,计算结果与试验结果最大误差为4.71%,从而证实了数值仿真结果的可靠性。通过对压力和速度分布分析可知:离心泵内部静压和流速随流量增加而降低,叶片前缘存在负压区,易引发汽蚀、振动、噪声等不良结果。相较小流量工况,设计工况下泵内速度分布更加均匀。对泵内流态进行多角度分析,对离心泵的结构优化设计有一定的借鉴意义,可为类似工程提供参考。

基于EDEM-Fluent耦合仿真的射流式挖藕机设计与优化

为解决大面积的浅水藕田地区的莲藕采收机执行部件高压喷头的个数较多,容易出现各喷头间流速差过大的现象,导致莲藕采收率的下降和莲藕品质的参差不齐的问题,对莲藕采收机射流系统执行部件进行优化。喷头作为执行机构的重要组件,其射流的稳定性对莲藕采收的效率以及冲刷效果有着重大的影响。为揭示高压喷头的连接工艺和喷头形状、口径对射流稳定性的影响,基于EDEM-Fluent软件对内部流场进行环境建模以及对执行部件的喷头进行耦合仿真模拟。试验发现:改变喷头的形状增加倒角,调整各喷头出水口直径到恰当的差值对喷头出水稳定性有明显的改观,流速波动标准差由0.164 m/s改变为0.020 m/s;平均挖掘深度由33.50 cm改变为36.07 cm,挖掘深度标准差由1.71 cm改为0.69 cm。

基于“Ansys Fluent+BIM”的区域环境仿真模拟分析——以上海市金山区某拟建项目为例

以上海市金山区某拟建项目为例,为分析区域环境对其产生的影响,采用Ansys结合物呈线条状扩散,有效影响范围可达到10km以外。同时,基于空气质量指数(AQ)对污染物来源、污染物性质等在不同风向和风速下进行最不利气象条件仿真模拟,得出结论并提出应对措施。成果可为拟建项目的环境影响评价提供参考,也可为沿岸化工厂排放口设置及功I能优化提供一定的理论指导。

基于Fluent的环境温度和斜井角度对隧道通风效果的影响研究

针对隧道斜井的自然通风问题,以大万山隧道为依托工程,利用CFD数值模拟软件Fluent对斜井型隧道进行模拟,分析不同环境温度和隧道斜井角度对隧道通风效果的影响。结果表明,环境温度和斜井角度都影响隧道的通风效果。当环境温度低于隧道壁温时,斜井处于排风状态;环境温度高于隧道壁温时,斜井处于送风状态,二者温差越大,隧道和斜井内的风速越大;当环境温度一致时,斜井角度成为影响隧道通风效果的主要因素,斜井角度为90°时隧道通风效果最佳,随着斜井角度的减小,隧道通风效果逐渐变差。

基于Fluent软件的教学楼室内风环境模拟及优化分析

文章采用计算流体动力学(computational fluiddynamics,CFD)进行模拟,针对夏热冬冷地区的教学楼进行夏季室内风环境模拟,分析在上下课两种模拟工况下的室内风环境,在自然通风与机械通风条件下,研究室内墙体与门窗对室内风环境的影响。经过优化,两种工况下的室内风环境都有显著改善,尤其是北侧大教室由风速停滞优化为空气对流。通过研究过程及结果,旨在为室内设计提供相关参考,促进室内风环境改善。

基于FLUENT的调节器壳体冲洗工艺仿真分析与优化

为研究航空附件壳体冲洗时出口流速不能有效测量的问题,提出了一种航空附件产品壳体流体域的出口流速的预测方法与手段,并通过预测的结果对工艺进行优化。借助FLUENT仿真工具,通过建立壳体的流体域模型、网格模型,运用有限元的仿真计算方法分析评价现有冲洗工艺的优劣,在仿真的计算结果上得到流体域的出口的流速、云图、流线图等数据,预测调节器壳体出口流速的大小,例如初始仿真时,出口2、3、9的流量很低,甚至还存在负压,流量分别为0.0017 kg/s、0.00002 kg/s、0.02 kg/s,通过封堵等其他出口的手段,将出口2、3、9的流速分别提升至78 m/s、25 m/s、423.3 m/s,极大地改善了出口流体的状况。此方法能够对制造过程中合理制定冲洗工艺提供有效的帮助。研究将为航空燃油附件壳体的工程设计以及制造过程中冲洗工艺方法的制定提供理论支撑,其他涉及需进行冲洗工艺的制造过程领域也都具有较强的借鉴意义,研究具有较强的应用推广价值。

基于Fluent的排风管道内流场数值分析

针对排风管道的内流场变化,利用Fluent的Realizable k-epsilon湍流模型进行排风管道的内流场数值分析。结果显示,对排风管道进行倒角处理,不仅能延长管道使用寿命、提高流体的稳定性与均匀性,还能降低噪声和振动,提高工作环境的舒适度。受管道方向变化和管道阻力的影响,流体在流动过程中能量损失越大,湍流耗散率越大,压降也就越大,管道3路入口处压力明显高于出口压力。受流体体积和背压的影响,管道3路入口处流速明显低于出口流速。

基于FLUENT的轴承腔封严引气流动特性仿真分析及结构优化

为降低轴承腔封严引气流阻,提升滑油系统封严可靠性,以航空发动机轴承腔封严引气结构为研究对象,针对发动机典型工况点,将引气管、轴心引气等三维模型导入CFD软件平台FLUENT划分网格,采用Realizable k-ε模型对流场进行三维数值模拟,流场分析结果与实际相吻合,能够准确地反映气体流动状态。通过对2种引气管结构与3种轴心引气结构流动特性进行对比分析,得到典型工况下封严引气结构的流阻及出口流速等性能参数,最终确定多种封严引气结构对流动特性的影响,从而对引气结构进行改进设计,优化了引气流动特性,为轴承腔封严引气结构设计提供了参考。

基于Fluent对重整反应进料加热炉炉管流体分布特性的研究

为实现连续重整装置反应进料加热炉炉管流体均匀分布的效果,文中使用Fluent软件对反应进料加热炉炉管内流体进行了模拟研究。通过模拟得出了∪型和∩型炉管在流量分布以及压力损失方面的特性,并对比了不同炉管数量下管内流体分布情况。最终得到集合管截面与支管总截面积的比值推荐范围,为后续工程设计提供参考建议。

基于Fluent的二维数值平面造波

使用Fluent软件,结合VOF(VolumeofFluid)方法、N-S方程和RNG流模型,通过对C语言的二次开发,进行了二维数值波浪水槽的模拟。通过与理论结果的比对验证,验证了本文对于椭圆余弦波和Stokes波造波的可行性。

基于FLUENT的工业洗涤设备用烘干机流场仿真分析

为了解决烘干机烘干效率低、能耗损失大、给使用客户带来高成本的问题,以工业洗涤设备烘干机为对象,采用仿真方法分析烘干机内部压力、速度和温度等流场参数对烘干效率和能耗的影响。建立了烘干机仿真分析模型,采用FLUENT软件对烘干机内部流场进行数值求解,并对仿真结果进行分析,通过分析烘干机内部压力场、速度场和温度场,判断烘干机结构设计的合理性及改进方向。最后,研究了不同进口速度和进口温度对烘干效率的影响规律。仿真分析结果表明:烘干机运行1.6 s后,内部压力分布均匀为1100 Pa,烘干机内部流场压力分布均匀合理;烘干机进口风速为20 m/s,温度设置为333 K时,流场内部风干效率高,内部流场的温度变化均匀,内部温度循环速度快,烘干机烘干效率高,能量损耗小。同时,烘干机在进风口处设有挡风板,挡风板上设有向内筒端面开口处内折弯的导流部的结构,能够使烘干机内部受热均匀、循环受热,对提高烘干效率和降低能耗起到重要作用。

基于Fluent-DPM的呼吸阀和连接储罐内部压力安全分析

以呼吸阀及连接储罐系统为研究对象,采用Fluent-DPM计算方法对具体工况条件下呼吸阀吸气过程进行计算,分析罐内流体速度场分布情况和压力变化规律,并与Cradle CFD计算结果进行对比,验证计算结果的可靠性。分别对不同管径规格的呼吸阀进行计算,结果表明:呼吸阀吸气后罐内产生两个较大的漩涡,最大速度出现在偏底部位置,速度由内向外不断增大,导致储罐更容易发生吸瘪情况;选用DN 150呼吸阀,罐内最低负压为-2 598.42 Pa,小于罐体所能承受的最大负压,罐体不会出现失稳情况。