基于压力速度耦合算法的PEMFC电堆空气分布

利用燃料电池流道简化方法和压力速度耦合算法,研究了U形和Z形2种结构的电堆空气分布,以及歧管宽度和燃料电池单体数量对空气分布的影响.结果表明:由于U形和Z形结构的歧管出口压力分布不同,导致2种结构的空气分布不同,Z形结构的空气分布要比U形结构好;歧管尺寸增大时,空气分布的均匀性得到了明显改善,当空气分布差异不大时,再增加歧管尺寸,效果会降低,且增加电堆成本;在电池数量增加、歧管横截面积不变时,空气分布的均匀性会明显变差,尤其是U形结构;当电池数量为30个、歧管宽度为20 mm时,空气分布较均匀;当电池数量为50个时,歧管宽度需要达到30 mm,空气分布才较均匀.

不同压力速度耦合模式下水轮机三维CFD计算对比

为研究在水轮机数值计算中不同的压力与速度耦合模式对水轮机内流场的影响。对作为研究对象的水轮机进行全流道三维建模及CFD计算。分别在流道蜗壳、转轮、尾水管内设置测点,计算在设定工况下不同压力速度耦合的流场及测点压力脉动数据。分析结果表明:PISO与Simple压力速度耦合模式下流场速度场分布相似,压力分布差异巨大,PISO模式下压力脉动为高频,Simple模式下为低频,其中Simple模式计算与实际符合较好。

高压氢燃料气瓶加压惰化排气陡降机制

为了提高惰化效率并确保高压氢燃料气瓶的安全应用,采用数值模拟方法评估加压惰化过程中的氧气体积分数变化特征。在加压注气过程中最大氧气体积分数位于氢燃料气瓶的底部区域,而在排气过程开始阶段发现最大氧气体积分数的陡降现象,设计不同的模拟方案分析陡降现象的原因。结果表明:速度-压力耦合效应是排气过程开始阶段氧气体积分数陡降的根本原因,其中瓶内速度场的影响占主导地位,速度场的影响在未静置和静置方案中分别为91.4%和86.7%,而压力场的影响仅为8.6%和13.3%;排气反向冲量及排气低压向瓶内传递诱导流场,叠加加注形成流场共同促使气瓶底部区域内的流动再循环,使得瓶底区域的流动速度增加且速度场与氧气体积分数场协同效应加强,强化了对流传质形成陡降现象。

可压缩SIMPLE算法中密度的处理方法

在可压缩流的计算中,针对准确有效地得到激波间断解一直是研究中的难点。由于密度对激波的分辨率具有重要影响,当用有限体积法在同位网格上采用离散Navier-Stokes方程时,为了保证稳定性,对流质量通量的计算中密度运用一阶迎风(FUD)格式进行插值,结果难以得到高分辨率的激波间断解。为了提高激波分辨率,改善计算精度,提出了对流性项中界面密度的计算方法,采用流质量通量与压力修正值方程源项里质量通量计算中界面密度的插值方法统一起来,都采用具有高分辨率格式。通过跨音速和超音速圆弧凸包两个算例的仿真,结果表明,方法有效地克服了FUD格式过扩散性的缺陷,又保持了FUD格式良好的稳定性,显著提高了激波分辨率,因而是一种能够改善计算精度的有效方法。

有限流道内低雷诺数二维圆柱绕流数值模拟

为揭示尾迹流场特性及其演化规律,采用多块辐射型网格,以计算流体力学软件FLUENT为平台,对有限流道内低雷诺数二维圆柱绕流进行数值模拟,讨论压力速度耦合算法、压力离散格式和动量方程离散格式对模拟结果的影响。研究结果表明:动量方程离散格式对数值模拟误差的形成起主要作用,较佳数值模拟算法为SIMPLEC压力速度耦合、二阶压力离散和QUICK动量方程离散的组合。尾迹流场中静压在沿轴向2.6～12倍流道宽度范围内波动较显著;并且随着流速增大,轴向压降最大点越靠近圆柱,径向静压幅度变化越大。

新型动态旋流器流体仿真分析

该文构建一种新型复合式动态旋流器,通过电机控制使主轴带动4个动态旋流器单元同时工作,提高装置分离效率。应用Fluent软件,采用多相流中的VOF模型,对油水混合液分离进行数值模拟并对内部流场进行仿真分析。结果表明,当新型动态旋流器的入口流量为1.8 m3/h,滚筒的转速为750 r/min时,对油量占比49%的油-水混合液分离效率达到78%。动态旋流器中的油先由小颗粒逐步聚集成团状后和水形成明显的界限,切向速度对动态旋流器分离性能影响较大,转筒壁面附近的湍流强度较高。

基于混合有限分析插值的非交错网格方法

在求原始变量N-S方程的数值解时,如果采用常规方法建立网格,将速度和压力放在同一套网格节点上,计算中可能出现不合理的压力锯齿波现象.为解决这一问题,应用Rhie和Chow首先提出的动量插值思想,建立了一种基于混合有限分析插值的非交错网格方法,并通过计算实例对该方法进行了检验.检验结果表明,该方法具有良好的数值效应.

不可压缩流动的无网格Galerkin方法模拟

Galerkin型无网格方法在求解不可压缩流动问题时,会遇到对流占优、速度-压力失耦等问题,本文基于CBS有限元方法的基本思想,提出了无网格CBS方法来解决上述问题.通过对平面Poiseuille流动的计算表明:无网格CBS方法在采用压力速度等线性基近似的情况下,当时间步长大于某个临界值时可很好地解决速度-压力失耦问题,且具有相当高的计算精度.

流动与传热数值计算通用控制方程的研究

为提高编程效率和程序通用性,流动与传热数值计算中常将不同物理问题的控制方程写成通用控制方程的形式。但目前常用的通用控制方程多适用于描述常物性参数并忽略摩擦效应的物理问题,考虑物性参数变化和摩擦效应的通用控制方程研究较少。基于此,进一步探讨了通用控制方程中物性参数变化和摩擦效应的影响,分析了动量方程中由黏度变化引起的附加项和能量方程中由摩擦效应产生的附加热源项对数值计算结果的影响。结果表明,在黏度较大且非恒定、流场变化较剧烈、物性参数在空间存在突变等情况下是否考虑物性参数变化以及摩擦效应对计算结果的准确性有较大影响,严重时甚至导致计算结果失真。

中开式输油泵数值计算关键因素研究

应用泵数值模拟中常用的速度-压力耦合算法、进出口边界条件、收敛精度以及湍流模型,采用Fluent软件对4台不同比转数的中开式输油泵在设计工况下的内部流动进行了叶轮、蜗壳耦合数值计算。基于数值模拟结果,对中开式输油泵数值计算中的关键因素进行了对比性研究。研究表明,计算中湍流模型为标准k-ε模型,收敛精度取10-4,速度-压力耦合算法选用SIMPLE算法,进、出口边界条件选用速度进口、自由出流的边界条件在计算中可获得相对较好的计算结果,且计算容易收敛。

尾水洞中通气孔减缓明满流的作用研究

很多水电站由于地形、地质、整体布置或者利用已建的导流洞的原因,其尾水洞较长,因此,其水力过渡过程就十分重要,尤其在下游低水位工况下运行时,尾水洞就会出现明满流现象,其水力学现象十分复杂。通过数值模拟验证了通气孔减缓明满流的作用,并对不同尺寸通气孔的合理性进行了分析。