基于流体域仿真的高速风机气浮箔片轴承动静特性研究

气浮轴承特性对高速风机转子稳定性有显著影响,气浮轴承的静特性与动特性计算是准确获得转子系统失稳转速的基础。通过建立气浮轴承物理模型,以及对应的流体域模型,设定气浮轴承工作状况下的参数,模拟其在工作状况下的流体域分布情况,调整轴心位置,找到标准工作状况下的轴心位置,实现气浮轴承的静特性计算。在静特性计算的结果的基础上,赋予轴颈同频的扰动,模拟流体域分布情况,得到在给定扰动情况下轴颈的受力情况,根据力的变化求解得到气浮轴承对应的刚度系数与阻尼系数,实现气浮轴承动特性的计算。结果表明:随着转速的不断提升,稳定时的轴心位置会逐渐向气浮箔片轴承的圆心靠近;在一定的工作转速范围内,轴承的直接刚度系数随着转速的提升而下降,直接阻尼系数则在工作转速范围内下降到达低值后上升。分析气浮轴承的特性系数与转速之间的变化规律,可为开展转子系统动力学研究提供理论基础。

基于OpenFOAM的秸秆打包机抛料筒内部的流体模拟仿真

为了提高抛料筒的工作效率,本文基于开源CFD仿真软件OpenFOAM,对抛料筒内部空气和秸秆饲料的流动进行模拟仿真。本研究建立3种结构的抛料筒几何模型,用不同的气流流速(5m·s^(-1)、10m·s^(-1)和15m·s^(-1)),对每种抛料筒在单相流(气体流动)和二相流(气固混合流动)的情况下进行模拟仿真。研究结果表明:对于空气的单相流,通过对仿真结果重点部位的流速分析,表明该仿真结果符合流体力学的特征;对于空气和秸秆饲料的气固二相流,通过仿真结果可知,软件较为真实地反映出秸秆饲料在不同条件下的流动情况;OpenFOAM软件可对农业装备中气力输送机构的设计提供参考依据,同时本文对该软件在农业工程上的应用起到了探索作用。

基于Fluent的轨道交通车载氢系统流体仿真分析

针对车载氢系统设计缺乏有效仿真手段的问题,提出利用Fluent流体仿真分析软件对车载氢系统加氢过程、供氢过程的动态特性进行仿真分析的方法。

铜萃取澄清池的流体仿真研究

铜萃取中溶液流量比较大,导致澄清池占地面积大,因此对澄清池内流场分析和优化设计显得尤为重要。文章运用CFD技术对一型、L型及U型三种澄清池的澄清效果进行了对比分析,结果表明,U型澄清池澄清效果更佳,占地面积更小。以U型澄清池为研究对象,重点研究有无导流板、有无栅栏及栅栏数量对流体的影响,对比不同流体速度及粒径大小对澄清池内两相分离的影响。

水下管道外壁清洗机器人设计及流体力学仿真

针对水下管道外壁附着生物容易造成管道腐蚀的问题,设计出一款水下管道外壁清洗机器人.主要由夹持机构、清洗机构、攀爬机构、腰部回转机构四部分组成.机器人可以沿管道行走,并在管道分支处可进行换向,在行走的同时可以对管道进行清洗.针对机器人进行整体结构方案设计,并对机器人沿管道的攀爬步态进行分析以及夹持机构主要参数进行计算.应用SolidWorks进行建模,通过Flow Simulation模块对机器人在水下运动时,机器人周围水域水流状态以及机器人自身所受应力情况进行仿真,通过仿真分析了机器人在水下运动时所受的阻力特性.结果表明,该水下管道外壁清洗机器人的可行性及合理性,通过对夹持机构的调节,可以实现对不同直径的管道进行清洗,满足水下作业要求.

基于流体仿真的变电站户外端子箱防潮装置研究

变电站户外端子箱是变电站电气设备二次回路的汇集点,其正常运行对于保证电气设备的安全可靠运行具有重要意义。本文针对变电站户外端子箱易受潮湿水汽影响导致元器件腐蚀生锈的问题,建立端子箱的流体仿真模型,对不同的运行工况进行仿真及实测比对,提出一种对流冷凝除湿的防潮装置,仿真分析结果与实测湿度均表明该装置能够有效降低端子箱内部的相对湿度。

矿用隔爆型干式变压器温升的计算流体动力学仿真分析

为解决矿用隔爆型干式变压器温升计算存在偏差的问题,本文作者使用计算流体动力学仿真软件对矿用隔爆型干式变压器的温升进行仿真分析,与实际温升试验数值进行对比,最终仿真数据值与实际值基本一致。

基于仿真数据驱动的激光钻进气体喷嘴结构优化

激光钻进采用气体作为循环介质进行清孔,合理的气体流动特性是高效清孔的保障,气体喷嘴是影响气体流动特性的直接因素,其结构设计不合理会严重影响激光钻进的效率。针对激光钻进实验平台中的气体喷嘴,构建喷嘴基本型态,对影响气体清孔效率的喷嘴结构尺寸进行分析,制定仿真方案,通过Fluent模拟气体流场,对清孔效果进行分析,采用神经网络分析喷嘴结构及仿真结果,训练神经网络模型,得出最佳清孔效率时的喷嘴结构参数并进行验证,为喷嘴结构设计提供参考。

水平井涡轮振荡冲砂工具设计与仿真

目前水平井常用于高渗透疏松砂岩油气藏的开发,在开发过程中经常面临出砂问题,即当油层出砂之后,砂粒会紧跟原油流进井筒中,随后逐渐沉积在水平段的较低位置处而产生砂床。砂床的存在会影响石油的开采,堵塞出油通道,增加流动阻力,甚至会损坏井下设备,造成井下砂卡事故。针对我国目前常规水平井冲砂效率低、效果差且易发生堵塞等问题,文中设计了一种水平井涡轮振荡冲砂工具,确定了冲砂工具的总体方案,对振荡与冲砂参数进行了计算,并对冲洗头进行了冲砂效果仿真。研究表明,该工具通过振荡、旋转方式破砂,使得砂粒不易在井筒沉积形成砂床,在不影响冲砂效率的前提下冲砂工具不易卡涩,且该冲洗头喷嘴的布置方式可使冲洗效果更为显著。

自由活塞膨胀机-直线发电机流体仿真与运动分析

为提高自由活塞膨胀机-直线发电机装置的集成度,使用计算流体力学方法,运用动网格技术,分析了气缸内气体的运动情况和活塞的运动特性,并利用正交试验分析了气缸结构参数对活塞运动特性的影响程度。结果表明:气体流经进、排气通口处,气体压力和流速的变化较为明显;气缸通口孔径对活塞速度、位移的影响最大;进气时间、活塞质量、气缸直径对活塞的位移、速度也存在不同程度的影响。

基于流体仿真技术的气枪降噪喷头研究

吹屑气枪是机加工车间中广泛应用于清洁工件表面切削液、切屑的工具。高速流动的空气会产生噪声,影响操作者的身心健康。从流体力学理论提出了降噪气枪喷头的设计思路,并通过Flow Simulation流体仿真软件对降噪喷头在不同吹屑环境下的声学能级进行研究,采用3D打印技术制做了降噪喷头。经过实际检验,噪声下降为原来的80%。

凹印机干燥过程的传热学分析与流体仿真

针对凹印机热风干燥过程中的能量损耗的问题进行传热学和热力学分析,从热风射流冲击平面和油墨溶剂挥发干燥的机理出发,建立数学模型并揭示干燥箱内部的热量需求;利用Fluent软件对凹印机干燥箱内风嘴射流冲击印刷品的过程进行流体仿真,结果表明干燥箱内部的流体运动轨迹呈涡旋状,干燥箱内腔温度分布不均和风嘴结构影响热风射流速度,此结论为干燥系统优化提供一定的依据。

金属铸锭自动扒渣过程流体仿真研究

在锌冶炼铸锭领域,采用自动化设备特别是机器人取代人工扒除锭面氧化渣成为趋势。为提高设备的作业质量,基于流体仿真技术对金属铸锭机器人自动扒渣过程进行了建模及仿真,研究了浸入深度、运行速度、倾斜角度对扒渣效果的影响。研究表明,浸入深度在10~14 mm,运行速度在0.06~0.09 m/s,扒铲倾角在26°~45°,可取得最佳的扒渣效果。本研究为扒铲的结构和工作参数设计提供了有益借鉴,解决了传统设备扒渣效果不稳定,导致金属浪费或锭面质量不合格等问题。

深水钻井浅层气气侵井喷流体仿真研究

以深水钻井钻遇浅层气发生气侵、水下井口井喷为研究对象,通过理论分析了不同水深、不同埋藏深度的浅层气发生气侵后钻井液液柱的压降,并考虑了温度、压力的影响,结合FLUENT流体仿真研究了浅层气从水下井口喷出的速度以及浅层气喷出井口后在海水中的质量分布特征。结果表明:浅层气气侵后钻井液液柱的压降会随着气侵程度的增加而增大,温度、压力会减小气侵后钻井液液柱的压降,但主要体现在浅层气埋藏较浅、气侵程度较低的情况下。不考虑温度、压力影响,计算得到的压降较大,导致调整钻井液密度可能过重,循环排气时存在压漏地层的风险;当浅层气气侵井眼后会形成“环状流动”的现象,并迅速占领井眼,到达水下井口时的速度达到最大;当埋藏压力相同的情况下,埋藏较浅的浅层气喷出时的速度更大,更为危险;随着埋藏压力的增大,浅层气喷出速度随之非线性增大,达到480 m/s左右的速度后,增长放缓;浅层气从水下井口喷出后,呈现出不同的发展阶段,到稳定阶段后会形成扩散状“气柱”,并不断向海水中扩散,可能形成水合物,也可能溢出海面。

可用于微型开关研发的液态金属桥拉伸断裂过程仿真研究

构建流体仿真模型可以有效地分析液桥拉伸断裂过程中的流体动力学特性,为基于液态金属桥拉伸断裂过程的电弧开断性能调控提供指导。已有的液桥仿真模型基于动网格或其他网格变形方法,无法仿真液桥的大范围拉伸形变和几何断裂。为此,该文提出了一种不依赖网格形变的液桥拉伸断裂有限元仿真方法。该方法对液体设置极大黏度值,以不可流动液体区域对固体进行近似,同时通过极大黏度值界线的移动配合计算域内液体的流出来等效液桥的拉伸,实现了对液桥拉伸断裂过程的仿真。基于该仿真模型探究了液桥体积、拉伸速度等对液桥拉伸断裂过程的影响,获得了全拉伸速度范围内液桥拉伸断裂特性的转变规律。最终,结合实验结果分析了液桥拉伸断裂特性转变对于电弧燃烧模式的影响,给出了全拉伸速度范围内电弧燃烧模式转变相图,为液桥式开关的电弧开断性能调控提供了依据。该文研究内容对微型继电器、接触器等基于液桥断裂原理的微型开关研发具有指导意义。

冠状动脉CT血流储备分数评估心肌缺血:基于计算流体力学仿真技术

目的:探讨国产首款基于计算流体力学仿真技术的计算软件测量的冠状动脉CT血流储备分数(CT-FFR)对心肌缺血的诊断价值。方法:回顾性将临床疑似或已知为冠心病而在本院行冠状动脉CTA和有创性冠脉动脉造影(ICA)检查且有完整FFR测量(ICA-FFR)数据的44例患者(共55支血管)纳入本研究。由独立核心实验室基于CTA图像重建三维血管模型,通过仿真计算得到血管狭窄处的CT-FFR值(≤0.8为心肌缺血风险高),同时计算狭窄位置近端和远端2cm处CT-FFR值的差值(△CT-FFR)。基于CTA和ICA,分别获得冠脉狭窄处的血管狭窄率(SR)。以ICA-FFR≤0.8作为心肌缺血的诊断标准,采用ROC曲线分析评估CT-FFR、△CT-FFR、ICA-SR和CTA-SR对心肌缺血的诊断效能。分别采用Pearson相关分析和Bland-Altman分析评估CT-FFR和ICA-FFR之间的相关性和一致性。结果:基于血管水平,CT-FFR、△CT-FFR、ICA-SR和CTA-SR诊断心肌缺血的AUC分别为0.914(95%CI:0.807~0.973,P<0.001)、0.902(95%CI:0.791~0.966,P<0.001)、0.840(95%CI:0.716~0.925,P<0.001)和0.614(95%CI:0.473~0.742,P>0.05)。CT-FFR和△CT-FFR诊断心肌缺血的符合率、敏感度和特异度分别为90.9%、92.3%、90.5%及89.1%、92.3%、88.1%。相关性分析结果显示,CT-FFR与ICA-FFR具有较好的相关性(r=0.633,P<0.001)。Bland-Altman分析结果显示,CT-FFR与ICA-FFR测量值的差值绝大部分位于95%一致性界限内,表明两种方法的FFR测量值具有较高的一致性。结论:基于计算流体力学技术的CT-FFR与ICA-FFR具有较高的一致性,CT-FFR对心肌缺血的诊断具有一定的临床价值。

改进矩形节流槽滑阀阀口的流量特性仿真分析

针对滑阀的静态特性能够影响液压伺服系统性能的问题,主要采用软件模拟仿真的方法分析了在滑阀阀芯台肩处设置改进矩形预开口的情况下,获得随着阀芯位移的变化阀芯内部流场的压力、流速以及流量的分布规律,从而得到阀芯的应变情况,得出不同过流面的压力及流速变化规律,并仿真分析了在无预开口情况下对应的压力,流速,流量等参数的分布情况,分析了在开设圆形预开口与无预开口情况下对液压阀流量增益的影响。仿真结果表明滑阀采用改进矩形槽结构之后,能明显改善其内部的流场分布、有效减小了阀芯变形,从而提高换向阀的动静态性能。

蒸发循环泵泵轴性能的仿真分析

为了探究极限工况下泵轴受力变形对轴流泵性能的影响,采用ANSYS软件中流固耦合技术与CFD模块相结合的方法,模拟ZWX-1600型蒸发循环泵在不同工况下工作时,泵轴的受力情况,并将泵轴转速以及受到的扭矩、径向力、轴向力等拟合成关系曲线,基于以上数据使用nCode软件进行寿命预测,最终形成高可靠设计方案,为轴流泵的设计和制造提供参考。

磨料流加工均匀性仿真物理模型的选用与简化方法

新能源汽车齿轮磨齿加工后的精密抛光对于改善其噪声、振动和声振粗糙度性能至关重要,磨料流加工是最适用于复杂齿面高效抛光的关键技术之一,而夹具设计是实现工艺目标(减小波纹度及粗糙度,同时尽量不破坏齿面精度)的关键。结合仿真方法设计磨料流加工夹具优势突出,但物理模型的选择与仿真结果的准确性和计算成本之间存在着矛盾。采用不同黏度介质、黏度模型和流动模型进行仿真试验,分析体现加工均匀性的流体压力分布、速度矢量、壁面剪切力和流线分布云图,探究狭缝模型中磨料流稳态仿真结果,发现不同物理模型的仿真结果具有相似的分布趋势,能够实现加工区域流线的一致,证明了用简化的物理模型替代复杂的物理模型进行夹具优化仿真的可行性,而复杂模型有望用于深入分析磨料流体流动行为及材料去除机理。基于简化模型,采用最简单的牛顿流体──水作为介质,以加工区域流线分布均匀化作为优化目标,进行齿轮轴磨料流夹具设计优化,成功实现了去除齿轮鬼阶的目标。

基于先验知识的管道流体快速仿真技术研究

随着数字孪生技术的兴起和发展,数据快速传输应用的需求得到了极大的关注。在工业应用领域,存在因复杂环境下传感器无法在适当位置安装,造成孪生体数据不完整的情况出现。针对管道流体状态这类不易实测的信息,常使用有限元仿真的方法获取物体各监测点的变化数据,但传统的有限元仿真分析需要耗费大量的时间成本和计算机资源,无法适用于对数据实时传输有高要求的管道数字孪生系统。文中将多组条件下获得的仿真结果作为先验知识建立仿真数据库,运用K近邻的思想在库中查找与测试集最相似的仿真结果,以该条件下的仿真结果为基准对测试集进行完整数据预测,得到测试条件下的完整仿真数据。实验结果表明,文中所提方法与传统有限元仿真结果精度相一致,仿真效率得到巨大提升,可适用于有数据快速反应需求的管道数字孪生场景。