大型岔管内螺旋流涡带数值分析研究

岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实际岔管材料壁面粗糙率,构建了考虑壁面真实粗糙度的钢岔管内部流态k-ε湍流模型。计算结果与实验数据对比验证了本文构建数值模型的有效性及准确性。随后采用导流叶片策略有效消除了大型岔管内的螺旋流涡带现象。研究结果表明:多导流叶片优化方案可有效减少和消除大型岔管中的螺旋流态,并减少岔管水力损失。具体地,对岔管支管路中不同流量工况,优化后的主管路部分流线分布均匀,最大流速位于岔管支管路弯管(内弯)附近;优化后岔管肋板两端涡旋流态基本消除。对岔管支管流量不均匀工况,支管路内螺旋流涡带流态明显减缓,只存在少量螺旋流态。本文研究结果可对岔管水力优化设计及相近研究领域提供一定参考。

油菜机械直播机开沟浅旋装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜轻简高效生产需求及目前机具作业易出现厢面不平、碎土质量不高及“晾种”,导致油菜出苗率低的问题,设计了一种油菜机械直播机开沟浅旋装置,实现中间开畦沟,畦沟土壤抛送覆盖两侧厢面,浅旋匀土部件匀土、细碎厢面土壤及埋覆土壤和秸秆功能;基于滑切减阻原理及挤压力学理论,确定了中间开畦沟部件、清沟整形部件及浅旋匀土部件结构参数,得出中间开畦沟刀盘安装弯刀数量为4,切土节距为60 mm,清沟整形部件整形面侧面倾角为67°,前面倾角为3°,浅旋弯刀侧切刃偏心圆半径为182 mm,滑切角为42.4°;运用EDEM软件开展正交旋转组合试验,确定了螺旋匀土叶片的最佳结构参数:螺旋半径为100 mm、螺距为350 mm、螺旋头数为1,并确定了浅旋弯刀及螺旋匀土叶片结构布局;田间试验表明,当机组前进速度为7 km/h时,安装有开沟浅旋装置的油菜直播机作业后厢面平整,畦沟沟型完好,秸秆埋覆率为84.38%,碎土率为86.41%,厢面平整度为30.18 mm,畦沟沟深及沟宽稳定性均大于85%,出苗率为75.47%,油菜生长状态良好,装置作业效果满足油菜直播作业要求。

不同导叶高度起旋器出口断面水力特性

针对不同导叶高度起旋器产生的螺旋流,以出口断面的流速和动量为参量研究螺旋流的产生效果.采用数值模拟与物理试验相结合的方法,从出口断面的速度云图、断面速度分布区间、通过断面流体的动量、断面平均压强等方面,对不同导叶高度起旋器水力特性进行了研究.结果表明:随着导叶高度的增高,轴向流速相对低速区扩大,速度极值增大;径向流速影响区域扩大,径向速度值在-0.27~0.33 m/s;周向流速影响的环状区域面积沿径向扩大,极大值减小,但均值由0.13 m/s增大至0.30 m/s,速度分布更加均匀,强度更大;通过出口断面流体的周向动量与轴向动量之比η由0.07增至0.14,流量Q对η影响很小.该研究为起旋器结构参数的选择提供了参考依据.

螺旋叶片强化中深层地热同轴换热器换热性能数值模拟

为强化同轴换热器在中深层地热开发中的传热效果,提出一种螺旋叶片形式新型地热同轴换热器。通过建立内插不同间距(d=200、150、100 mm)螺旋叶片的换热器数值模型,模拟套管中换热流体特性。结果表明:在Re=4500~11500的湍流状态下,螺旋叶片作为扰流元件,通过改变流体的流动形态和热边界层厚度,可以有效强化换热器的单相对流换热效果,提高开采岩土体热量的能力。随着间距减小,强化换热效果进一步增强,努赛尔数(Nu)增大。当间距d=100 mm时,强化传热效果最好,综合换热能力最强,较光滑管的Nu提高了41.05%~44.18%,传热增强因子TEF为1.16,该工作为同轴套管换热器的优化设计提供了理论基础。

水轮机蜗壳和固定导叶内部三维紊流流场数值研究

The spiral casing and stay vanes are important through flow parts of a hydraulic turbine.Their internal flows have significant influence upon the hydraulic efficiency and performance of the turbine. Based on the solution of Navier-Stokes equations and the standard k-εturbulence model, the numerical simulation on internal flows through the spiral casing and stay vanes of a model hydraulic turbine applied for the Sanxia (Three-Gorge) hydro power project has been carried out by using the body-fitted coordinates, the staggered grid system and the SIMPLEC algorithm in the present work. Calculated results are presented at the design operating condition for the spiral casing and stay vanes, which give a valuable referenceto improve their design.

螺旋叶片的几种成形方法

螺旋叶片是螺旋机械的基本构件,由于它具有特殊的空间曲面形状,因而加工制造困难。介绍了螺旋叶片的几种成形方法,并对每种成形方法的优、缺点进行了分析,为螺旋叶片的加工提供参考。

带导流叶片的JLX型旋风分离器数值模拟研究

为了确保IGCC燃气轮机长时间平稳运行,IGCC粗煤气需要在进入燃气轮机前将气流中携带的尘粒脱除。文中针对IGCC特定的工艺条件,开发了一种新的JLX型径向进口旋风分离器,并采用Fluent软件进行了数值模拟,研究了相关参数对分离器性能的影响。结果表明:螺旋导流叶片可有效改善流场分布,并实现对粉尘颗粒的预分离;随着导流叶片旋转圈数的增加,压力损失和切向速度随之增加,粒级效率先增加后趋于平缓,1.5圈为最优旋转圈数;随着导流叶片螺旋倾角的增加,环形空间切向速度和压力损失也随之减小,而较小的导流叶片螺旋倾角对提高粒径大于7μm的粉尘颗粒粒级效率是有利的。

中高浓度螺旋纸浆泵的设计

介绍了螺旋离心纸浆泵的使用状况,对单叶片螺旋离心泵的进口结构进行了改进,提出了在这种叶轮上加置短叶片的设计方案,给出了单螺旋叶轮主要几何参数选取的经验公式。

水轮机蜗壳内流动的数值研究

在分析研究现有的水轮机蜗壳设计理论的基础上 ,对蜗壳在不同工况下的内部流动情况进行了三维不可压定常粘性流动的数值模拟。基于 N-S方程和标准的κ-ε模型 ,采用贴体坐标、非结构化网格和 SIMPL E算法 ,对蜗壳内部流动进行了计算分析 ,其结果与实验值吻合 ,可作为蜗壳优化和固定导叶设计、改型的依据。

导叶片式旋流器下游断面螺旋流流速特性

将导叶片旋流器作为产生螺旋流的装置,采用理论分析和模型试验相结合的方法,对该旋流器下游断面的螺旋流流速特性进行了研究.研究结果表明:旋流器下游断面流速整体上关于管道圆心呈120°旋转对称分布.从管壁到管道断面中心旋流器下游断面的轴向流速逐渐增大,而周向流速和径向流速则均呈现先增大后减小的变化趋势.最大轴向速度位于管道断面中心处,最大周向流速位于距管壁约1 cm处,最大的径向速度位于距管壁约2 cm处.旋流器导叶片扭转角越大,在下游断面产生的螺旋流的周向流速、强度就越大,螺旋流的影响距离就越远.在距离旋流器导叶片后缘2 m之前,螺旋流衰减较快,且随着旋流器的导叶片扭转角的增大,螺旋流衰减加快.研究成果可为进一步完善螺旋流旋流输送提供理论依据.

糖粉分离器的结构优化设计

为了分析糖粉收集过程中,分离器分离效果不佳的现象,采用Fluent软件对糖粉分离器进行仿真分析。基于现有结构,分别改变分离器出口结构、增加分离器高度、减小分离器筒径、筒内装置螺旋导流叶片,比较不同结构对分离器分离效果的影响,并讨论了进风方式对分离器分离效果的影响。研究结果表明,糖粉分离器靠近出口段分离能力较弱,导致风机口糖粉喷出;装有螺旋导流叶片较其他结构更有利于分离能力的提高;进风方式对分离效果有一定影响,采用进口通入空气的方式,比出口抽吸空气的方式分离效果好,但进风方式对糖粉分离器分离能力影响相对较小;带有螺旋导流叶片的糖粉分离器更加适合糖粉的收集与分离。

锥形螺旋叶片参数化建模与五轴刀路生成

根据锥形螺旋叶片的形成,推导出锥形等螺距螺旋线参数建模所用公式,应用CAD软件绘制出螺旋线,通过单截面线双导动线"扫掠"的方法生成螺旋泵所需的螺旋曲面。对叶片进行加工工艺分析,应用多轴加工软件Hyper MILL进行五轴加工工艺规划,选择合适的五轴加工机床、叶片五轴数控加工方法、加工刀具、装夹定位方式、设定五轴高速加工工艺参数,生成螺旋叶片粗加工和精加工的五轴高速加工刀具路径和机床加工代码,有效地减少了加工步骤,提高了螺旋叶片的加工表面质量和加工效率。

导叶长度对囊体间断面螺旋流流速特性的影响

为研究囊体表面的导叶长度对囊体管道水力输送特性的影响,该研究以导叶长度为控制变量,通过物理模型试验对囊体间断面的螺旋流流速特性进行了研究。结果表明:不同导叶长度下囊体间各断面的轴向流速分布基本相同,从轴心处沿径向呈现先增大后减小的变化趋势,且随着导叶长度的不断增长,囊体间各断面轴向流速的波动减小,轴向流速分布更加均匀。不同导叶长度下囊体间沿程各断面的周向流速梯度均呈现出先减小后增大的变化趋势,而周向速度最大值和最小值均出现在靠近上游囊体的区域,且周向流速随导叶长度的增加而增大,最大值能达到1.2 m/s。不同导叶长度下,靠近上游囊体区域的径向流速梯度最大,而囊体间中部断面的径向流速梯度较小,且随着导叶长度的增长,同一断面的径向流速分布逐渐趋于均匀。不同导叶长度下,同一测环上的轴向、周向和径向流速均呈现波浪状分布,其分别在–1.2~3.5、–0.6~1.2和–1.6~1.2 m/s之间波动。且受囊体支脚的影响,轴向、周向以及径向流速值在测轴为60°、180°、300°位置处均出现极值。该研究成果可为囊体管道水力输送的优化设计提供理论依据。

起旋器内部的流速场和涡量场特性

为解决低压管道灌溉中存在的含沙水流淤堵管道的问题,采用了低压管道灌溉的螺旋流输水方式.起旋器是产生螺旋流的主要装置,通过理论分析与试验探索,在起旋器内部通道设置了4个测试断面,并对各测试断面内螺旋流的水力特性进行研究.结果表明:导叶对起旋器内部的流速场和涡量场都有重要影响.在不同半径的柱面上,导流片曲线段区域流速变化较大,且越靠近圆管边壁流速变化越强烈.在相同半径的柱面上,轴向流速变化最大,周向流速变化次之,径向流速变化最小.在导叶的进口产生涡旋,继而涡量不断增加并向无导流片区域扩散,形成了涡量密集区且在有导流片的区域,越靠近圆管边壁涡量变化越快.同时用罗斯比数与埃克曼数的大小来反映水流通过起旋器时水流旋转的强烈程度.起旋器内螺旋流涡量场中罗斯比数小于1,埃克曼数量级为10-6～10-5,表明水流通过起旋器时旋转较为强烈.

任意高度的螺旋叶片快速展开方法

针对螺旋叶片在小于一个导程上展开时必须画出全导程的展开图,并对展开图需要准确切分的缺点,结合工作实践,给出了任意高度圆柱螺旋线弧长的计算公式,基于此公式得出的螺旋叶片的展开方法适用于在任意高度上对圆柱、圆锥螺旋叶片的快速展开。

采煤机螺旋滚筒截齿排列的研究

设计制造螺旋滚筒式采煤机时,不可能具体针对某一地区某一工作面,这样在用采煤机组采煤时,会发现由于截齿排列安装的状况不适宜本工作面煤层地质条件而造成截齿的磨损严重,冲击载荷增大,时时有将截齿上合金片打掉的现象发生。为解决这一问题,在现场进行了一系列"采煤机截齿排列"的实验及分析研究。

搅拌筒斜圆锥对数螺旋叶片三维数学模型的建立

搅拌筒主要由拌筒和螺旋叶片构成。根据优化设计理论建立拌筒结构优化模型,对拌筒尺寸进行优化;同时根据搅拌机理和搅拌特点,建立斜圆锥对数螺旋叶片的三维数学模型,为后续进行搅拌筒参数化的组件开发打下基础。

螺旋拧装式导流叶片对超音速分离器旋流管速度场的影响

超音速气液分离技术是天然气脱水工业的一大突破,分离翼是超音速气液分离管的核心部件,是形成高速旋流高效分离的主体。在传统三角分离翼存在诸多不足的基础上提出表面光滑的螺旋拧装式导流叶片的设计,建立旋流管三维物理模型。运用Fluent14.5对气流绕导流叶片的旋流速度场进行了数值模拟,结果显示,在导流叶片尾端气流平均切向速度达到最大值163.28 m/s,气流在导流叶片后可形成较为稳定的强旋流场,x=0.30 m处特征截面的平均切线速度达131.50 m/s,可实现较理想的气液旋流分离。

搅拌输送车搅拌筒快速优化设计

搅拌筒是混凝土搅拌输送车的重要部件,拌筒叶片设计计算复杂,图纸绘制的工作量大。根据优化设计理论建立拌筒结构优化模型,对拌筒尺寸进行优化;基于SolidWorks中相应的特征绘制函数进行二次开发,通过程序代码实现特征的创建;将螺旋叶片在搅拌筒的不同部位进行分段,结合程序运算每段数据,对螺旋叶片分别进行造型设计和拟合,最终得到两条准确的螺旋叶片。实际计算表明本方法有效可行,实现了通过拌筒的设计参数进行筒体和螺旋线的快速优化设计。

离心式压气机的叶轮结构与气流特性

分析讨论了离心式压气机叶轮叶片结构形状，对叶轮气道内和压气机壳中气流特性的影响，并提出改进叶片形状结构，使气道向流线型靠近，以提高离心式压气机的性能。