叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明:随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。

基于冲刷指数的雨水管渠冲刷淤积分析

流速、雷诺数、充满度等单因素指标虽然与雨水管渠的冲刷和淤积量有一定的关联,但是通过单因素指标不足以全面地判断雨水管道的冲刷和淤积。在起动流速和止动流速的基础上,提出了冲刷指数的概念。结合连续非恒定流不同工况下冲刷和淤积量模拟,计算了流速、雷诺数、充满度、冲刷指数4个因素与冲刷量的灰色关联度,其关联度大小依次为:冲刷指数>雷诺数>充满度>流速。根据不同工况的恒定流模型实验的结果,其关联度大小依次为:冲刷指数>>流速>雷诺数>充满度。可以认为,在恒定流与非恒定流工况下,冲刷量和冲刷指数有显著的强相关性,冲刷指数能代替具体的冲刷量计算实现对冲刷程度和趋势的合理判断。

进气参数对半面罩正压呼吸防护装置影响分析

通过采用数值模拟的方式,对半面罩式动力送风呼吸防护装置的呼吸腔内流场展开研究,采用控制变量方法,研究了进气口数量和进气口角度对呼吸腔内CO_(2)浓度、气流速度、压力、CO_(2)吸入量产生的影响。并对呼吸腔内部CO_(2)浓度场和气流速度场进行仿真分析,结合不同进气口数量及角度下的面罩内CO_(2)浓度分布云图和气流速度曲线,结果表明:在双进气口结构下、进气口方向朝向面罩前端,角度在20°~25°范围内,既能满足安全要求,又有利于呼吸腔内气体交换,人体佩戴舒适度良好,为半面罩结构优化提供相关的理论基础。

高速轴配流中旋转径向小孔流量系数的实验研究

针对高转速轴配流中旋转径向小孔出流流量系数开展了实验研究。研究中涉及到两种流动方向,即自旋转缸体中心流过径向小孔向外离心运动称为正向流动,反之则为反向流动。结果表明:旋转小孔出流流量系数同时显著地受离心力和科氏力的影响;因离心力的赋能作用,正向流动时流量系数随转速的增加而变大,反向流动时离心力对小孔内流动有抑制作用,使流量系数随转速的增加而变小;两个方向的科氏力综合效果使正向流动流量系数随出流雷诺数增加而变小,反向流动流量系数随出流雷诺数的增加而变大;当出流雷诺数足够大时,两种流动方向、不同孔型的流量系数各自都有一个稳定值;各种孔型的正向流动流量系数稳定值分布均在0.65~0.80范围内。

过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响

为分析不同结构的过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响,以某型串联高速离心泵的第2级为研究对象,基于ANSYS Fluent中Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用RNG k-ε双方程湍流模型对同一工况下环形和螺旋形过渡流道在不同空化数下的增压值、叶片空化面积、流道内空泡体积进行了对比分析.结果表明:采用螺旋形过渡流道的次级离心泵在流量区间32000~64000 L/h增压值提升约8.5%,大流量工况(qV>52000 L/h)下效率提升3%~6%.次级叶轮发生完全空化时,相比环形过渡流道,螺旋形过渡流道次级叶轮叶片背面空化面积和流道内空泡体积均有所下降.由此可见,螺旋形过渡流道抑制了叶轮叶片空化气泡的产生,提升了次级叶轮的抗空化性能.

翼型叶片安装方式对粉煤灰气力输送的影响

针对当前螺旋流气力输送中有关叶片安装方式的研究,分析了典型NACA系列翼型截面叶片应用于起旋装置时的流场。通过对观测面轴向流速与切向流速的仿真,计算叶片不同安装方式与安装角度时螺旋流场的旋流强度,确定了前缘迎风的安装方式比尾缘迎风起旋效果更强;安装方式固定时,旋流强度随安装角度的增大而减小。

沙土比对混凝土试件空蚀影响的试验研究

在小型循环式水洞中试验研究了沙土比对混凝土试件空蚀影响的机理。首先,在循环式水洞内筒中配制11种沙土比(0%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%)试样,用红外测沙仪测定相同沙土比的3种不同含沙量(2,12,30 kg/m 3)的挟沙水样,用压力传感器和压力数据采集系统实时采集水洞文丘里工作段空化区和空蚀区的压力;然后,制作了水灰比为0.4、灰砂比为1.5,7 d龄期强度f cu,k=17.8 MPa的混凝土试件,将其安放在水洞文丘里工作段混凝土试件盒中进行4 h的空蚀试验。试验结果表明:沙土比的增大对空化和空蚀破坏均具有促进作用;消失空化数随沙土比的增加而增加,对空化发生具有抑制作用;相同沙土比时,混凝土试件的空蚀量随着含沙量的增加而增加。

穿越层状多孔介质的非达西渗流特征研究

穿越层状多孔介质的非达西渗流多见于人类活动影响下的土壤-地下水系统中。采用自行开发设计的室内渗流实验装置,设置不同粒径的单层多孔介质和相应粒径组合的双层多孔介质,从水力坡降与渗流流速关系、非达西渗流参数和临界雷诺数等方面,探讨了平均粒径、粗细颗粒界面对穿越层状多孔介质非达西渗流特征的影响规律。结果表明:当水流穿越层状多孔介质时,粗细颗粒界面对非达西流渗流特征具有重要影响;作为判断达西流态到非达西流态转换的临界雷诺数,其在单层多孔介质中随多孔介质平均粒径的增大而减小,而当水流穿越层状多孔介质时,临界雷诺数不仅随平均粒径的增大而增大,而且随粗/细颗粒粒径差的减小而增大;受粗细颗粒界面的影响,单层多孔介质中临界雷诺数均低于粗颗粒层与单层多孔介质相同相应粒径组合的双层多孔介质;通过引入非线性分量指数发现,粗细颗粒界面对水流惯性力分量的影响具有一定抑制作用,其抑制性影响程度与粗细颗粒差别大小呈负相关。研究结果对研究穿越层状岩土体的非达西渗流问题具有较好的指导意义。

低温振动非平衡流动数值模拟研究

在高速低密度风洞喷管流动中,振动温度出现冻结,与平动温度和转动温度产生了严重的非平衡现象。相关数值模拟结果中,振动温度完全冻结,而试验结果明显低于计算结果。为合理解释此现象,对数值模拟方法在低温条件下的应用进行分析,基于直接模拟蒙特卡罗(direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法中热力学非平衡模拟技术,对振动松弛碰撞数进行修正,给出了修正系数1×10^(-7),建立了低温振动非平衡流动数值模拟方法。利用该方法对低密度风洞M16喷管流场和10 N姿控发动机羽流流场开展数值模拟,得到了与试验结果相符合的振动温度。研究表明:在低温条件下,由于振动松弛碰撞数很大,气体分子很难发生振动松弛碰撞,振动能不能向平动能转化,振动温度完全冻结;通过修正,降低振动松弛碰撞数,增加振动松弛碰撞的概率,可以降低振动冻结温度,使得数值模拟结果与试验结果吻合。

基于阻力规律视角的水流能态区辨识

高、低水流能态区形成条件不同,其识别对于预测动床阻力具有重要意义。基于量纲一阻力方程推导了一个新的高、低水流能态区判别函数,包含悬浮数和水流作用数2个量纲一参数,提出了能态转变角和能态转移路径的概念,从流动阻力角度重新审视了水流能态区分问题。通过国内外4176组水槽和野外实测数据对该函数进行率定,确定了高、低能态区的临界方程。研究结果表明:该方法低能态区预测精度约为91%,高能态区约为85%,综合精度约为89%;在细沙河流中,随着水温的降低,更易发生水流低能态向高能态的转变。本文建立的判别函数不仅可高精度识别水流能态区,还可分析水温对能态区过渡的影响。

压裂双弯头液固两相流冲蚀影响数值分析

在水力压裂过程中,地面高压管汇受管内携砂压裂液的复杂流动影响,长期承受着严峻的冲蚀破坏。在各类高压管汇构件中,弯管的冲蚀损伤最为严重。为改善压裂双弯头冲蚀磨损状况,采用DPM模型、RNG k-ε湍流模型,综合分析了斯托克斯数(St)、重力方向、粒径及流速对串联双弯头冲蚀磨损的影响。结果表明:冲蚀磨损区域主要由St和重力方向共同决定;St<1时,最大冲蚀率随颗粒尺寸增大呈线性增加,St>1时呈指数增长;St相同时,速度对冲蚀磨损程度的影响远比颗粒尺寸强烈;向下流重力方向下,损伤区域随St增加完全转移至第二弯头的临界粒径显著小于向上流临界粒径;重力方向对同向冲击颗粒的冲蚀损伤虽有增强效应,其对冲蚀磨损程度影响远不及颗粒尺寸因素作用大。

气井高速非达西效应主控因素分析

气藏开发实践表明,高速非达西效应对气井产能有着重要影响,不同的气藏,高速非达西效应的影响程度是不同的。对于地层压力较低的气藏,当气井产量较高时,高速非达西效应表现比较强;而对于地层压力较高的气藏,相同的气井产量,高速非达西效应可能并不强。其原因在于气体在较高的地层压力下压缩程度很强,密度、黏度更大,天然气的渗流速度更低,高速非达西效应更弱。根据气井产能方程和雷诺数方程,从气井产量、储层物性和气体性质等方面对影响非达西效应的主要因素进行了敏感性研究,基于临界雷诺数得到了达西和非达西渗流界限,建立了天然气达西渗流图版。通过该图版,可以明确非达西效应的强弱,进而为确定气井配产上限提供指导。

基于添加粘度抵消项的MRT-LBM对高雷诺数流态的研究

该文探究了添加粘度抵消方法(viscosity counteracting,VC)的多松弛格子玻尔兹曼方法(multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method,MRT-LBM),即MRT-VC方法可以模拟的最大雷诺数.首先,模拟了经典二维顶盖驱动方腔流来验证模型的准确性,重点分析了雷诺数为5430和7000的流场,并分析了方腔流流场、涡心坐标、轴向速度和速度空间图谱.其次,随着模拟雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、不完全混沌流、混沌流等状态.从稳定流到周期流的临界跃迁雷诺数在10000-12500之间,周期流到不完全混沌态流的临界跃迁雷诺数在45000-50000之间,不完全混沌态流到混沌流的临界跃迁雷诺数在95000-100000之间.

植被弯曲形态对水流的阻力效应研究

植被化生态河道的阻力特性是环境水力学的研究热点之一。为探寻柔性植被不同弯曲倾角下的阻力特性,利用圆柱铝棒进行弯曲模拟柔性植被,并采用测力装置,对不同倾角状态下圆柱铝棒及流速范围开展室内水槽试验,首先研究直立圆柱铝棒阻力与流速之间的关系,得到的拖曳力系数Cd符合已有研究,同时验证了测力装置的可靠性;随后开展不同倾角下的植被阻力试验,得到Vogel数随着倾角的减小呈逐渐降低最后突增的趋势。当植被弯曲时,已有的刚性直立植被丛模型不再适用,通过引入与倾角相关参数Cθ对模型进行修正,显著提高了模拟精准度。研究结果可为生态植被化河道水力学精准模拟提供技术支撑。

卡瓣数量对尾翼脱壳穿甲弹脱壳过程影响分析

为研究尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)脱壳过程中弹托与弹体之间流场相互作用特性,本文采用FLUENT流体力学计算软件,基于6DOF动网格技术,建立了尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托分离三维流场的数值仿真模型,对卡瓣在气动力作用和重力作用下的分离过程进行了模拟,仿真得到了不同时刻卡瓣分离流场以及卡瓣、弹体气动系数随时间变化曲线,并研究了卡瓣数量对分离过程的影响。研究结果表明,在分离初始阶段,弹托前端旋转气流的快速变化会导致弹体阻力突增,弹托阻力突降;中间分离阶段,弹托前脱体激波和弹体的相互作用会导致弹体气动力的波动变化;在弱耦合阶段,卡瓣激波与弹体激波在弹尾处的交汇,会使弹体阻力系数下降。随着弹托卡瓣数量的增加,弹托分离时间减少,弹体气动系数波动程度和弹体气动冲量系数呈减小趋势;4卡瓣弹托在弹托分离过程中对弹体的干扰程度最小。

大单宽流量、低佛汝德数消力池优化设计研究

针对某水电站消力池原设计方案出现的大单宽流量、低佛汝德数水流消能问题,通过物理模型试验,对消力池的体型参数以及辅助消能工的布置形式进行优化,并对比分析各方案的水流流态和水力特性。试验结果表明:下挖式消力池与消能墩的联合消能方案(消力池下挖4.20 m并设置消能墩)可以有效改善消力池内水流流态,水位波动幅度下降,消力池出池流速明显减小,消能效果显著。

车载滑片式压缩机数值建模及其性能研究

由于对滑片式压缩机几何优化的研究有限,大多数受几何结构影响的流动和泄漏机制尚未完全揭示。为此提出一种新型车载滑片式压缩机,其设有密封减震垫片以减小磨损摩擦,进、排气口采用异面布置且进气口端面为月牙形结构,以改善腔内流动。结合动网格技术,选取RNG κ-ε湍流模型,采用Pumplinx对滑动叶片数量、叶片尖端间隙高度进行数值研究,并搭建压缩机试验台架进行试验验证。结果表明:随着滑片数量的增多,出口温度和定转子啮合间隙泄漏减小,质量流量增加;定转子啮合间隙高度从0.01 mm增大到0.05 mm时,质量流量和容积效率分别降低了11.46%和6.69%,而排气温度增加了45.8 K,间隙泄漏量增大了1.13倍。

低弗劳德数条件下尾坎坡度对消力池内流场结构的影响

低水头、大流量条件下泄洪,易形成低弗劳德数水流,对下游河床和边坡造成冲刷风险。基于某水利枢纽工程,采用数值模拟的方法,应用RNG k-ε数值模型,研究了不同尾坎坡度体型下消力池内低弗劳德数水跃的流场特征。研究结果表明:低弗劳德数来流条件下,消力池内形成的淹没式水跃沿水流方向可分为核心区、发展区和回流区;核心区在水深方向上按流速特性又分为射流内层、射流外层、旋滚内层和旋滚外层;不同尾坎坡度的消力池中,均遵循时均压强沿程增大、临底流速自收缩断面后沿程减小的规律;尾坎坡度变陡会使得水跃的旋滚起始断面向上游移动,旋滚终止断面向下游移动,从而使得旋滚长度增大;当尾坎坡度为1∶3时,尾坎斜坡段临底流速梯度为0,当尾坎坡度小于1∶3时,尾坎斜坡段临底流速梯度为负,当坡度大于1∶3时,流速梯度为正,其原因是尾坎坡度变陡使得尾坎对水体的阻力在平行于尾坎坡面方向的分量减小,从而使得流速梯度逐渐增大。研究成果可为类似工程中消力池的设计选型提供参考。

窄缝通道内低雷诺数蒸汽流动换热特性数值模拟研究

为探究窄缝通道在大破口失水事故下再淹没过程中低雷诺数(Re_(in)=1 881~10 348)过热蒸汽的流动换热特性,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,基于优选出的湍流模型,探究加热面热流、压力条件和入口速度对低雷诺数过热蒸汽流动换热特性的影响规律。对比了Gnielinski关联式与Dittus-Boelter关联式,并对Dittus-Boelter经验关联式进行修正。计算结果表明:雷诺时均(Reynolds average Navier-Stokes, RANS)湍流模型中SST k-ω的模拟结果与大涡模拟(large eddy simulation, LES)的模拟结果最为接近,且计算量小;过热蒸汽对流换热能力随压力和入口流速的增加而增强,随加热面热流增加而减弱;相对于数值模拟结果,Dittus-Boelter和Gnielinski经验关联式预测的Nu数偏低,修正后的新关联式误差在15%以内,可为再淹没过程低雷诺数过热蒸汽的流动换热分析程序开发提供参考。

低雷诺数下轴流压气机转子3维流动特性数值模拟

为了探究轴流压气机转子在低雷诺数下的性能及3维流动特性,对跨声速转子压气机Rotor37在地面和高空下的气动性能和内部流场进行了数值模拟。结果表明:在20 km高空下,压气机在近失速点的总压比和绝热效率分别降低了8.0%和5.3%,喘振裕度降低了3.1%;在低雷诺数下,转子吸力面上的流动分离位置会提前掺混且更剧烈,导致分离附面层增加,同时由于吸力面附面层较厚,激波与边界层的作用加强,减小叶表附面层内低能流体向上运动的压力分量,低能流体在离心力的作用下更容易向叶顶附近迁移,这可能是触发转子工作失稳的重要因素;在低雷诺数下,叶片根部吸力面在84%轴向弦长处发生完全分离并形成角涡,在其向叶顶移动的过程中形成脱落涡,角涡和脱落涡面积明显增加,这是引起转子低雷诺数工作效率降低的重要原因之一。