两级液环压缩机内流场及外特性

采用数值模拟与试验相结合的方法,以2SY-6两级液环压缩机为研究对象,对多级液环压缩机在不同工况、不同叶轮宽度比下内流场及性能进行对比分析,结果表明:二级叶轮叶片载荷小于一级叶轮,其排气口区域锯齿形气液交界面较一级叶轮更为光滑.一级叶轮吸气口区域回流强度相对于二级叶轮吸气口区域更强,一级叶轮吸气口区域湍动能明显大于二级叶轮.等外径设计的二级叶轮进出口压缩比远小于一级叶轮,二级叶轮的做功能力小于一级叶轮.由于一级叶轮的进出口压缩比较大且均位于效率极值点的右侧,一级叶轮效率随泵的压缩比增大而逐渐下降,而二级叶轮压缩比范围包含极值点,所以其效率先增后减.液环压缩机随着二级叶轮宽度的增大,其吸气能力越强,各个工况下的流量均逐渐增大.低压缩比工况下的效率随k值减小逐渐增大,高压缩比工况下的效率随k值减小先增后减.随首次级叶轮宽度比k值的减小,二级叶轮的压缩比曲线逐渐向上平移,而一级叶轮的压缩比曲线逐渐向下平移.随泵出口压力的增大,首次级叶轮压缩比的比值曲线下降趋于平缓,k值为2.2时两级叶轮压缩比的比值趋于1.1.

考虑水力连通的羌塘内流区洼地单元提取与分类

羌塘内流区是青藏高原面积最大的内流区,气候变化正在加剧其湖泊水系结构与水量的演变,开展内流区流域调查并科学估算其水资源的变化具有重要意义。本文提出一种新型内流区流域划分方法,该方法通过引入高程-面积联合阈值,以解决由气候变化与数字高程模型分辨率等因素引起的洼地单元提取难题。基于已监测的羌塘内流区流域重组与湖泊水位的变动幅度,确定了高程-面积联合阈值分别为10 m和50 km^(2),并对洼地单元进行划分,共识别出163个具有合理集水面积、永久性分水岭的封闭内流区洼地单元。引入多个相关数据集及已有算法评估本方法,结果表明:该方法适用于大尺度内流区洼地单元提取,提取精度优于现有算法及数据产品;依据洼地单元间水力连通特征,将全区163个洼地单元划分为5种主要类型,其中以“上下游互通型”(Ⅱ型)、“高山型”(Ⅳ型)洼地单元为主,“凹陷型”(Ⅴ型)洼地单元则多与其他类型复合存在,受气候条件的影响更加显著。

燃料电池凸轮式氢气循环泵内流场仿真与气动特性研究

为降低燃料电池氢气循环泵运行产生的振动及噪声,基于凸轮式氢气循环泵基本理论,建立某循环泵内流场CFD仿真模型,通过仿真分析得出:随着转速增加循环泵的实际排气流量逐渐增大;理论排气流量与数值模拟结果误差低于4.4%,可以较准确地反应氢气循环泵内部气体脉动的规律;当转速在8000 r/min时内泄漏量最小,容积效率最大,氢气循环泵的转速影响内泄漏量从而影响容积效率;压力脉动频率与转速负相关,压力脉动强度与转速正相关。因此,需选择合适的额定转速,避免因转速过高造成工作效率降低。

基于PIV技术的离心泵内流特性研究

采用PIV技术对无蜗壳五叶片叶轮进行不同流量下的实验,研究叶轮流道内部涡结构分布随着流量变化的发展趋势及叶轮流道内部局部欧拉扬程的分布特性,获得了流道内部能量分布特性,并对叶轮流道内部流场与局部欧拉扬程分布进行关联分析。结果显示,叶轮内部流场受流量变化影响非常大,随着流量的减小,不同流道内会先后在吸力面和压力面出现涡结构;叶轮内部局部欧拉扬程分布大体趋势基本一致;叶轮流道内部涡结构通过改变叶轮内部绝对液流角,进而影响局部欧拉扬程分布。

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。

直通调节阀内流场流道分析

随着油田的大量开发,油气井的工作情况更加复杂,一些出砂井常用螺杆泵,为了满足不同井深和产液量的需求,需要对压力调节阀进行检测。此次设计一种直通调节阀,在进出口压力一定的情况下,模拟仿真所设计的调节阀是否具有一定的稳定调节性能。调节阀又称控制阀,基于SOLIDWORKS三维模型,利用Fluent软件对其进行数值模拟,通过不同开度下的阀芯进行对比,通过分析压力云图、速度云图和流线图分析其流动规律。结果表明:(1)随着阀门开度的增大,阀芯阀座间流通面积变大,流速随着阀门开度的增加而减小。(2)随着阀门开度的不断增大,内流场压力会出现明显的变化。(3)随着阀门开度的增加,调节阀内流场会出现明显的漩涡。利用ANASYS软件进行流-固耦合,联合使用流场模块、静力场模块和温度场模块对调节阀内流场进行应力形变,当流体进入时,调节阀内流场发生应力形变比较稳定。以上所有模拟结果均符合实际情况,具有良好的稳定调节性能。

水陆两栖飞机内流场结构冲击响应特性

水陆两栖飞机在航空消防领域具有独特优势,但其在水面高速滑行汲水和空中飞行灭火投水过程中,机体内部的运动水流会带来非定常水冲击效应。对于飞行器的流固耦合问题,以往的研究主要集中于机体外围流场与刚性飞机的相互作用,极少关注内部流场对结构变形和应力分布的影响。为此,根据水陆两栖飞机的使用模式,采用光滑粒子流与结构有限元耦合仿真的方法,开展全机主要影响区域的结构有限元建模和内流场建模,利用流固耦合方式求解机体弹性结构在汲水和投水内流场作用下的动态应力分布。结果表明:飞机高速汲水过程中,箱体结构持续受到内流冲击激励,结构各部位的应力不断变化,部分区域出现应力幅值较大幅度的振荡变化,且水箱隔板在某些时刻的最大瞬态应力达到0.38σ_(b),最大振幅为0.42σ_(max);飞机采用重力方式空中投水时,箱体结构受到的内流冲击激励相对较弱,端框最大瞬态增量应力为0.15σ_(b),最大振幅为0.22σ_(max),结构增量应力水平不高,且应力振荡幅度较小。

增材制件内流道精整加工技术研究进展

金属增材制造技术在航空航天领域具有复杂内流道的构件成形上具有广阔的应用前景,然而具有复杂内流道的增材制件的精整加工是工业应用的瓶颈问题。分析了内流道机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的加工原理、关键技术及国内外研究进展。针对增材制件内流道精整加工需求,分别研究了机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的适应性问题及探索方向。针对增材制件内流道精整加工关键技术发展趋势提出了展望:①研究针对功能梯度材料、多金属材料的增材制件内流道精整加工技术;②研究针对具有复杂几何形状、内部复杂分叉、渐变毛细结构、拓扑结构等复杂内流道的复合精整加工技术或组合加工技术;③研究针对内流道精整加工质量的高精度检测方法和几何误差的三维重构技术。

基于X射线成像的喷油嘴内流特性试验

通过同步辐射X射线测量技术,开展了直喷汽油机喷油嘴实际针阀运动过程中的内流与液核破碎的试验观测研究.在不同X射线光源参数下对内流流场进行了连续图像拍摄,确定了最优拍摄技术方案.分析了不同喷射压力、不同喷孔结构下内流随针阀特性的变化规律,进而讨论了内流对射流液核破碎的影响.结果表明:随着针阀开度的增加,喷孔内会快速地形成挑射液流.挑射液流的宽度与喷孔入口的角度有关,与喷射压力无关.其原因与所采用喷油嘴的长径比较短有关.挑射液流会加速射流的液核破碎过程.喷孔内挑射液流的宽度增加会引起射流宽度的增大.

混流式水轮机偏负荷工况内流场及压力脉动分析

为探究水光蓄互补联合发电系统中比转数混流式水轮机在偏负荷工况下机组内部流态变化和稳定性影响,在额定水头和最大水头下对国内某电站3种大开度工况采用SST k-ω湍流模型对机组进行稳态与瞬态数值计算和分析.结果表明:偏负荷工况下的转轮内部流态稳定,转轮出口与下环流道内出现流线紊乱区.尾水管内存在圆柱形的空腔涡带,涡带衍生于转轮泄水锥,并在尾水管内直锥段发展.混流式水轮机无叶区在偏负荷工况下的压力脉动主频为叶频,尾水管内部主要为幅值接近的低频脉动.研究结果揭示了水光蓄互补联合发电系统中混流式水轮机在偏负荷工况下的内部流场变化、尾水管涡带发展规律和机组压力脉动成因,为拓宽水轮机运行区间提供了建设性意见.

周向畸变进气对压入式矿用对旋主通风机内流特性及性能的影响

为了研究周向畸变进气对风机内部瞬态流场的影响,采用SSTκ-ω湍流模型对压入式矿用对旋主通风机装置全流道内的三维流动进行数值模拟,详细分析了周向畸变进气条件下对旋风机的内流特性和性能。结果表明:周向畸变进气导致对旋风机的全压和效率下降,稳定裕度减小,且对大流量工况下的风机性能影响较大;周向畸变流过前级叶轮后有所削弱,但并未完全消除,畸变区沿周向发生了偏移,其对后级叶轮内部流动的恶化程度明显减弱;前级叶轮畸变进口处相对于畸变中心和出口处流动状态有所改善,但叶片的做功能力相对较弱;即使在设计工况流量下,周向畸变也使前级叶轮畸变区的叶顶区域出现了轴向反流和“突尖型”失速先兆,但该失速先兆并未向畸变区之外传播,前级叶轮产生的是畸变区内的部分失速而非整个前级叶轮的单级失速。

轴流泵偏工况压力脉动和内流特性分析

轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时,流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动,影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象,对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨该轴流泵运行时的非定常流动特性。数值计算采用RNG k-ε湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与轴流泵性能特点研究结果一致。对0.2Q_(d)和1.0Q_(d)工况进行非定常计算,结果显示,相同位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,0.2Q_(d)工况下相同位置测点间的压力脉动峰峰值最大超过1.0Q_(d)工况下4倍,说明此时流道内的流态分布很不均匀。测点离叶轮和导叶越近,低频脉动的主频受动静干涉引起的3fn和5fn脉动幅值就会明显增强,0.2Q_(d)工况下流道内测点受动静干涉作用的影响更强,脉动幅值为1.0Q_(d)工况下相同位置测点的3~5倍,且在转轮和导叶流道内影响的范围更广。结果表明,0.2Q_(d)小流量工况运行时压力脉动比1.0Q_(d)设计工况明显剧烈,叶轮和导叶内受动静干涉作用的影响更强,导叶流道内充满了严重的流动分离和漩涡。

空气雾化喷嘴内流场的特性分析

提出了基于仿真软件研究空气雾化喷嘴的内流场特性的方法,通过CFD仿真软件分析了不同气体压力、不同液体流量对喷嘴内流场的速度、湍动能以及液体体积分数的影响。研究表明:混合腔中径向截面积不变时,速度和湍动能几乎不随气体压力或液体流量的变化而发生变化,液体体积分数均匀速下降。在混合腔的径向截面积缩小以后,当液体流量一定时,速度和湍动能与气体压力呈正相关关系,且增长的幅度也越大。而液体体积分数随着气体压力的增大不断下降,减小的幅度也不断增大,气体动力增大的同时对液体的约束力逐渐增强。当气体压力一定时,根据气体压力的增加,速度和湍动能随着液体流量的增加出现上升的趋势,但增加的幅度逐渐减小,液体体积分数随液体流量的增加逐渐下降,但减小的幅度也逐渐减小。

立式轴流泵装置流道内流及水力噪声的数值与试验分析

为探究立式轴流泵装置流道内部流动及水力噪声的分布特性,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对泵装置内流场及内声场进行数值求解,并通过物理模型试验对数值计算结果的有效性给予了验证.结果表明:肘形进水流道内部流态较为平顺,流速分布较为均匀,受导叶体剩余环量的影响,水流在90°弯管内流速分布不均匀,流线呈螺旋状运动进入直管式出水流道,导致内部流态紊乱;流道内声压级和声压强峰值主要出现在叶频及其倍频处,表明叶轮的旋转是诱导流道噪声的重要原因,其中肘形进水流道总声源强度最大值位于出口处,为254.8 dB,直管式出水流道总声源强度最大值位于结构渐变段,为248.8 dB;流道内部过流断面面积的变化对流速的分量变幅有重要影响,流速的分量变幅越大,总声源强度就越大,直管式出水流道结构渐变段总声源强度相对于进口处增大了2.6%,因此在立式轴流泵装置流道优化设计时,应减少流道结构的变化.

废弃钻井液混输泵水力特性及内流机理研究

针对普通砂泵在面临黏度较大的废弃钻井液复杂介质时使用效果和能效特性不能满足要求的问题,以一种复合叶片的废弃钻井液混输泵为研究对象,基于原模型结构特性和叶道内流机理,进行叶片结构改进设计,通过多工况试验验证和内部流场数值分析,获得了新型复合叶片叶轮结构对废弃钻井液混输泵水力特性及内流机理的影响规律,结果表明,不同流量工况下仿真和试验的能效特性误差均在5%范围内,仿真结果准确度满足设计要求;改进后模型的水力特性比原模型平均提高了约5.8%,并通过流场特性对比分析得到验证;新型复合叶片叶轮结构驱动力更充分,流场改善更明显;低压区位于叶轮中心,并向叶轮出口处逐渐增加,两有叶区和无叶区流体存在明显的能量和质量转换。研究结果可为废弃钻井液混输泵叶轮复合叶片结构设计和高能效开发提供参考。

不同流场下含内流立管涡激振动响应特性及Coriolis力效应研究

细长结构物在海洋来流作用下会发生涡激振动(vortex-induced vibration, VIV),涡激振动是海洋立管疲劳损伤的主要诱因之一。立管实际工作过程中内部输送油气,产生惯性力、科氏力(Coriolis力)和离心力,使得立管的动力响应变得更为复杂。基于含内流立管涡激振动响应时域预报模型,分别计算了在均匀流和剪切流下含内流立管涡激振动响应,并分析了机理较为复杂的科氏力作用。结果表明:均匀外流下内流会降低立管的固有频率,增大响应幅值;剪切外流下内流会激发出更高阶的模态响应。均匀外流下,科氏力在一定区域内固定做正功或负功,分别引起均方根位移的增大或减小;剪切外流下,科氏力使得立管顶部区域均方根位移升高,中部区域均方根位移降低。内流速度越大,科氏力效应越显著。

高湿环境下对旋风机内流场及噪声特性研究

为了研究矿井不同湿度环境下对旋风机内流场及气动噪声的影响特性,采用大涡模拟和FW-H声学模型对环境相对湿度分别为0、25%、50%、70%、80%、90%、100%条件下对旋风机流场进行数值模拟,分析内流场涡结构及气动噪声变化规律。结果表明:随着相对湿度增大,风机静压、功率和效率均呈线性趋势降低,风机叶顶泄露涡强度降低,在进出口的监测点上,声压级均有不同程度的降低;相对湿度每升高10%,压升降低2.08%左右,功率降低1.9%左右,效率降低0.57%左右,各监控点A声级降低0.9%。

深海立管顺流与横流耦合涡激振动中的内流效应分析

深海立管因长径比大幅增加导致柔性增强、内流效应凸显,其在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应尚未得到很好理解。采用半经验时域涡激振动水动力模型,建立深海立管在均匀洋流下的横向和纵向耦合振动方程,并利用有限元法求解,探究不同内流速度、内流密度和洋流下立管在顺流和横流耦合涡激振动中的内流效应。研究发现,当洋流速度和内流密度一定时:①内流效应可使系统固有频率降低,因此随着内流速度增加,顺流和横流涡激主导频率可能脱离激励区,主导模态转移到高阶,同时主导频率发生阶跃增加;②立管横向位移均方根最大值是增加还是减少取决于横向涡激主导频率是接近还是远离涡脱频率;③当横流向涡激振动主导模态不变时,由于内流效应可以降低系统刚度,顺流向的静态位移随着内流速度的增加而逐步增加,当横流向主导模态转移至高阶时,顺流向的拖曳力系数会发生突然减少导致静态位移呈现阶跃性下降;④内流效应对顺流向振动有着不可忽略的影响。立管顺流向振动响应是内流效应、拖曳力(受横流向涡激响应影响)和顺流向涡激流体力联合作用的结果。

基于CFD灯泡贯流式水轮机定导变桨内流特性研究

为研究灯泡贯流式水轮机不同桨叶开度结构在大中小流量工况下的内流特性,以三维流线分布、中心子午面流线分布及中心子午面压力分布为研究指标,对过流部件结构和协联关系优化做理论支持。结果表明,流态分析中灯泡贯流式水轮机转轮处流速最大、流态混乱,为效率优化重点,并分析了尾水管内产生涡旋的原因,提出可通过减小死水区域达到优化效果;压力分析中内部压力从进水流道到尾水管总体呈减小趋势,经计算转轮泄水锥处压力值最小;尾水管中沿水流方向压力逐步增大,当流量达到124.92 m3/s时,最高压力值为82 464.15 Pa。该计算结果及分析为灯泡贯流式水轮机改造优化提供了参考依据。

人参皂苷Rb1对肺动脉高压大鼠钙库操纵性钙内流的影响

目的:观察在体人参皂苷Rb1预处理对慢性低氧(CH)肺动脉高压大鼠肺动脉平滑肌细胞钙库操纵性钙内流(SOCE)的影响。方法:将30只雄性SD大鼠随机分为正常对照组(control组)、CH肺动脉高压模型组(CH组)和Rb1(30 mg/kg)组,每组10只。检测各组右心室收缩压、右心室质量指数和肺动脉血管环张力。体外培养大鼠肺动脉平滑肌细胞,采用细胞动态荧光检测游离Ca^(2+)浓度。分别采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和western blotting检测基质相互作用分子2(STIM2)和钙释放激活钙调节因子2(Orai2)基因和蛋白表达。结果:与CH组比较,Rb1组大鼠右心室收缩压和右心室质量指数均明显降低(P<0.01),环匹阿尼酸(CPA)诱发的肺动脉收缩张力和钙内流量明显减少(P<0.01),STIM2和Orai2 mRNA和蛋白相对表达量明显降低(P<0.05)。结论:Rb1可明显改善CH肺动脉高压大鼠的肺动脉压,其作用机制可能与减弱肺动脉SOCE功能和STIM2和Orai2表达有关。