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。

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。

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。

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.

液压集成块湍流模型修正及内流特性分析

基于粒子图像测速技术(PIV)建立了带有刀尖角容腔的直角转弯流道流场的数值计算模型,并进行三维流场仿真。通过将数值计算得到的典型涡系结构与实验结果进行对比,考察了工程上常用的7种湍流模型对带有刀尖角容腔直角转弯流场的预测性能。通过定义权重误差K,筛选出S-A模型作为基础湍流模型并对其进行了参数修正。结果表明,当S-A模型Cb1取值从默认值0.1355修正为0.17时,出流方向正对刀尖角容腔模型权重误差值上升25.0%,入流方向正对刀尖角容腔模型权重误差值下降34.7%,修正后的S-A湍流模型对两种直角转弯流场的综合预测精度有所提高。运用筛选修正后的S-A湍流模型分析了4种典型直角转弯流道的内流特性,结果表明圆弧过渡直角转弯流道相比于带有刀尖角容腔的转弯流道具有更小的压力损失。

非均匀进流下喷水推进泵的内流特性和载荷分布

为描述实际航行时喷水推进泵非均匀进流的结构特点,解释喷水推进泵实际性能与试验测试值之间的差异,采用雷诺时均模型和RNG k-ε湍流模型数值计算非均匀进流下喷水推进泵的外特性,对比后获得了非均匀进流下喷水推进泵外特性降幅曲线,其中扬程和效率的最大降幅均为30%。进一步求解内流场,结果表明:非均匀进流中的低能螺旋流受旋转叶片的诱导,在轮缘处演变为以周向分离涡为主的进口畸变流,流道堵塞,受排挤的工作流体因液流角过大在叶片轮毂处发生流动分离,最终卷吸形成螺旋分离涡;此分离涡沿径向扰动叶片前缘流场,诱发回流和二次流,加剧了水力损失。同时,分离涡破坏绕翼环流,改变叶片静压分布,导致叶片载荷由前载型转变为中载型,削弱了叶片做功能力。因此,内流特性和载荷突变共同证实了非均匀进流是喷水推进泵性能下降的主要原因。

轴对称矢量喷管内流特性的模型试验

在喷管落压比1.5～17的情况下,对3组不同几何尺寸的轴对称矢量喷管模型试验件内流特性进行了试验.结果表明:气动矢量角与几何矢量角呈正比关系;当落压比小于设计落压比时,气动矢量角会出现大于几何矢量角的峰值,并随落压比的增加而逐渐趋近几何矢量角,推力系数并不随几何矢量角增加而显著下降,且与非矢量状态相当;矢量状态下,推力系数与面积比呈正比关系,而对喉道面积的变化不敏感.

基于LES方法的壁面旋转旋流分离器内流特性的研究

针对旋流器在井下油水分离的应用过程中,壁面随螺杆泵旋转这一问题,本文基于大涡模拟(LES)方法对壁面旋转旋流分离器内部流场进行数值模拟,并通过LDV测试结果验证了模型的可靠性,得到了壁面旋转旋流分离器内部流场的分布规律。结果表明,正转时,外涡流区的切向速度逐渐增加,内涡流区切向速度增加不明显,轴向速度的变化梯度增大,反转时,影响趋势则正好相反。且旋转效应对不同轴向位置截面的影响并不相同,轴向速度有较明显的差异。

空调用轴流风扇系统内流特性分析与应用

本文针对分体空调器室外机轴流风扇系统的特点，采用计算流体动力学方法对该系统中的气体流动进行数值模拟，内流分析与性能实验结果比较表明，ＣＦＤ技术能够有效地改进空调器风扇系统设计及其为不同叶型风扇的应用提供依据．

空化过程对柴油喷嘴内流特性的影响

利用均相平衡流模型并结合空泡动力学方程,对某试验用单孔柴油喷嘴内部的空化过程进行数值模拟,研究的工况覆盖了较宽的喷射压力范围。数值预测的结果与文献中已有的试验结果吻合较好,从而验证了所采用计算模型的可靠性。通过数值分析发现,空化的演变对喷孔内部的流动特性有着重大的影响。随着空化形态的改变,喷孔流量系数、出口动量以及喷孔出口附近流场的湍流参数呈现出明显不同的变化趋势或分布特征,进而为射流提供不同类型的初始条件。

大小叶片贯流风机内流特性分析与实验研究

为降低空调用贯流风机的噪声,改善音质,通过采用直叶片贯流风轮达到斜扭叶片贯流风轮的音质和低噪声特性,从而降低贯流风轮的制造成本,本文设计了大小叶片交错组合的新型非等距贯流风机,并采用滑动网格对其内流特性进行了非定常数值模拟,同时对其气动噪声特性进行了实验研究。大小叶片贯流风机的偏心涡基本稳定在叶轮中心与蜗舌相连的切线上,位于叶轮内圆周附近。风轮非定常运转时,偏心涡的涡核位置在直径为2mm的圆所围成的区域内变化。大小叶片交错组合的贯流风轮改变了叶轮与蜗舌的间距,有效地降低叶片通过频率噪声并改善了音质。采用大小叶片交错组合的贯流风轮能够达到斜扭叶片贯流风机的降噪效果。

激波诱导二元矢量喷管内流特性数值研究

采用三种不同湍流模型分别对激波诱导二元矢量喷管内流场进行计算,并将计算结果与模型试验结果进行了分析比较,得出重整化群(RNG)k-ε二方程模型为文中数值模拟中最有效的湍流模型。对该型喷管的计算结果分析表明,喷管矢量角的计算值和实验值基本吻合;在NPR=4,ω=9.6%情况下,矢量角最大可以达到16.61°;注气位置、注气压力和喷管落压比对矢量角的影响比较大。

双喉道推力矢量喷管的内流特性研究

为了研究双喉道推力矢量喷管(DTN)在非推力矢量和推力矢量情况下的内流特性,基于数值模拟的方法,计算分析了不同几何参数和气动参数对DTN的影响。结果表明,DTN在非推力矢量时,仅在落压比(ZNPR)为3～4之间才具有较高的内流性能(推力系数达0.97,流量系数为0.94),当落压比增加时,推力系数迅速下降。在推力矢量时,DTN可以获得很大的推力矢量效率(当落压比为4,引射量为3%时达到4),且推力系数也较高(0.94以上),其综合性能优于单喉道偏移和激波操纵式矢量喷管。二次流量、落压比、凹腔扩张角和收敛角、引射角度都对推力矢量状态下的DTN内流性能有着不同的影响。为了实现DTN在推力矢量和非推力矢量下都有较好的内流综合性能,所建议的设计参数为:落压比为3～4,引射量为3%,凹腔扩张角为10°左右,收敛角在20°～30°,引射角度为30°逆流引射角(β=30°)。

导叶不同开度下水泵水轮机内流特性分析

为研究预开导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行预开导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,并与试验结果进行对比验证.探讨活动导叶与转轮之间,以及转轮内的旋涡分布情况,定量分析了转轮受力情况和尾水管压力脉动.结果表明:在同步导叶开度一定的情况下,随着预开导叶个数的增加,其过流部件的流量将会增大,且存在于活动导叶和转轮区域的高速水环也会被破坏,形成紊乱的旋涡.从转轮区域看,在叶片的液道内形成不同的涡结构,其分布的不均匀性将直接影响转轮的受力情况.随着预开导叶个数的增加,这种情况将更为明显,转轮径向力的幅值逐渐增大.进一步分析尾水管压力脉动发现,尾水管压力脉动幅值也随着预开导叶个数的增加而增大,从而导致机组振动加剧、运行不稳定.

大攻角下矩形变圆形截面的S形进气道的内流特性

本文给出了0～85°,特别是30～85°攻角下横截面形状由矩形过渡到圆形的S形进气扩压管道在自由射流吹风条件下抽气实验的结果。研究结果表明,随着进气攻角α增大,出口处总压损失系数η_σ,旋流系数SC_(60)增大,流量φ则不断减小;总压畸变指数DC_(60)的变化比较复杂,在0～60°攻角范围内,随攻角的增大而增加,在70°左右畸变指数值反而下降,然后在大攻角条件下畸变指数再度增加。因此在亚音速大攻角下考虑进气道与发动机相容性问题时,只考虑压力畸变是不够的,必须考虑影响发动机工作的旋流因索。本实验研究为高机动飞机进气道之设计及其性能之改进提供了参考依据。

水泵水轮机制动工况内流特性分析

为研究水泵水轮机在制动工况运行时内部流动特性,在确定的等开度线上选取具有代表性的制动工况点,对其进行了全流道数值计算.选用SST k-ω湍流模型,采用SIMPLEC耦合算法,对选定工况点的机组整体流动域内的三维复杂流态进行了分析.结果表明:机组进入制动工况后流态总体上呈现出不稳定状态,多伴有大尺度漩涡的产生.其中蜗壳及固定导叶内流动较为平稳,自活动导叶进口处出现小尺度漩涡,在转轮中流态不稳定达到极致,叶道间出现大尺度漩涡;转轮进出口流动虽以水轮机工况流动方向为主,但受转轮内大尺度旋涡及离心力影响,回流严重流动紊乱,流态转入反水泵工况的趋势明显;尾水管内流动呈现显著的螺旋态,从进口开始流动回旋紧贴壁面,直锥段出现大幅回流反向进入转轮区域.此工况机组整体流域的复杂流动势必加剧机组的振动,对其稳定运行造成极大的影响.

新型柱浮选泡沫自吸输送装置内流特性的数值模拟

采用Fluent软件对叶轮直径450 mm、高度142 mm的吸浆器进行了气液两相数值模拟,研究了气泡直径、叶轮转速和含气率对吸浆器内流特性的影响。结果表明:气泡直径和含气率是影响吸浆器吸浆能力的关键因素,当含气率达45%时,叶片吸力面附近气相回流现象基本消失,但含气率越高,吸浆器的吸浆能力越低;气泡直径越大,叶轮中心区域和叶片吸力面区域含气率越高,聚集在叶轮中心区的气团越大,吸浆器的吸浆能力越低;叶轮转速越高,叶轮内气液分离现象越明显。

基于数值模拟的轴对称矢量喷管内流特性研究

采用三维有粘定常程序计算了轴对称矢量喷管的内流特性,研究了尺寸缩比、冷热态的影响,并与冷态缩比模型矢量特性试验结果进行了对比;给出了设计工况的内流特性,讨论了几何矢量角、喷管落压比对内流特性的影响.研究结果表明,尺寸缩比、冷热态对内流特性的影响均很小,冷态缩比模型试验结果可以真实地反映设计工况的内流特性,轴对称矢量喷管在设计工况下具有良好的内流特性,并且几何矢量角、喷管落压比对内流特性均有影响.