MRF模型分析流态冰蒸发器刮板类型的换热性能

目的为提高刮削式流态冰机制冰效能,研究刮板结构对刮削式流态冰蒸发器换热性能的影响。方法利用Fluent内MRF模型对SolidWorks软件建立的不同刮板类型(近椭圆形孔刮板、近菱形孔刮板、无孔刮板)的流态冰蒸发器模型进行换热性能的模拟分析。结果通过对不同转速下各类型刮板换热性能及蒸发器近壁面、刮板表面、旋转流体域横截面的温度分布云图进行分析发现:相同转速下,无孔刮板的换热性能高于近菱形孔刮板和近椭圆形孔刮板,但无孔刮板的近壁面温度分布不均匀,呈现两级分化趋势,极易造成冰堵。有孔刮板蒸发器近壁面温度分布较均匀,且受转速影响较大,随着转速的增加其换热性能增强,转速大于200 r/min之后换热性能提升不显著。同时,双组刮板有利于提升蒸发器的换热性能。结论近菱形孔刮板在200 r/min转速下,换热效果好且蒸发器内温度分布较均匀,有利于流态冰高效、稳定地制取。

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

基于计算流体力学方法,对多重参考系模型及滑移网格模型在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上2种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察2种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对2种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明:滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的扭矩系数的模拟结果误差更小,推力系数方面,2种模型的模拟结果相差不大;对于进速系数较大时,2种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况;进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好地在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。

基于Hanson噪声模型的螺旋桨气动与噪声优化设计

针对螺旋桨气动与噪声多目标优化设计问题,采用基于非均匀有理B样条的自由曲面变形方法对全桨叶进行三维几何变形。为节省优化计算成本,将RANS方法和Hanson模型相结合预测纯音噪声,其预测精度与耦合URANS方法的FW-H方程相当。在此基础上,采用Kriging代理模型与非支配关系排序遗传算法进行优化搜索,建立了螺旋桨气动与噪声多目标优化设计框架。采用该框架对某民航客机螺旋桨进行优化设计,优化以叶片不同展向站位的翼型扭转角和弦长作为设计变量。相比基础桨叶,在功率不增加的情形下,巡航构型风洞试验状态的轴向监测点噪声值最大下降约0.25 dB,在功率略有增加的情形下,噪声降低约1 dB。

养殖鱼对养殖池内水动力影响的数值模拟

为研究养殖鱼对养殖池流场特性的影响,基于计算流体动力学(CFD)技术建立方形圆弧角单管养殖池及养殖鱼模型,采用多重参考系法(multiple reference frame,MRF)模拟鱼类在固定轨迹下的运动,并分析养殖池内养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布变化对养殖池流场特性的影响。结果表明:在养殖鱼个体体积和空间分布条件一定时,放养密度越大,养殖池内水体平均流速下降越大;在养殖池内养殖鱼放养密度一定时,鱼数量越多(个体体积小)时,鱼类的逆流游动产生的阻流作用越大,养殖池内平均流速下降就越明显;在养殖鱼放养密度、个体体积大小一定的条件下,养殖鱼在养殖池水体中层分布时,养殖池内水体的整体平均流速下降幅度和湍流强度增加幅度最大,养殖鱼在养殖池下层时,对平均流速和湍流强度的影响最小。研究表明,在循环水养殖过程中,应根据养殖池中养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布条件的变化,适时调整养殖池的进水速度,以维持养殖池内适于养殖鱼生存和生长的流场条件。

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame,MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral,PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。

阻燃剂合成反应器流体数值模拟及结构优化

合成反应器为阻燃剂化工生产过程中的重要设备,反应器的结构直接决定阻燃剂的混合效果。本文通过使用ANSYS中的Fluent流体仿真软件,采用标准的k-ε湍流模型、多重参考系稳态流动方法,对不同结构参数的阻燃剂合成反应器进行仿真模拟研究,通过改变挡板、桨叶离底高度、上下桨叶间距,对比不同结构参数的反应器内流体的速度矢量分布,获得结构最优的阻燃剂合成反应器。分析结果表明,反应器内搅拌结构有挡板,桨叶距离底部高度为450mm,反应器上、下桨叶距离为550mm时,阻燃剂合成反应器结构最优,混合效果最好。

基于MRF模型的旋翼桨叶气动特性分析与试验

多旋翼飞行器主要由旋翼桨叶为其提供拉力。在旋翼桨叶设计阶段,能准确地预测出桨叶的效率、拉力、功率和扭矩等性能参数是十分必要的。本文采用基于MRF模型的CFD数值分析,对直径为735mm、梢部桨叶角为7°、根部桨距角为22°的木质旋翼桨叶进行气动特性分析。在西北工业大学NF-3风洞的三元试验段测量了风速为零时该旋翼桨叶的气动性能数据,包括:拉力、扭矩、功率、拉力功率比。试验结果与基于MRF模型的数值模拟方法结果有较好的一致性,证明了本文采用基于MRF模型的CFD数值模拟方法研究桨叶气动特性的正确性和实用性。

搅拌反应器流场的数值模拟

使用数值模拟的方法研究了一种搅拌反应器的流场特点,采用k-ε两方程湍流模型分析流场,采用多重参考系法处理搅拌桨区域.结果显示:改进的弧形叶桨形成的流场具有典型的径向流特点,而且轴向流动有所加强;标准k-ε模型和RNG k-ε模型均能较准确地预测搅拌槽内轴向的最大速率,但RNG k-ε模型所得结果更为准确;搅拌槽内的湍流能量主要产生于桨叶周边区域和槽近壁区域;但是桨叶下方区域受循环流动的影响比较弱,而且k值比较小,应该使桨叶更接近槽底部,或者采用带45°倾角的折叶桨,从而加强桨叶的轴向输送能力,改善混合效果.

基于CFD的泵轮叶栅关键参数对液力变矩器的性能影响预测

基于计算流体力学理论,利用Pro/E建立某型液力变矩器叶栅系统全流道模型。借助多重参考系技术,采用FLUENT软件对液力变矩器内流场进行数值模拟,并与原结构的试验结果对比,验证了该模型的合理性。在此基础上,研究了泵轮叶片进口角和出口角等关键参数对液力变矩器性能的影响。结果表明,增大叶片进口角或减小叶片出口角,可降低失速变矩比、K因子和改善高速比下液力变矩器的传动效率。

机械搅拌式锌浸出槽内固液两相流的数值模拟与结构优化

基于Fluent软件,采用标准的kε湍流模型、欧拉欧拉多相流模型、多重参考系稳态流动方法,对浸出槽内固液两相流动过程进行数值模拟研究,且采用示踪剂法研究流体在槽内停留时间的分布。将临界离底悬浮转速的数值模拟结果与Zwietering临界转速进行比较,两者吻合较好,验证模型的有效性。应用数值模拟方法研究桨叶离底高度、桨叶间距和阻尼板高度对槽内固相浓度分布和浸出液平均停留时间的影响规律。结果表明:在一定范围内,增大桨叶间距有利于固相分布均匀,延长浸出液的平均停留时间,从而促进固液相之间的传质扩散,当桨叶间距为2D(D为浸出槽直径)时,效果较优;在一定范围内,增大阻尼板高度有利于槽内固相的上浮;在允许范围内,降低桨叶离底高度有利于改善槽底沉积现象,增大浸出液的平均停留时间,当桨叶离底高度为0.3D时,效果较好。

泡沫铝发泡过程三维数值模拟

应用计算流体力学方法模拟分析搅拌轴斜置情况下泡沫铝吹气发泡过程.在双流体模型基础上引入多重参考系法描述搅拌三维气液两相流场,考查了桨叶转速、气体流率及初始泡径对流场特性和气泡分布的影响.结果表明气体在叶片区有聚集,并且吸力面高于压力面,液面附近气泡在一定范围内分布较均匀.含气率随叶片转速和气体流率增大而增大,随气泡直径减小而增大.

基于滑移网格技术计算螺旋桨水动力性能研究

基于RANS方程的CFD软件数值模拟螺旋桨定常和非定常的水动力性能。定常计算采用多重参考系MRF模型,分别采用标准k-ε的湍流模型,RNG k-ε湍流模型和Reliable k-ε湍流模型模拟在不同进速系数时的推力系数和转矩系数。将模拟的数值结果与试验值相比较,计算结果表明,采用Reliable k-ε湍流模型计算出的推力系数与转矩系数与试验值基本吻合,并以该结果为初始场,通过滑移网格技术,采用单机并行计算螺旋桨非定常水动力性能。相较于定常计算结果更加接近试验值,说明滑移网格技术具有更高的精准度,更加适用于计算螺旋桨的水动力性能。

离心泵蜗壳对叶轮内部流动的影响研究

本文基于三维雷诺时均的Navier-Stokes方程和标准的k-ε湍流模型,采用三维无结构网格及压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,利用Fluent中提供的多重参考系(MRF)模型,分别对IB型离心泵的叶轮与整机流道进行内部流动的数值模拟,根据计算结果分析离心泵蜗壳对叶轮内部流动的影响,揭示离心泵内的流动规律。对离心泵性能的预测值与实验值作了比较以验证计算结果的正确性。

搅拌槽内桨叶高度对流场结构和功率消耗影响的数值模拟

运用多重参考系法和滑移网格法处理搅拌桨与挡板之间的相对运动,结合剪切应力输运模型建立了描述流体运动的控制方程组,考察了搅拌槽内桨叶高度对流场结构和功率消耗的影响,并将模拟结果与文献报道结果进行了比较。结果表明,当桨叶高度逐渐降低时,槽内流型由"双环流"结构转变为"单环流"结构,功率准数也随之急剧下降,计算流体力学模拟结果与文献报道结果有较好的一致性。

烟草包装机CFD仿真优化设计

针对目前企业中使用包装机对烟包进行热收缩过程中出现的表面收缩质量不佳,PE膜收缩不紧致,温度不均匀等问题.通过数值计算方法,对优化后具有网筛结构的装置和目前企业使用的结构进行对比分析.首先利用SolidWorks软件对包装机进行三维建模,使用icem软件建立流体域模型和划分混合网格,采用fluent软件中的多重参考系模型(MRF)对包装机中的温度场进行仿真.分析结果表明:采用网筛结构的进口装置可以增大进风口阻力,有效的改善离心风机所引起的涡流强度,使包装机的内部温度均匀性更好.

螺旋桨在均匀流场中的非定常水动力数值模拟

采用滑移网格技术,使用基于求解RANS方程的CFD软件数值模拟均匀流场中的螺旋桨非定常水动力性能。为了真正实现螺旋桨的旋转运动,在计算过程中采用定长多运动参考系模型计算出初始流场,再用滑移网格模型完成整个计算。数值计算得到的推力系数和转矩系数与实验结果吻合良好,验证了该方法应用于螺旋桨水动力性能研究的可行性。

旋转配流激振阀输出特性分析及试验验证

提出一种旋转配流激振阀,为研究进口压力和阀芯换向频率对旋转配流激振阀输出特性的影响规律,采用多参考系方法(multiple reference frame,MRF)进行流场动态仿真,获得旋转配流激振阀输出压力和流量的动态特性曲线,并搭建电液激振试验台对仿真结果进行验证。研究结果表明:进口压力由14 MPa增至16 MPa,旋转配流激振阀输出压力、流量峰值分别提高了1.16%和6.98%;阀芯换向频率由100 Hz增至180 Hz,输出压力、流量峰值分别降低了1.24%和18.6%;进口压力工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.18%、2.14%;换向频率工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.10%、1.76%。仿真和试验结果整体趋势基本一致,证实了旋转配流激振阀结构的合理性及仿真模型的正确性。

基于FLUENT的离心泵内部流动的数值模拟

基于三维雷诺时均的Navier-Stokes方程和标准的κ-ε湍流模型,采用三维无结构网格及压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,利用Fluent中提供的多重参考系(MRF)模型,对IB型离心泵进行内部流动的数值模拟,根据计算结果分析了离心泵内的流动规律,并揭示出了离心泵内存在漩涡、二次流等不良的流动现象;并将离心泵性能的预测值与实验值作了比较,以验证计算结果的正确性。

市政污泥化学调理装置CFD模拟

市政污泥机械脱水前多采用化学调理,调理装置搅拌过程中的流场分布直接影响调理效果。采用多重参考系-流体体积模型对实验室污泥调理罐(内径为40 cm)的流场特性进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟研究,验证了实验室调理罐模型气液两相分布情况。实验室调理罐的模拟结果表明:单层直桨叶调理罐的搅拌桨直径与调理罐内径比优化值为1:1.75,挡流板宽度与调理罐内径比优化值为1:20,可有效消除流体旋涡,增强湍动作用。在此基础上,对中试调理罐(内径为110 cm)的流场特性进行模拟并与实际测量值校验。该研究采用的多重参考系-流体体积模型可为同类污泥调理罐设计与优化提供参考。

玻璃/铝基废弃物复合材料搅拌流场的模拟

运用流体软件Fluent对采用机械搅拌法制备的玻璃/铝基废弃物复合材料流场进行模拟,采用MRF动参考系模型、多相流Mixture混合模型及标准k-ε模型,模拟使用三层正交组合轴流搅拌桨产生的流场。结合搅拌工艺特点对模拟的结果进行了分析,通过分析搅拌槽的宏观流场、轴向速度和径向速度分布,定性指出了各区域搅拌混合的效果,并同其它搅拌桨产生的流场进行了比较。