基于VOF模型与动网格技术的油气悬架气液两相流数值模拟

针对某型大吨位矿用自卸车油气悬架为油气两相相互接触的特点,拟从多相流数值仿真的角度对其非线性刚度阻尼特性进行分析。首先,在探讨了现有多相流建模方法适用性、湍流模型适用性的基础上,结合VOF模型和动网格技术,在Fluent软件中建立悬架的气液两相流模型,并采用UDF方法对两相流模型的边界运动形式进行预定义。其次,模拟了悬架拉伸和压缩状态下的内部瞬态流场特性,得到不同时刻相应流道中的速度和压力云图,提取出气室内压力的变化以及悬架内因阀系结构而产生的压力差的变化,进而计算得到其刚度和阻尼特性曲线。再次,将所求力学特性曲线通过Spline函数导入ADAMS/View中,建立了某型矿用自卸车的多体动力学模型,开展了随机道路平顺性仿真分析,并借助实车道路振动测试验证了仿真结果的准确性。最后,通过两相流仿真分析了阻尼孔倒圆大小、开孔角度、不同单向阀开度对悬架阻尼特性的影响。

应用动网格技术模拟分析滚动转子压缩机的瞬态流动

滚动转子式压缩机是通过偏心转子的转动与滑动档板的平动,完成吸气、压缩、排气等功能。本文采用局部弹性变形与网格重组的CFD动网格技术,对制冷型滚动转子压缩机瞬时动态流场进行了数值模拟。可以计算压缩理想气体为工作介质,满足流体控制方程及气体状态方程,湍流模型采用标准k-e模型。计算得到了压缩机主要性能参数随时间变化的谐波规律、流场分布及压力分布,观测到滚动转子式压缩机内旋涡生成、运动、增大或缩小等现象。

动网格技术在具有摆动喷管发动机流场数值模拟中的应用

介绍了实现移动网格的基本方法，应用动网格技术，通过UDF（用户自定义函数）编程，对具有摆动喷管发动机三维内流场进行了数值模拟，结果表明，动网格技术能很好地实现与喷管摆动相对应计算区域的实时变化，适用于具有摆动喷管发动机内流场的计算。

齿形结构对迷宫密封性能影响的动网格技术分析

采用动网格技术对4种不同齿形迷宫结构进行数值模拟,研究齿形对直通型迷宫压缩机密封性能的影响。结果表明:当迷宫间隙、迷宫齿齿高和齿距一定时,齿形变化对迷宫密封的密封性能影响较大,其中梯形齿形成的迷宫空腔对气体的能量耗散效果最为理想,因而阻漏效果最明显,其次是矩形齿、圆形齿和三角形齿;动网格分析技术能够更加真实、准确地体现出活塞连续运动时气体在迷宫空腔内能量耗散的过程,计算结果更加真实准确。

基于三维动网格技术的气缸动态响应特性研究

为了研究气缸动态响应的影响因素,对气缸进行了合理简化,利用Gambit软件对计算域进行网格划分,再根据Fluent软件提供的计算方法和湍流模型,对活塞的动态响应进行数值模拟。结合UDF(用户自定义函数)和动网格技术,通过边界的变化和局部网格的重新划分,较好地解决了由于活塞运动所导致的计算域及其参数实时变化问题。探讨启动腔容积、启动压力入口直径、喷口直径、蓄能腔容积等参数对气缸动态响应特性的影响,为座椅坐垫倾角调节装置结构参数的优化提供参考。

基于重叠动网格技术的内燃机机油泵瞬态供油特性分析

采用重叠动网格技术建立了某转子式机油泵内部流场瞬态分析模型并进行了模拟研究,得到了该机油泵内部瞬态流场的压力分布、速度分布和流量情况,与试验结果对比表明:二者相对误差基本都在4%以内,仿真精度较好。同时,分析了有无凸舌形状的卸荷槽结构对供油性能的影响,结果表明:凸舌形状的卸荷槽结构对机油泵供油量影响不大,但对泵内压力波动影响较大,有凸舌结构可以有效减小内部的压力波动和负压值,防止气蚀现象的发生。

基于动网格技术的机翼动态失速仿真分析

为了研究机翼动态失速的演化机理,通过数学方程模拟动态失速状态下机翼摆动情况,对机翼表面涡量的变化规律进行了分析。首先基于动网格技术,结合机翼运动方程,模拟动态失速演化过程,利用Thin-cut技术生成机翼及其对应翼型的计算网格;然后将剪切应力传输(shear stress transfer,SST)k-ω模型与纳维尔-斯托克(Navier-Stokes,N-S)方程结合为封闭方程组用于翼型进行数值计算,并对计算模型进行了可行性分析;最后利用翼型计算时采用的方法对机翼动态失速过程进行数值求解。研究结果表明:在整个动态失速演化过程中,机翼动态失速气动力性能较翼型更为复杂,不同截面处具有不同的动态失速临界迎角,且存在着不同性质的涡旋变化。研究结果可为大迎角飞行安全训练提供支持。

动网格技术在超音速流场数值模拟当中的应用

超音速流场的直接数值模拟对航空航天事业的发展有着非常重要而深远的意义。论文针对钝锥这一典型研究对象,先介绍了超音速流数值模拟的经典计算方法,同时基于动网格技术,提出了一种改进的计算方法,并通过数值实验证明了该方法的可靠性和高效性。

采用动网格技术的煤粉-玉米秸秆掺烧飞灰沉积数值模拟

为了研究煤粉和生物质掺烧形成飞灰的结渣特性,采用基于动网格技术的计算流体动力学(CFD)模型对煤粉-玉米秸秆掺烧积灰结渣实验(玉米秸秆掺比分别为0、5%和10%)进行数值模拟.模拟过程中考虑灰渣导热系数和灰渣表面温度的变化,并将模拟结果和实验结果进行比较.模拟结果表明:飞灰撞击质量流率随沉积进行而减小,这是因为沉积物引起的动网格变化影响探针附近流场;3种工况下飞灰在探针表面的最终沉积效率分别为75%、80%和87%,说明了玉米秸秆掺烧形成飞灰的易结渣倾向;灰渣实时形貌在动网格执行下得以实现.在换热特性方面,灰渣表面温度和热流密度的模拟值和实验值较为接近;3种工况下0～100 min热流密度降低率分别为52.13%、46.96%和53.25%.

基于动网格技术的气囊式压力波动衰减器动态特性研究

为了降低管路压力波动带来的振动和噪声,气囊式压力波动衰减器被广泛用于吸收管路压力波动。首先,通过合理的假设和简化,建立了衰减装置的数学模型和仿真模型;然后,基于FLUENT软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格和用户自定义函数(UDF)技术,对气囊变形的过程进行动态模拟,结果表明:流体波动频率与衰减器固有频率一致时衰减效果最好,仿真结果和理论推导结果一致;最后,根据工程实际搭建实验平台,对不同工况下的仿真内容进行实验验证。实验结果表明:实验与仿真基本吻合,验证了该仿真模型的有效性,为气囊式压力波动衰减器参数的研究提供了新方法和新思路。

基于动网格技术的正弦压力研究

正弦压力是一种典型的周期性动态压力标准信号,而正弦压力发生器正是产生正弦压力信号的关键。以转盘式正弦压力发生器为例,采用动网格技术、Reynolds-averaged Navier-Stokes方程和Spalart Allmaras湍流模型,对不同的压力发生腔尺寸和工作频率进行三维瞬态流场的数值仿真。结果表明:工作频率不变时,正弦压力动静幅值比和谐波失真度随腔体宽度增大而减小,压力均值随腔体宽度增大而增大;腔体宽度不变时,正弦压力动静幅值比随工作频率增大而减小,压力均值随工作频率增大而增大,谐波失真度呈现先减小后增大的规律;通过动网格数值仿真技术,能有效实现正弦压力研究中各种模型结构的效果预测。

应用动网格技术计算着陆过程中缓冲发动机喷流流场

利用Fluent软件对着陆过程中缓冲发动机的喷流流场进行数值计算,发动机与地面相对位置的不断变化使计算域形状不断改变。为了保证计算的正确性,必须采用动网格技术。介绍了实现移动网格的基本方法,并结合使用网格弹性平滑移动和网格重构方法实现了着陆过程中缓冲发动机喷流流场的非定常数值计算;得到了随发动机着陆产生的喷流流场的压强场与速度场。与稳态计算进行比较,结果表明,所采用的动网格技术适用于发动机运动过程中喷流流场的计算。

基于动网格技术的空气静压轴承线刚度及角刚度分析

为了在超精密机床设主轴设计阶段准确得到空气静压轴承的静态特性,文章提出了一种基于Fluent动网格技术的数值仿真方法,综合分析了在考虑进气孔直径、进气压力、气膜厚度及轴承转速等条件下对空气静压轴承线刚度及角刚度的影响。结果表明:轴承线刚度随气膜厚度的减小、进气压力的增大而增大,且最大线刚度所对应的进气孔直径随压力增大而增加;轴承角刚度随气膜厚度的减小、进气孔压力和进气孔直径的增大而增加。

基于动网格技术的串并联囊式压力脉动衰减器的特性研究

针对无法定量分析计算囊式衰减器衰减效果的问题,以某囊式衰减器为研究对象,运用动网格技术结合用户自定义函数(UDF)对串联和并联式衰减器进行数值计算。克服了有限元流体计算中的发散问题和动网格更新过程中的负体积问题,在不同的脉动频率下,对囊式衰减器进行动态模拟,结果表明,串联式衰减器对压力脉动的衰减效果优于并联式;流体脉动频率与衰减器固有频率一致时衰减效果最好,最佳衰减率可达85%以上。仿真结果与实验结果基本吻合,验证了仿真模型的有效性和实用性,为提高囊式衰减器的衰减性能,也为变边界问题的分析研究提供了新的方法和思路。

基于动网格技术的综掘工作面瓦斯分布规律研究

为了揭示掘进期间综掘巷道内瓦斯分布变化规律,以新郑煤电有限责任公司12205上平巷综掘工作面为研究对象,基于达西渗流定律建立了综掘工作面煤层瓦斯动态渗流模型,采用有限体积法求解得到综掘巷道煤层瓦斯压力场与瓦斯解吸速率场,在此基础上分析推导了掘进进尺周期内与掘进支护周期内综掘工作面各瓦斯涌出源的瓦斯涌出速率公式,基于CFD动网格技术建立了综掘工作面瓦斯扩散非稳态计算模型,研究了掘进过程中综掘巷道内瓦斯浓度场时空演化过程,研究结果表明:掘进进尺周期内综掘工作面内瓦斯浓度无明显的增大或减小趋势,掘进支护周期内综掘工作面内瓦斯浓度呈现明显的减小趋势,通过现场数据实测验证了数值模拟结果的可靠性。

基于CFD动网格技术的飞艇动导数计算方法

由于飞艇和飞机这两种飞行器在飞行原理、气动外形等方面都存在较大的差别,因此现有的飞机动导数工程估算公式和经验数据并不适用于飞艇动导数求解。为了解决上述问题,提出了一种新的基于CFD动网格技术的飞艇动导数计算方法。通过非结构化动网格技术,建立飞艇在流场中的强迫振动模型,采用有限体积法对N-S方程求解,研究飞艇在强迫振动中的气动特性变化规律,并基于数值计算结果求解飞艇的动导数。研究发现,得到的计算结果与风洞试验结果基本一致,表明基于CFD动网格技术进行飞艇的动导数求解是有效可行的。

运载火箭热分离仿真参数化建模及动网格技术研究

针对多级火箭级间热分离过程的特点,提出了三维模型参数化建模及分离仿真过程中的动网格技术。通过提取级间分离模型的主要设计参数变量,在此基础上构建参数化网格模型,使得仿真模型能够适应设计变量变化,从而实现自动化快速建模,同时在仿真过程中采用弹簧近似光滑法和局部重新划分法的动网格技术,实现了动态分离过程仿真并对仿真结果进行了分析。

基于动网格技术的碳碳三维喷管烧蚀仿真

为准确预测固体火箭发动机的碳碳复合材料喷管的热化学烧蚀率,探究碳碳复合材料的物理属性对烧蚀率的影响。依据热化学烧蚀理论,建立三维喷管的动态流-固-热耦合数值模型;热化学烧蚀通过Fluent仿真软件壁面化学反应完成,利用动网格技术实现壁面退移。以70-lb BATES型固体火箭发动机的喷管为研究案例,研究推进剂配方、材料密度和热导率对碳碳复合材料喷管烧蚀的影响。结果表明:碳碳复合材料喷管的烧蚀率数值计算结果与试验测试值具有较好的一致性;烧蚀率在喷管喉部上游入口处达到峰值;烧蚀率随碳碳复合材料密度的增加而减小;壁面温度随碳碳复合材料热导率的增大而降低。

基于动网格技术的减振器流通阀片仿真分析

液力减振器流通阀片与减振液间的微观、高频的流固耦合作用机理非常复杂,决定着液力减振器的阻尼特性和异响发生。为深入分析这种流固耦合作用机理,文章建立了液力减振器流通阀片的力学模型,采用ANSYSCFX软件并结合其动网格技术,对液力减振器流通阀片在正弦进口速度载荷条件下的动力学特性进行仿真分析,得到了减振器流通阀片的振动特性,并进行了减振器噪声台架试验。结果表明,采用动网格技术能够较好地实现液力减振器流通阀片的仿真分析和计算。

动网格技术在水利水电工程局部冲刷中的应用研究

为预测水利水电工程局部冲刷深度和形态,基于ANSYS Fluent动网格技术,采用弹簧光顺法和局部重构法,结合沙滑模型模拟了床面泥沙的坍塌过程,在此基础上分别对水利水电工程中的圆柱形桥墩局部冲刷、闸坝下游局部冲刷进行了三维数值模拟。并将数值模拟计算得到的局部冲刷坑最大深度和形态与物理模型试验值进行了比较,发现两者吻合较好,可以认为动网格技术能够成功地运用于水利水电工程的局部冲刷深度和形态的预测中。