电力机车通风系统流体仿真计算与分析

介绍了电力机车通风系统的一个流体仿真计算实例,并通过将计算结果与试验数据进行对比分析,对流体仿真计算在电力机车通风系统技术设计的应用进行了初步探讨,并根据计算对电力机车通风系统进行了简单的分析。

矿用隔爆型干式变压器温升的计算流体动力学仿真分析

为解决矿用隔爆型干式变压器温升计算存在偏差的问题,本文作者使用计算流体动力学仿真软件对矿用隔爆型干式变压器的温升进行仿真分析,与实际温升试验数值进行对比,最终仿真数据值与实际值基本一致。

扑翼飞行器定高飞行控制器的模型构建与仿真

针对传统飞行控制算法适应性差以及扑翼飞行器气动特性复杂,导致飞行控制算法需具备较强自适应性的问题,提出了一种基于模糊自适应PID算法的新型仿生扑翼机定高飞行控制器。通过复数矢量法设计了一款结构简单的新型扑翼结构,并通过运动学仿真与计算流体力学仿真建立了扑翼飞行器的定高飞行运动学模型。仿真测试了所设计的模糊自适应PID控制器对于该运动学模型的控制效果,并与基于传统算法的控制器进行了对比。实验结果表明,所设计的模糊自适应PID定高飞行控制器比传统控制器具有更好的响应特性和适应性。

基于钻井储能系统的热管理仿真与风道结构优化

钻井储能系统在油气工业电气化中具有重要作用。储能电池作为核心部件存在热失控风险,储能系统的热管理至关重要。为提高电能利用效率,促进石油工业的能源替代和节能减排,解决集装箱式电池储能系统内部电池紧密排布且环境相对封闭而导致的温升问题,采用STARCCM软件对钻井储能系统进行热管理分析。通过建立系统的三维模型来提取传热和散热路径。运用计算流体动力学(CFD)仿真技术对系统内的流场和温度场进行详细分析。通过CFD仿真技术成功分析了钻井储能系统内部的流场和温度场,识别出热点区域并分析了温升的原因。基于仿真结果,对风道进行了优化设计,有效改善了电池排布区域的散热条件,降低了系统的整体温度。研究结果可为储能系统的热管理设计提供重要参考依据。

针对高速列车受电弓气动特性仿真的不同湍流模型适用性研究

为探究高速受电弓气动特性仿真时不同湍流模型在不同运行环境中的适用性,基于k-ε,SST k-ω和Spalart-Allmaras 3个湍流模型的理论基础和计算流体力学仿真方法,通过线路试验对仿真结果进行验证后,对比不同模型在开阔环境和隧道环境中的精确度和计算效率。结果表明:在300 km·h^(-1)速度下,SST k-ω与k-ε模型在开阔环境中的闭口和开口方向气动抬升力计算结果差异分别为0.7%和1.5%,与Spalart-Allmaras模型计算结果差异分别为7.1%和5.5%;SST k-ω和k-ε模型在边界层预测均匀,Spalart-Allmaras模型在边界层分离区的预测准确性较低,但在隧道环境中它的精确度高于k-ε模型;在计算效率方面,Spalart-Allmaras模型的迭代次数和收敛速度优于SST k-ω模型;在适用性方面,开阔环境中k-ε模型的精确度和计算效率表现优异,更为适用,而在隧道环境中Spalart-Allmaras模型具有较高的精确度和计算效率,更为适用,但在对精确度要求高且可忽略计算效率因素的情况下SST k-ω模型具有较好适用性和高精确度,更为适用。

氨和甲醇等燃料供给系统设计对比及仿真

为满足国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)对船舶主机CO_(x)、SO_(x)和NO_(x)排放的要求,基于MAN主机燃料进机需求,对多种清洁低碳燃料系统的设计进行对比分析。分别针对氨、甲醇和液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,LPG)等燃料开展关键问题解决方案对比,并运用计算流体动力学(Computation Fluid Dynamics,CFD)方法对燃料系统回液方式进行仿真。仿真结果显示:在LPG回液管路上设计可调减压元件,能在1.8~2.3 MPa压力区间内实现燃料再利用,有效形成闭式循环回路;当损耗系数K为500~6500时,供给LPG主机的燃料压力满足5.1~5.5 MPa的要求。对比分析表明,在LPG燃料供给系统上调整供给泵参数和回液损耗系数K,即可使该系统应用于氨燃料供给系统设计中。

干扰剪切流动(ISF)和边界层流动及ISF理论在计算流体力学(CFD)中的应用

简述作者提出的干扰剪切流动(ISF)理论、近壁复杂ISF理论、推论和它们在CFD中的应用.ISF是小黏性流体运动中普遍存在的一种基本流动,如驻点流、近壁黏性-无黏干扰流动,干扰可忽略时ISF的黏性部分为熟知的边界层流动.ISF理论揭示了高Re数流动计算的最佳坐标系和最佳网格生成.由近壁复杂ISF理论与流体运动方程组及流速在壁面无滑移条件相结合导出一组壁面相容(SC)判据,该判据提供了利用CFD仿真结果判断CFD仿真可信度的理论途径、并为近壁网格、算法和边界处理的改进和三者的更好协调、为湍流模型的评估、改进和发展提供了一种理论途径.

基于SPH方法的焊接熔池流体动力学仿真研究

在虚拟焊接训练设备的开发中,焊缝成形的实时交互仿真是其开发的关键技术。本文研究了现阶段的焊缝成形仿真方法,针对二氧化碳气体保护焊焊缝成形仿真过程中的计算时间长及无流体运动感等问题,提出了一种基于光滑粒子流体动力学法的焊缝成形仿真方法。该方法中包含有温度场计算,可计算流体离散化后粒子的温度,并根据流体粒子的温度对粒子的更新步长进行修改,可实现流体粒子从运动状态至静止状态的转化,从而模拟出焊接过程中熔池凝固的过程。

汽车侧窗雨水管理的计算流体力学分析研究

为分析侧窗雨水管理中A柱漫流对侧窗视野区的影响,通过计算流体力学(CFD)仿真和环境风洞试验相结合的方法,对前风窗玻璃水流越过A柱后在侧窗表面流动的过程进行了分析和研究,证明了CFD瞬态分析方法能够预测A柱漫流的位置和侧窗水流在风力作用下的运动轨迹。通过A柱优化方案的试验结果对比和流场分析,验证了A柱结构优化能够改善侧窗雨水管理性能,以及CFD稳态分析方法对于改善A柱设计方案的有效性。

基于CFD的气敏特性测试室气体均匀性仿真分析

开发高性能的气体传感器,必须确保合格的传感器响应测试。而大多数发生在传感器表面的化学/物理过程都受到测试室内气体分布均匀性的影响。通过计算流体动力学(CFD)仿真,设计了一种气敏特性多通道测试室。首先,对测试室结构建立三维模型并采用滑移网格处理;然后,采用kω-SST和SAS湍流模型计算不可压缩条件下的Navier-Stokes方程;最后,经后处理,获得室内空气龄、流速场均匀性综合信息。结果表明:当孔径比β=0.67时,传感器表面流量覆盖率为90.41%,流速阶梯性变化对传感器稳定性影响小于4.06%,相较于其他的孔径比,对响应时间的稳定性提升了230%,为实际的测试室开发提供了理论依据。

船用氨燃料供给系统设计和CFD 仿真

该文基于氨燃料动力的船舶主机需求,展开液氨加压供给和氨捕捉设计。文中设置三段式增压并具有缓冲罐的供给方式,针对燃料罐形式、阶梯加压、消除管路气阻、惰化防爆以及氨排放捕捉等关键点展开分析和仿真计算。仿真结果显示,燃料回流汇入压力在预设区间内,该设计可实现增压增温后稳定供给主机,且有效实现氨排放的捕捉和处理。系统分析表明:采用半冷半压式燃料罐,结合两级泵和缓冲罐,组成三段式增压,具有可行性和稳定性;而采用水雾喷淋结合吸附器可有效捕捉氨和控制氨排放在22.8 mg/m^(3)内。

基于计算流体力学的总静压复合探针设计及试验分析研究

针对航空发动机及燃气轮机内流场压力测试探针尺寸小、测点多、高精度、高可靠性的要求,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真分析手段,根据圆柱绕流的特点,对不同直径的探针进行了气动性能分析,研究其表面压力分布规律,根据CFD分析结果确定了总静压复合探针设计方案并加工了试验件,试验件的风洞校准试验分析结果表明:在来流无偏角的情况下,马赫数Ma为0.2~0.6的范围内,Φ10 mm探针静压孔角度在±50°时、Φ12 mm探针静压孔角度在±47.5°时、Φ14 mm探针静压孔角度在±45°时(Φ为探针支杆直径),测量误差在±1%以内,可满足一般试验的精度要求。另外,在满足探针±1%的测量误差的前提下,Φ10 mm探针静压测量不敏感角在Ma为0.2~0.5范围内,可达到±18°;在Ma为0.6时,能达到±15°。Φ12 mm和Φ14 mm探针静压测量不敏感角在Ma为0.2~0.4范围内,可达到±18°;在Ma为0.5时,能达到±12°;在Ma为0.6时,可达到±3°。探针的总压测量误差在Ma为0.2~0.6、±15°的偏转角度范围内可达到±0.3%,满足发动机的测试要求。

具有波浪形桨尖构造的无人机旋翼降噪研究

旋翼作为无人机噪声的重要来源,降低其气动噪声对于提高公众对无人机的接受度具有重要意义。鉴此,提出一种具有波浪形桨尖构造的旋翼设计方案,该方案仅在旋翼桨尖处以特定波浪线型为导线进行放样设计,同时耦合波浪形前缘、波浪形尾缘和波浪表面结构三种特征,该方案可在降低噪声的同时,最大程度保留旋翼气动性能。随后通过计算流体动力学仿真以及试验研究分析波浪形桨尖构造对旋翼气动性能以及气动噪声的影响,揭示其降噪机理,并开展波浪形桨尖参数优化设计。仿真和试验结果表明:具有波浪形桨尖构造的旋翼仍然具有较好的气动性能;在声学性能方面,波浪形桨尖构造降低了旋翼中高频范围内的宽带噪声,其中波形参数N=8的旋翼降噪效果最好,并在旋翼下洗流附近降噪显著,总声压级较Base旋翼下降1.5~4.0 dB。

嫦娥五号发动机降落羽流扬尘特性研究

在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模型,研究了喷管在不同降落高度下的侵蚀速率,并计算了发动机距离月面高度为0.5~2.0 m范围时月尘颗粒的运动轨迹、扬尘角和速度特性。结果表明,基于剪切应力得到的最大侵蚀速率为8.83 kg/m^(2)s,随着高度增加,侵蚀速率降低,与嫦娥五号降落相机相同高度下的分析结果一致。粒径为1、70ìm的月尘颗粒最大扬尘高度分别为0.72、0.36 m,最大速度分别为2520、1010 m/s。不同粒径月尘的扬尘角范围为1.44°~2.27°,计算的扬尘角与Apollo探月任务中的结果相近。

F1赛车气动特性的CFD仿真和试验研究

选用Realizablek-ε模型和非平衡壁面函数,建立一款F1赛车的外表面及其外流场模型,对其进行流体动力学仿真,求得气动阻力和升力系数,并与风洞试验结果做了比较。结果表明:CFD仿真结果和风洞试验结果很接近,且该款F1赛车具有较好的气动特性。

基于CFD仿真的切向涡轮流量传感器结构优化

为降低切向涡轮流量计的测量下限,以25 mm口径机械式热量表为例,利用计算流体动力学(CFD)仿真软件对传感器内部三维流场进行研究,提出了提高传感器性能的10种结构改进方案,并通过CFD仿真对优化后的传感器性能进行预测,选择出最佳方案。结果表明:结构参数改进后,测量下限由0.07 m3/h降为0.035 m3/h。

基于纳米流体的光伏热联用装置及其理论分析

利用纳米流体对太阳能辐射分频吸收与高效传热的性能,结合太阳能直接吸收(DAC)技术、菲涅尔聚光技术,构建了基于纳米流体的新型聚光太阳能光伏热联用(CPV/T)装置,并建立了装置的物理模型和能量平衡模型。采用计算流体力学方法进行模拟仿真和对比实验,分析了不同流速及流体工质下光伏组件及纳米流体的温度场。研究结果表明:基于纳米流体的CPV/T装置能够充分利用纳米流体辐射分频吸收与高效传热特性,取得对太阳能光伏组件冷却的更好效果,也获得了更高的光热部分流体出口温度;与仅背板冷却的普通光伏热装置相比,流体出口温度有较大幅度的提升,从而提高了光热部分的利用能级。

天然气管道弯头冲蚀与防护仿真研究

在天然气输送过程中,高速流动的天然气携带管道内壁脱落金属屑的混合流体对天然气管道弯头造成冲蚀,是管道弯头失效的重要因素之一。利用Fluent从计算流体力学角出发,对比气固混合流体流经不同角度弯管时的压力变化、金属屑运动轨迹变化、冲蚀攻角变化、以及冲蚀动能变化,直观地反映出各项影响因素与弯管冲蚀位置和冲蚀程度的关系,得出了气体对弯管内壁大面积冲蚀、金属屑在此区域内再局部冲蚀的结论,与实际情况相吻合。根据不同角度弯头冲蚀情况不同在保护部位与效力上提出了"定侧面、大面积、有侧重"的防护思路。

气升式反应器结构参数优化设计CFD仿真研究

气升式反应器是生物发酵生产过程中的重要设备,工业生产过程中要求反应器内保持较高的气含率和循环液速,从而提高气液传质效率。由于气升式反应器的导流筒直径对气含率和循环液速有决定性影响,研究其结构参数优化设计具有重要意义;文章利用计算流体力学仿真软件研究了气升式反应器内的流动状态,给出了不同导流筒直径下气含率和循环液速的变化趋势,发现了该结构参数存在最佳设计范围。

轿车车身外流场的CFD仿真与实验验证

基于CFD数值仿真,选用Realizableκ-ε湍流模型和非对称壁面函数,建立一款轿车的外流场模型,对该款车的外部流场情况进行分析,并和风洞试验结果做了对比。结果表明:CFD仿真计算得出的风阻系数与实验测定值误差在5%左右,可满足工程需要。测试点与实验值有一定误差,但趋势基本吻合。