穿孔管式扩散器出口流速均匀性研究

为解决穿孔管式燃油扩散器内部压力分布严重不均匀,导致燃油扩散器出口流速不符合要求的问题,对穿孔管式扩散器出口流速均匀性开展研究。以Matlab及Fluent软件为平台,通过Sparlart-Allmaras湍流模型来处理燃油在扩散器内的三维流动,建立穿孔管式扩散器内部燃油流动模型,并分析其内部压力分布及出口处的速度分布。多次迭代计算后,发现网孔开设及内部构型设计可有效调节内部的流动方式和压力分布。其中,网孔开设方面应考虑开孔总面积足够大;另外,对内部构型进行修型,在扩散器内部适当位置添加合适高度的孔板。详细给出了网孔的开设方法及扩散器内部需重点考虑的3个关键孔板的设计规律,对穿孔管式燃油扩散器的设计及优化提供了理论参考。

低速直流风洞流速均匀性仿真研究

本文分析了低速直流风洞的结构组成,对影响流速均匀性的关键部件进行分析;对风机叶片提出螺旋线/涡状线的设计方案,通过改变螺距、螺旋线直径等方式,使得风机叶片呈螺旋形;同时还对整流罩、扩散段进行理想化参数设计,使得整个风洞装置更为紧凑;基于仿真理论及多重参考系法的应用,参照QX/T84-2007《气象低速风洞性能测试规范》圆形试验段截面等间距法测点布置,研究了不同收缩曲线、风机叶片数、收缩比、风机转速及截面尺寸等对流速均匀性的影响;最后,当收缩比选择1∶16、风机叶片数取8、收缩曲线类型选择双三次曲线,风机转速控制在(100~3000)rpm之间,试验段Ⅰ可实现流速(24.8~71.7)m/s,试验段Ⅱ可实现流速(0.55~25.38)m/s,且流速均匀性均优于0.5%。

标准U型明渠均匀流断面平均流速计算研究

灌区的渠道常为宽深比小于10的窄深式渠道,侧壁是影响流速的重要因素。文章综合考虑侧壁对均匀流速的影响,对标准U型明渠均匀流断面平均流速公式进行了推导和试验验证。结果显示,考虑侧壁影响的流速分布公式具有较高的精度,且公式形式简单,具有显著的实用价值。

正向泵站前池水沙两相流流态及其对开机组合的响应机制

泵站前池中存在复杂的水沙两相流结构,开机组合方式对水流流态与悬移质泥沙运动规律的影响尚不明确。针对该问题,该研究采用Mixture多相流理论和Realizable k-ε紊流模型,模拟不同开机组合条件下的泵站前池水沙运动,分析前池内各个漩涡流区域特征及其形成机理,预测泥沙淤积范围,同时利用多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profilers)等仪器对前池内流速与泥沙淤积进行测量,验证数值模拟结果。在此基础上,分析了典型正向前池泵站5组不同开机组合下的两相流流态,结果表明:前池内漩涡区域致使悬移质泥沙向正向前池边壁区域运移,漩涡流速下沉加速悬移质泥沙沉降;已经形成的泥沙淤积体对泵口流态影响存在明显空间异质性,中间区域水泵受影响程度低于两侧水泵,开机组合工况优化大幅减小了水流偏流角度(比原工况减少了3.35°),提高了前池流速均匀度(提高了了5.84个百分点),降低了前池内泥沙含量(减少了58.60%)。研究成果可为抑制漩涡区域与泥沙淤积对正向泵站前池的危害和泵站优化运行提供理论支撑。

航空发动机深孔槽结构电解加工流场仿真

为了提高航空发动机零部件深孔槽结构的加工精度和稳定性,文中根据深孔槽结构特点及电解液正流式流动方式,设计了一种带有偏置结构的加工阴极,采用理论分析和仿真模拟的方法,分析了加工阴极缓冲板和出液孔排布方式对流场分布的影响规律。仿真结果表明:在加工阴极上增设带有出液孔的缓冲板,可以提高流场稳定性和流速分布的均匀性,满足加工稳定性和加工精度的要求。结论可为深孔槽结构高精度电解加工提供参考。

直流式风洞测量不确定度评定研究

为科学评定分析直流式风洞运行数据准确性,以WZ860070-E型直流式风洞为研究对象,参照QX/T84-2007《气象低速风洞性能测试规范》对风洞的流场均匀性和流场稳定性进行测试实验。通过GUM方法对2、40、60 m/s测试点的流速均匀性、流速稳定性的测试结果开展测量结果不确定度评定。结果表明,测量重复性引入的分量为主要影响量;扩展不确定度评定结果基本满足JJF1094-2002《测量仪器特性评定》的合格判据,可信程度较高;受标准测试设备性能及外界因素影响,2 m/s风速流场均匀性和流场稳定性的测量结果扩展不确定度结果同高风速的相比偏大。

双缸发动机冷却水套流场分析及优化

为评估某双缸发动机冷却水套结构设计的合理性,对该双缸发动机冷却水套开展了CFD流场数值模拟分析,结果表明:原冷却水套结构下存在极少冷却液流向第二缸缸体及其缸头上鼻梁区的现象,导致两缸冷却液流速差异明显,不利于两缸的均匀冷却。对缸体入水口和缸垫上水孔进行了改进,改进后冷却液从缸体入水口进入后可同时向两缸分散流动,促使缸体水套各缸的冷却液流速分布更均匀;第二缸缸头上鼻梁区流速明显增加。研究结果可为双缸发动机冷却水套冷却液流速分布的合理性评估及水套结构改进提供仿真数据支撑及理论指导。

船闸单侧闸墙主廊道输水系统岔管水动力特性研究

船闸单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、开挖量小、工程投资省等优点,在河谷狭窄、边坡陡峭等地形受限地区具有明显的技术优势,但工程应用难点之一在于如何保证廊道内断面流速的均匀性,避免出现严重的偏流、脱流现象。依托嘉陵江草街二线船闸工程,采用通用CFD软件FLUENT,对船闸单侧闸墙主廊道双阀门输水系统布置中的岔管水动力特性进行较为详细的研究,探讨岔管分岔角、墩头曲线形式以及外壁曲线形式对岔管水力特性的影响,提出外壁采用正弦曲线,内壁采用圆弧-直线-圆弧形曲线的单侧输水廊道阀门段岔管布置体形,可为类似工程设计提供参考。

一种对称蜗壳形后壁与导流锥方案进水池防涡消涡研究

为验证轴流泵装置封闭式进水池防涡消涡措施的有效性,应用ANSYS 14.5对泵装置进行全流场CFD数值模拟研究。针对封闭式进水池内产生的附壁涡、附底涡,提出并优化了对称蜗壳形后壁与导流锥的防涡消涡措施。采用k-ε湍流模型数值模拟和模型试验进行了涡带对比,分析了涡带的分布和成因,优化了封闭式进水池几何参数。针对附壁涡,采用单因素控制变量法进行后壁防涡消涡研究,发现对称蜗壳形后壁在效率和流速均匀度方面效果突出。针对附底涡,采用导流锥作为预防措施,并优化了导流锥的最佳锥体高径比,相应的研究成果已应用于镇江龟山闸泵站工程。

基于CFD的底部上翘角度对直管式出水流道水流性能的影响研究

为优化直管式出水流道的设计型式,以通吕运河大型低扬程泵站为例,建立几何比尺为11的三维泵装置模型,选用六面体结构化网格划分计算域,并进行全流道定常数值计算,探究了不同底部上翘角度对直管式出水流道水流性能的影响。结果表明,底部水平时,直管式出水流道水流性能一般,对内流流动的调整作用不明显;随着底部上翘角度的增大,出水流道水力性能呈先优后劣的变化趋势,存在水力性能最优的阈值角度,为1.5°;当底部上翘角度为阈值角度时,出水流道前段的涡通量降幅明显,后段流速均匀度最高。不同的底部上翘角度对直管式出水流道的水流性能有着较大影响,采用合适的底部上翘角度能够提高出水流道的水力性能,增强对水流的调整作用。研究成果为直管式出水流道的水力设计提供了一定的参考。

侧向泵站进水前池流态数值计算与优化

为了优化侧向泵站进水前池流态,消除不良流态对水泵吸水的影响,采用数值计算对某泵站进水池流态进行了分析,在此基础上提出了在进水池进口处布置不同尺寸导流栅的整流方案,分析了整流后的进水池流态。通过结果可知,布置导流栅后达到了相应的整流效果,能让流束通过导流栅格栅较为平顺流入进水池内,改善1~4号进水池内的偏流现象,给水泵创造良好的吸水条件。综合比较各方案计算结果知“3+2”型组合布置形式可使得5个进水池流速不均匀系数趋于稳定,并且与原方案相比流速不均匀系数均有所降低,整流效果明显。

泵站进水池内部流动特性研究

泵站进水池内流态的好坏会直接影响到泵的工作效率以及整个泵站的安全稳定运行。基于CFX,使用Realizable k-ε湍流模型研究了不同水位和流量工况下进水池内表面涡特性以及流速均匀性动态变化规律。结果表明:当水位为600 mm时,小流量工况下两侧表面涡分布不对称,随着流量增大,两侧表面涡相互影响程度减小;当水位为800 mm时,不同流量工况下两侧表面涡分布均对称;当水位为1000 mm时,小流量情况下两侧表面涡分布对称,随着流量增大,两侧表面涡相互影响程度增大。随着特征截面水位降低,进水池内特征截面的旋涡总环量增加,且旋涡总环量与水位成反比,与流量成正比;泵进口断面流速分布均匀度随着流量的增加而先增大后减小,随水位的增加而增大。研究成果可为进水池的结构优化提供参考依据。

柴油机Urea-SCR系统内流场与化学反应耦合研究

提出三维流场与一维化学反应相耦合的方法对柴油机尿素(urea)-选择性催化还原(SCR)系统进行全尺寸模拟,真实反映SCR系统内部气流运动状态对化学反应的影响。选择柴油机典型工况的排气温度、流量及压力等物理信息作为边界条件,对SCR系统进行流场分析,截取催化器前端截面的速度切片,建立流速均匀性系数与工况的函数模型,研究各流速分布下运行参数对NO_x转化效率及副产物N_2O生成的影响,为优化SCR系统控制策略提供指导。结果表明,不同工况下柴油机SCR催化器前端各区域流速差异明显,且流速均匀性系数在0.6～0.8区间内,氨氮比为1.1且NO_2、NO_x之比在0.0～0.5区间内时,NO_x转化效率最高,副产物N_2O的生成最少。

离子交换聚合金属材料在匀速流中的传感实验研究

离子聚合物金属复合材料IPMC(Ion-exchange polymer metal composite,IPMC)具有驱动和传感功能。本文利用IPMC的传感能力,设计了一种海流速度信息传感器,基于3种模型分别使用ANSYS和MATLAB软件对不同条件的情况进行仿真,并设计测试系统进行实验,分析验证了片状IPMC在均匀流速下的传感能力。研究结果表明:片状IPMC的初始稳定电压以及测量灵敏度均与材料面积正相关;随着流速的增大,IPMC达到稳定输出电压的时间缩短,且材料输出电压在达到稳定前与时间呈现二次多项式函数关系,函数最大值即为实验所测得的稳定输出电压;各组次实验的重复性良好。

城市雨水泵站侧向出水箱涵整流措施模型试验

为研究上海某雨水泵站侧向出水箱涵的水力流态,采用物理模型试验方法对出水箱涵内部的水力流态特性进行分析,并针对发现的问题提出了在出水箱涵内加设由导流短墩、底坎、组合梁构成的组合式整流措施。试验结果表明:出水箱涵内部水流扩散不良,导致出水箱涵出口流量分布不均、主流居中且出口两侧出流较小;增设组合式整流措施后,出水箱涵在导流短墩、底坎、组合梁的综合整流作用下,显著均化了出水箱涵各孔流量,有效提高了出水箱涵的出流均匀度,解决了出水箱涵流态存在的问题。

泵站前池改造前后水流流态分析及其节能降耗性能研究

为探寻泵站前池体形优化为节能降耗的贡献,解析泵站前池改造节能降耗机理,以盐环定提水枢纽第三泵站前池为研究对象,数值模拟比较分析其前后流态特征。采用标准k-ε湍流模型方程,利用分离求解器来求解离散方程组,分别对改造前后前池中流态特征进行数值模拟研究。结果表明,泵站前池的体型、尺寸变化对能耗有影响,正向前池中涡流较少,其轴向速度分布均匀度为50.5%,优于侧向进水口均匀度46.9%;分析湍动能和湍动能耗散率数据,正向前池数值优于侧向前池;正向前池能量耗散率随着运行时间,趋于平稳,其能耗率为492.81 W/m^(2),低于侧向前池能耗率608.13 W/m^(2),正向前池流态优于侧向前池流态,正向前池节能效果优于侧向前池。

汇流口水闸进水流态试验研究

为缓解不同水力要素造成的汇流口水闸闸前流场复杂,易形成不良流态的问题,以武障河闸为研究对象,建立1∶50的水工模型,设计整流方案,结合数字粒子图像测速(digital particle image velocimetry,DPIV)系统采集的交汇口面层流场数据和光电流速仪测量的闸前断面流速,分析武障河闸过流流态,对比原方案与设计方案对过流均匀度的影响,确定优化整流方案.结果表明:鱼嘴式导水堤与镂空式整流底坎相结合的综合整流方案较好,当导水堤中心线与河道中心线夹角为9°、整流底坎位于闸前57 m处时,汇流口至闸前流态较为平顺,闸前段面流速均匀度达90.63%,过流效果较好.

闸站桥合建工程水工物理模型试验研究

为研究闸站桥合建工程对水闸和泵站进水流态及流速分布产生的不利影响,以珠三角地区某水闸泵站工程为例,针对不良流态问题,通过设置进口导流墩开展方案优化试验研究,并引入流速均匀度分析效果。结果表明,在隔墙泵站一侧设置4个导流墩、在隔墙水闸一侧设置2个导流墩对改善水流流态的效果最明显,为最佳优化方案,可为类似工程设计提供参考。

基于Fluent的新型平行流铜电解槽内流场数值模拟

铜电解液流场对电解槽内离子浓度、温度分布及阳极泥沉降等有重要意义,本文以国内某铜电解槽为原型,运用Fluent软件对单侧平行流、双向平行流及新型平行流进液方式进行了数值模拟。模拟结果表明:单侧平行流的电解液流动方向是从下至上,容易将电解槽内沉降的阳极泥扬起,导致阴极铜纯度不高,并且不利于阳极泥的合理回收;双向平行流的电解液由上而下流动,进口处流速高,流场内的速度差造成回流,不利于阳极泥的沉降;新型平行流的进液方式基于双向平行流进行了改进,减少了进、出口数量,两侧进液口存在高度差,使得大部分电解液进入极板间,电解槽底部流速较小,具有流场流速均匀稳定、电解周期短、便于后期检修的优点。

镂空式整流底坎对侧向进水泵站前池流态的影响

为了改善侧向进水泵站进水流态,采用CFX软件对侧向进水泵站前池流态进行了数值模拟,并结合物理模型试验,研究了在前池入口处设置不同孔高比镂空式整流底坎对水流流态的影响。结果表明,在加设七种不同孔高比镂空整流底坎后,流态方面,底坎孔高比为0(无孔整流坎)时,相比不设整流底坎时进水流道前的漩涡区大幅减小,在引河处仍存在低速回流区;镂空式整流底坎设置后,进水前池回流区明显减小,当孔高比达到0.6时,漩涡和回流区基本消失,进入进水池水流无明显偏流,流态相比较好;流速均匀度方面,进口断面轴向流速均匀度随着孔高比的增加先增大后减小,当孔高比为0.6时,进水池入口处流速均匀度达到了74.27%,相比于孔高比为0时提高了6.77%,即当孔高比为0.6时流速均匀度较好。