烟草喷雾机气流场数值仿真及试验验证

为了探究烟草喷雾机风送系统气流分布情况,利用数值仿真与试验验证相结合的方法分析气流场分布规律。结果表明:1)该喷雾机气流场中气流在喷筒内导流柱两侧分布均匀,喷筒出风口截面处气流分布的仿真结果与实测结果之间相对误差较小且分布趋势一致,证明了仿真模型的合理性和有效性;2)风速与测量位置到出风口截面距离的线性回归方程为y=13.29-9.49x,相关系数为0.721。仿真及试验结果为后续风送系统的优化设计提供了参考。

外场气流场前端测量误差统计方法探讨

外场测试的随机性和有效性需要适用的统计方法进行观察,外场气流场测试通常用于舰船等平台稳定运行时的气流场特性研究,为明确每个测试工况的初始条件,需要对平台的前端流场进行测量,作为对应工况的参考性输入。首先,对测量误差典型方法进行对比,然后利用超声波风速仪作为测试工具,借鉴气象计量的相关标准,提出了外场气流场前端测量误差参数统计的方法,模拟了舰船外场气流场测试的3个典型工况并进行数据采集,对测量数据误差进行处理分析,置信概率大于50%,初步验证了该方法的有效性。

低气压直流转换开关开断能力研究

直流转换开关被广泛应用于特高压直流输电工程,用于系统运行方式的切换。其多采用无源自激振荡的技术路线,具有结构简单、性能可靠等优点。该文以直流转换开关为研究对象,通过SF6气体低气压特性分析,结合直流转换开关开断过程灭弧室的气流场仿真分析结果,优化气流通道,设计出适用于低气压环境的大容量开断装置。采用了低频振荡电流法等效直流电源进行直流转换开关的电流转换能力验证,分别在不同电流、不同气体压力时进行电流转换试验。由试验结果可知,随着开断装置充气压力的降低,电流转换的能力下降率达到10%~25%,且燃弧时间较长。通过仿真和试验研究,为低气压条件下直流转换开关的设计和电流转换能力评估奠定了基础。

基于机器学习方法的三维气流组织温度场重构

从局部离散流场数据点重构全局流场信息对数据中心机房的节能节碳具备重要的研究意义。基于局部散点对数据中心进行气流组织温度场快速重构,可有效降低数据中心总能耗。主要通过发展一种基于多特征输入的三维U形神经网络架构(U-net),利用布设在数据中心机房的温度传感器数据值进行气流组织温度场重构。并研究了在不同学习率与数据集大小的设置下,该机器学习模型的训练预测能力。对比结果表明:不同学习率对于模型训练的结果有较大影响,应通过预实验选取最佳学习率。在同等条件下,应优先选取较大的数据集进行训练,便于提取高维物理特征。

5XZ-10型比重式种子分选机中离心风机流场研究

利用空气动力学原理进行种子分选,空气流场的分布至关重要。针对农业机械装置中气流均匀性问题,以5XZ-10型比重式种子分选机中离心风机为原型,利用Solidworks软件建立离心风机几何模型,运用Fluent软件对离心风机内部流场及出口流场进行数值模拟计算。通过仿真试验得到离心风机流场分布,对风机出口速度分布云图及矢量图结果进行分析,发现风机内部流场受到机械结构的干扰,气流在风机出口界面分布较不均匀,提出了离心风机流场优化措施,包括双叶轮双入口单出口离心风机入口增设集流器、对固定盘与叶轮的连接进行密封、风机出口采用钢板网对出口气流进行均匀性改善。在距离风机出口上方0.13 m处安装钢板网,增设钢板网后风机出口气流均匀性指数由0.88提升至0.90,提升率2.27%,解决了风机提供的气流流经5XZ-10型比重式种子分选机筛面时的均匀性问题。

5XZ-10型比重式种子分选机气流孔板布置优化

种子的好坏,直接影响粮食产量,优良种子的筛选对于国家粮食安全问题具有重大意义。针对5XZ-10型比重式种子分选机筛面气流分布不均的问题进行单因素试验。利用Fluent软件,采用数值模拟与试验相结合的方法对比重式分选机气室流场进行了求解。为了简化计算量,引入多孔介质模型代替气流孔板。利用数值拟合求解了多孔介质模型参数,建立气室几何模型并验证了模型的可行性。将气流孔板布置高度比例系数α作为单因素变量,得到分选机空气流场及空气动力场的分布特点。为获得合理的筛面气流,讨论了不同的气流孔板高度对气室出口界面气流稳定性、均匀性的影响,发现当α=0.84时,气室出口界面气流稳定性、均匀性较好。确定气流孔板合理的安装高度530 mm,为比重式种子分选机优化设计提供了试验数据及理论依据。

葡萄园喷雾牵引车翼型塔板仿真分析与优化设计

针对宁夏贺兰山区域葡萄种植环境与作物冠层特征,设计了一种带有浮动结构的翼型塔板导流装置,其浮动结构可依据不同生长时期的葡萄作物高度进行调整。利用计算流体力学(CFD)软件对塔板气流场进行仿真分析,以翼型浮动塔板出风口处高速气流区域的面积最大值为目标,通过正交分析获得浮动结构与固定结构最佳优化导流几何参数与导风锥参数。在塔板优化结果的基础上,针对浮动结构可调极限角度进行仿真分析,建立风送塔板结构仿真模型,得出其气流汇集的离地高度范围与有效喷施距离。按照设计参数加工装配塔板浮动结构,结合样机完成喷药效能试验。以建立的模型指导各时期葡萄的施药工作,为精准施药提供技术基础。试验结果表明,塔板气流场分布特点与仿真结果基本符合,风送塔板结构仿真模型可靠。

风沙区高等级公路设施与路基高度耦合对气流动力学和蚀积特征的影响

[目的]揭示风沙地区不同高度高等级公路附属设施对过境风沙流的扰动效应,分析不同高度与公路设施影响下的公路路面积沙程度,为公路工程设计和穿沙公路防护措施的制定提供理论依据。[方法]采用了计算流体力学(CFD)数值模拟方法,将普通公路作为对照,对比分析不同路基高度和公路设施组合对近地表过境气流的影响,并通过野外实测数据进行验证。[结果]公路设施显著影响了路基过境气流,导致公路形成减速区,不同高度路基产生多样性的水平气流速度变化。当路基高度在1~2 m之间时,气流扰动较弱,有助于断面输沙;当路基高度在3 m高度时,气流扰动较强,不利于断面输沙。气流穿过护栏和中央隔离带时,气流从护栏下方经过,风速增加,护栏背风侧最大风速的距离随着路基高度的增加呈现先增加再减小的变化趋势,路基高度在0,1,2,3 m时,最大风速距离分别为10,20,25,20 cm。随后在护栏背风侧与上层气流合并,尾流持续扩散,形成减速区,过境气流在该区域发生衰减,沙粒颗粒产生沉积,最高积沙高度11.5 cm,积沙宽度4~4.5 m。[结论]路基高度和公路附属设施是影响公路沿线沙害的主要因素。路基高度对气流到达路基上方的风速产生显著影响,而护栏和防眩网的存在可能在背风侧形成弱风区,从而导致公路上的沙堆积,存在潜在危险。

激光选区熔化波形进风道结构设计仿真及实验研究

在激光选区熔化增材制造设备中,风循环系统不仅起到防氧化的作用,更重要的是在成形区形成的风场可以将成形过程中金属粒子产生的黑烟、飞溅等工艺副产物带走,而这也对成形件的质量有着重要影响。基于目前南京中科煜宸RS450型激光选区熔化成形设备存在的金属粒子飞溅、黑烟残留问题,运用SolidWorks、AnsysFluent等软件对风道与整体成形仓成形区域的流道进行仿真模拟,再结合实际需求以及模拟效果提出波形进风道新型吹风结构并进行优化。通过仿真数据表明,成形过程中产生的飞溅、黑烟残留过多是由于成形区风场分布不均匀造成的。经过仿真优化,极大地改善了风场分布不均匀的情况,并通过实验予以验证。采用优化后的波形进风道结构进行试件的致密度实验,也得到极大改善。

550kV/8000A大容量SF_(6)充气式套管温升特性的仿真研究

为研究550 kV/8000 A大容量SF_(6)充气套管的温升特性,建立了550 kV/8000 A大容量SF_(6)充气套管多物理场耦合模型,利用ANSYS软件,综合考虑涡流效应、集肤效应、重力作用、热对流、热辐射等因素,计算分析了1.1倍额定电流(8000 A),即8800 A电流条件下套管的温度场与气流场分布规律,并进行了550 kV/8000 A SF_(6)充气套管的温升试验,验证了仿真结果的正确性。最后仿真分析了外部风速、气体压强、负载电流、中心导体外径等4种影响因素对套管温升特性的影响。研究结果表明:最高温度位于套管内中心导体上部的小孔下方,最高温度为363 K,从整体角度看,套管上方的温度高于下方;仿真结果与试验结果一致性较好,误差在8%以内;套管的温升随外部风速的增大明显降低,但降幅逐渐减小;套管的温升随着气体压强的增大而降低;电流越大,产生的焦耳热越多,负载电流直接影响导体温升;套管的温升随着中心导体外径的减小而增大。研究内容为大容量高压SF_(6)充气套管的设计工作提供了理论借鉴。

船舶机舱气流组织及温度场优化设计

为解决原方案机舱空气流动存在死角和局部过热区的问题,综合考虑进风量、甲板开口、机舱设备和管路布置、风管开口位置和开口数的影响,对某大型散货船机舱通风方案进行优化,并进行有限元仿真。结果表明:在相同通风配置条件下,优化方案的机舱整体区域温度为48℃,相较原方案降低21%,其气流组织流通情况也得到显著提升。研究成果可为船舶机舱通风方案设计提供一定参考。

不同隔热材料下的深井巷道隔热降温模拟研究

为解决煤矿开采深度不断延伸带来的热害问题,揭示深井巷道温度场分布特征,选用5种矿用隔热材料开展深井巷道隔热降温模拟研究,分析不同厚度隔热层、不同围岩初始温度对围岩温度场、调热圈半径及巷内风流温度变化的影响,并探究隔热层附近围岩温度场的演变特征。结果表明:添加泡沫混凝土的材料隔热性能最佳,经济成本最低;隔热层选用导热系数较低的隔热材料有助于提高隔热层的隔热效果,5~10 cm为最佳隔热层厚度;温度场与围岩层、锚喷层、隔热层在空间上分布一致,隔热材料导热系数与巷道围岩的温度梯度呈负相关,隔热层厚度、原岩温度与巷道围岩温度梯度呈正相关,隔热材料、隔热层厚度和原岩温度对调热圈半径有一定程度的影响,相比无隔热层巷道,巷道隔热和降温效果显著。

特高压户内直流场局部送风冷却效果研究

为解决特高压户内直流场散热设备集中,普通整室混合通风方式无法有效降低设备局部位置处温度过高问题,本文提出了在集中发热设备周围采用喷口的局部冷却方式来达到降温的目的。利用CFD软件模拟送风喷口在不同送风角度、温度和速度的情况下,平波电抗器周围的气流环境情况。模拟结果显示:针对重点散热设备进行局部冷却通风的方式可有效缓解直流场内热力分布不均匀,重点散热部位温度过高问题。喷口角度会改变平波电抗器的内外气流组织量,恰当的送风角度能最大程度同时带走散热设备内外热量。改变送风温度,射流扩散趋势大体相同,重点发热设备周围的气流速度呈现整体提升状态。送风温度参数变化对气流组织的影响并不明显,但对温度场的影响至关重要。

合成石英玻璃炉膛内气流场模拟仿真国内外发展现状

在合成石英玻璃的生产过程中,炉膛的设计以及炉膛内气流场的合理分布和控制会影响合成石英玻璃的均匀性和温度分布,从而进一步影响合成石英玻璃的物理性能和化学成分均匀性,因此炉膛内气流场的稳定性对于提高合成石英玻璃的生产效率具有重要作用。本文介绍了合成石英玻璃的特性及相关应用,针对目前炉膛内气流场温度较高且无法进行测试等问题,结合国内外关于气流场模拟的研究现状,总结了目前气流模拟方法、仿真模型、数值计算技术等方面的研究进展。通过比较和分析多种模拟方法和模型,总结了计算流体力学(CFD)方法在合成石英玻璃制备中的应用前景。此外,文中还提出了多物理场耦合应用的发展方向,这为优化合成石英玻璃的制备流程和产品质量提供了参考。

小型植保无人机下洗气流场影响雾滴运动特性规律研究

为了研究小型无人机下洗气流场对雾滴运动特性的影响规律,以小型无人机为基础,采用Navier-Stokes(N-S)方程、realizable k-ε模型和Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations算法,对施药过程中的下洗气流场和雾滴离散运动进行了详细的数值模拟分析。研究分析无人机下洗气流的速度特性、雾滴沉积特性以及作业高度对农药沉积效果的影响。通过试验结果可知,模拟值与试验值的相对误差在20%以内,验证了下洗气流场数值模型的可行性。进一步模拟分析结果表明,在无人机喷药平台的影响下,下洗气流场在距离旋翼1 m处达到速度峰值。随着作业高度的增加,雾滴逐渐分散并扩散。雾滴主要分布在两个“气流引入区”和两个“气流导出区”,该分布特征有助于优化施药效果和提高农药的使用效率。根据分析结果,当无人机飞行作业姿态与地表保持平行,且将作业高度调整至0.8~1.0 m之间时,可显著提高农药沉积量,从而提高植保无人机的施药效果。本研究验证了下洗气流场数值模型的可行性,为小型植保无人机的对靶雾滴漂移及沉积研究提供了参考依据。

层叠式笼养肉鸭舍夏季风机运行模式优化与计算流体力学分析

为探明夏季层叠式笼养肉鸭舍内关键环境参数问题区域,优化风机运行数量与布局,实现对饲养环境的精细管控,在96 m(长)×17 m(宽)×5.3 m(高)的鸭舍中布置23个位点,监测舍内温度、相对湿度、风速与二氧化碳浓度变化,构建鸭舍计算液体力学(CFD)模型,模拟不同风机组合对温度场、气流场分布及其均匀度的影响。结果表明:测试期间,舍内外温度波动范围分别为22.9~30.9、17.6~36.6℃,相对湿度的变化范围分别为48.1%~92.5%、31.2%~100.0%,舍内变化趋势与舍外基本一致,但日变化幅度均低于舍外。舍内风速与CO_(2)浓度的变化范围分别为0.79~1.32 m·s^(-1)、1161~1685 mg·m^(-3)。模拟舍外最高气温36.6℃时鸭舍内温度场与气流场的分布,结果发现,运行10台风机配合湿帘降温时,通风量为287518 m^(3)·h^(-1),平均温度与平均风速分别为30.9℃、1.08 m·s^(-1)。针对舍内正中4列鸭笼高温区域梯次增开2或4台风机,通风量分别达到314140、367384 m^(3)·h^(-1),温度较原方案可分别降低0.2、0.4℃,平均风速分别提高0.10、0.30 m·s^(-1),舍内通风弱区与气流不均匀系数均有明显改善,能满足夏季降温需求。针对夏季层叠式笼养肉鸭舍内高温区域,精准调控运行风机的数量与组合,可使舍内气流分布更加均匀,降温效果更好。

SF_(6)/N_(2)混合气体隔离开关气流场特性仿真研究

研究SF_(6)/N_(2)混合气体隔离开关的气流场特性对于减少隔离开关的试验次数,完成优化设计及降低研发成本具有重大意义。实验创建了SF_(6)/N_(2)混合气体隔离开关2D轴对称模型,利用ANSYS软件进行网格划分,基于Fluent软件针对开断过程中内部气体的压强、密度及温度场特性进行仿真分析,以开断速度为0.5 m/s的仿真结果总结变化规律,并改变触头开断速度为1.0 m/s和0.3 m/s来监测一点处气流场特性,对比上述三次仿真结果。结果表明:气流场的压强、气体密度与温度呈周期性振荡衰减趋势,直到几乎稳定在初始状态,并且它们的变化成正比。此外对比发现,不同的工作条件对隔离开关气流场的开断特性有一定的影响,可以通过调整工作条件进而实现隔离开关的优化设计和性能提升。

综掘面抽风口调控下的旋流风幕降尘优化

为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,分析附壁风筒条缝宽度、轴径风量比和抽风口口径、偏转角度单参数变化对粉尘运移分布的影响;其次,采用粒子群优化算法(PSO),求解得到司机及行人位置粉尘双目标优化的最优调控方案;最后,分别通过数值模拟和搭建的调控降尘试验平台测试验证最优方案优化效果。结果表明:调控后司机位置粉尘质量浓度降低41.5%;回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度降低64.2%,物理试验与数值模拟的降尘优化效果基本一致,验证了旋流风幕与抽风口综合降尘方法的有效性。

熔喷气流场中的纤维运动模拟与分析

为探究纤维在熔喷气流场中的牵伸运动过程,对熔喷气流场和纤维牵伸过程进行数值模拟。分析了熔喷气流场的分布特点,采用欧拉-拉格朗日法建立了熔喷纤维牵伸力学模型,获得熔喷纤维在气流场中的运动轨迹、牵伸倍数等信息;利用高速摄影机捕获了纤维在熔喷气流场中的运动轨迹并验证了模拟结果。结果表明:熔喷喷嘴下方存在气流回旋区,气流场分为射流单独流动区、射流汇合融合区和射流合并区;熔喷纤维的牵伸倍数先增加后减小,纤维运动在射流单独流动区出现鞭动,在射流合并区中存在纤维折叠成圈现象;射流汇合融合区是纤维细化的主要区域,该区域内纤维鞭动增加,牵伸倍数最大;验证实验中纤维运动中的鞭动、折叠成圈和运动轨迹与模拟结果一致。

抽吸孔结构对喷气涡流纺喷嘴气流场的影响

研究负压抽吸式喷气涡流纺喷嘴中抽吸孔直径与抽吸区长度对喷嘴气流场分布特征的影响。采用数值模拟的方法,结合纺纱试验结果,阐明了抽吸孔直径与抽吸区长度对喷气涡流纺包芯纱成纱过程中的落纤量及成纱断裂强度的影响机制。研究发现,纺锭内引纱通道入口端面处气流径向速度和轴向速度的方向与大小对成纱过程中落纤量的大小起关键作用,气流轴向速度和径向速度值越大,落纤量越小;靠近纺锭入口位置的抽吸孔中气流径向速度的大小对成纱断裂强度的大小起关键作用,气流径向速度越大,成纱断裂强度越高。气流场模拟结果表明:抽吸孔直径0.3 mm和0.4 mm时降低落纤量的效果优于抽吸孔直径0.2 mm,抽吸孔直径0.2 mm时成纱断裂强度较高;抽吸区长度25 mm和34 mm时降低落纤量的效果相似,抽吸区长度34 mm时成纱断裂强度略低于抽吸区长度25 mm。气流场的数值模拟结果解释了纺纱试验结果,可为喷气涡流纺喷嘴结构的改进提供理论参考。