Numerical Simulation of Single Bubble Deformation in Straight Duct and 90°Bend Using Lattice Boltzmann Method

The paper aims to give a comprehensive investigation of the two dimensional deformation of a single bubble in a straight duct and a 90° bend under the zero gravity condition. For this, the two phase flow lattice Boltzmann equation (LBE) model is used. An averaging scheme of boundary condition implementation has been applied and validated. A generalized deformation benchmark has been introduced. By presenting and analyzing the shape of the bubbles moving through the channels, the effects of the all important nondimensional numbers on the bubble deformation are examined thoroughly. It is seen that by increasing the Weber number the rate of the deformation enhances. Besides, because of the velocity dissimilarity between the particles constructing the bubble, the initial coordinates and the diameter of the bubble play a great role in the future behavior of the bubble. The density ratio has a little effect on the shape of the bubble within the assumed range of the density ratio. Moreover, as the Reynolds number or the viscosity ratio is decreased, higher rate of deformation is exhibited. Finally it is found that there is an inverse proportionality between the amplitude and frequency of the bubble deformation.

叶片形状对径向式透平波浪发电效率的影响

从后弯管的实验数据出发,设计4个透平,以研究叶片形状对径向式透平用于波浪能发电时转换效率的影响。通过数值分析方法得到4个透平在稳定流动中的性能参数,结果表明4个透平的性能相接近。基于稳定流动计算结果,使用准稳态方法分析4个透平在不稳定流动中的性能,结果表明由于存在反向流动现象,4个透平在不稳定流中的效率存在很大差异。后弯管空气透平的设计不仅要考虑效率,还要考虑反向流动时产生的扭矩。

3D打印模具钢粉末处理系统的设计与模拟分析

设计了一种面向金属3D打印全过程的粉末处理系统,完成了系统整体结构设计,通过相关参数计算设计了动力装置、输送管道、供料器、分离器、筛分装置等组成部分。采用FLUENT软件模拟分析了18Ni-300模具钢粉末在系统中的流动情况。结果表明:提高粉末供应管道入口气流速度可以改善粉末在管道中的流动状态和输送效果。随着弯管弯径比的增大,粉末输送率会增加,压力损失会随之降低。减小分离器锥角会导致分离器分离效率提高,内部压力损失减小。提高废料回收管道入口气流速度可以增大筛分装置中废料的回收率。

航空导管数控弯曲成型工艺参数对材料力学性能的影响

对航空导管数控弯曲成型的弯曲角度、弯曲速度、温度等关键工艺参数进行选择,通过弹性变形区弯矩、外侧塑性变形区弯矩、内侧塑性变形区弯矩分析航空导管数控弯曲力矩,计算航空导管压膜压力,根据计算结果建立航空导管数控弯曲成型有限元模型,并验证模型的可靠性。试验结果表明,弯曲角度和弯曲半径会对航空导管的强度和硬度产生显著影响,较大的弯曲角度可能导致更大的形变,而较小的弯曲半径可能引起局部高应力区域,因此选择适当的弯曲角度和半径可以确保导管在复杂的航空应用中保持结构完整性。此外,成型速度对导管材料的塑性产生显著影响,高速成型会导致更高的应变率、形状的不均匀变化、应力分布的改变以及导管表面质量的下降。通过调整这些工艺参数,可以有效控制导管的硬度,满足不同应用场景对材料性能的要求。

基于FLUENT的90°圆形弯管内部流场分析

通过使用FLUENT软件的RNGk-ε湍流模型,对90°大曲率圆形截面弯管内部流体进行三维数值模拟,将数值模拟结果与相关文献实验结果进行对比,结果表明RNGk-ε湍流模型对具有二次流的湍流流动具有较好的模拟,计算结果与实验结果吻合较好。

90°弯管内流动的理论模型及流动特性的数值研究

从三维不可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程出发,对90°弯曲管道内湍流流动进行数值模拟。网格划分采用六面体网格,湍流模型为RNGk-ε模型,在近壁区采用两层壁面模型进行修正,流场的计算结果与实验数据吻合较好。在此基础上,本文数值研究了来流方向对流场结构和流动特性的影响。得出在弯管流场中发生了分离现象,且随着来流侧滑角的增大,分离区范围增大。此外,随着来流从同一侧滑角变换至同一攻角时,横截面的二次流图像中也从具有两个对称主涡变成只具有一个主涡的现象。

二维弯曲等截面管道中的激波串特性研究

利用Carroll的试验数据验证了数值方法的有效性之后,对二维等截面弯曲管道中激波串的特性进行了数值模拟试验,研究了管道弯曲对激波串的结构与特征长度、壁面沿程静压分布、出口截面马赫数与总压恢复、反压特性等的影响,研究中考虑了不同的进口马赫数和边界层厚度。结果表明,管道弯曲对流动的对称性有着明显影响,当马赫数较高时(如Ma_o=2．45)合适程度的管道弯曲有利改善直管道已有的流动不对称,使激波串长度缩短。管道弯曲能够有效抑制出口压力变化所导致的出口截面马赫数的大幅波动,考虑到低压比时(出口Ma_e＞1)直、弯管道之间总压恢复系数存在明显差距,而当压比较高时(出口Ma_e＜1)两者相当接近,因此亚燃发动机的超声速扩压器可适当使用大曲率以缩短管道的轴向长度。另外,鉴于弯曲管道与直管道内激波串长度之间的明显差异,已有的基于直管道的激波串长度经验公式不能很好地适用于弯曲管道。

基于FLUENT的弯管内部流场的数值模拟

利用计算流体动力学软件FLUENT中的RNGk-ε湍流模型,对90°圆形弯管进行了三维数值模拟,通过对比不同初始速度条件下弯管的内部流场,找出了弯管的压力场和速度场的变化规律和影响因素,同时模拟出二次流现象,为今后弯管的深入研究提供了理论依据。

圆管弯道内部流动数值模拟及湍流模式比较研究

运用有限体积法数值离散雷诺平均的Navier-Stokes方程,对90°大曲率圆形截面弯管内的湍流流动进行了计算模拟(其中雷诺应力分别采用标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizablek-ε模型进行封闭),并将计算结果与实验资料进行了比较。结果表明,RNGk-ε湍流模型结合双层壁面区域处理方法能够较为准确地模拟大曲率管道中的流动现象。

90°方形弯管内部流场PIV试验

为了揭示不同进口流速情况下90°方形弯管内部流动特征,在构建90°方形弯管专用PIV试验台的基础之上,对弯管内不同断面以及不同半径上的流速分布情况进行了PIV测试试验。试验结果表明:采用PIV技术能较好地获得弯管内部流动情况;流体未进入弯曲段时,各断面流速分布变化不大;而进入弯曲段后,由于受到弯管壁的约束形成旋转流动,弯管内侧流速增大,外侧流速降低;当转过60°位置后,弯管内侧流速降低,外侧流速增加;到达90°位置后,各断面的流速基本趋于一致。不同半径处的流速分布不相同,弯管内侧流速较大,外侧较小,在50°、60°处流速达到最大值;弯管不同的进口流速对于速度峰值的位置有一定的影响,而对于弯管内其他的流动情况影响较小。

公路隧道通风弯道设计优化研究

在长大公路隧道通风系统中,经常涉及到设置导流叶片的弯曲风道。本文首先对隧道通风系统弯道局部效应进行了探讨,继而采用有限元数值模拟方法系统研究了角度分别为30°、60°、90°的弯曲风道及含同心圆型、翼形、107°薄圆形、95°薄圆形导流叶片直角弯曲风道的局部阻力损失系数,并将其计算结果与经验公式进行对比验证,在此基础上对公路隧道通风弯道设计参数进行了进一步优化研究。研究结果表明:(1)直弯风道内局部阻力损失系数与所设置的导流叶片类型及直弯参数(r/D)密切相关,不同类型导流叶片的设置只有对应特定的直弯参数(r/D)才能达到较好的导流效果;(2)采用角度为80°的弯曲风道取代设置导流叶片的直弯风道完全可行。

集输管道弯管内油水两相流压力变化数值模拟

油水两相混合流动是集输管路中经常遇到的现象,研究压力变化规律对集输管道的设计和运行有重要意义。采用VOF模型,在不同含水率和流动速度条件下对油田地面集输管道弯管处的油水两相流进行了数值模拟。对计算结果进行分析的结果可知,两相流的含水率和流动速度对弯管处的压降有很大影响;弯管内两相流的压降随含水率的增大而增大;在弯管内壁压力减小的同时速度增大,在外壁压力增大的同时速度减小;增大流速时,高含水率的油水两相流的压降先减小后增大。

后弯管式波力发电装置气室结构的试验研究

后弯管式波力发电装置作为一种漂浮式振荡水柱式装置,具有可靠性强、安装维护方便、工作地点灵活的特点。本文在前人研究基础上,以10kW级后弯管式漂浮型发电装置为研究对象,以装置的水动力学性能为主要研究内容,以气室内相对波高作为主要表征参数,通过断面水槽水工物理模型试验,考察了气室内水柱振荡幅度与入射波波高和入射波周期之间的关系,分析了气室完全开敞、输气管添加负载以及弯管横管长度对气室内水柱振荡的影响,为进一步的大功率装置设计与试验提供了理论依据。

面向工程数据集导管工艺性批量审查技术研究

在飞机MBD数模中导管数量大,人工进行导管工艺性审查工作繁琐、效率低且容易出错。针对面向工程数据集导管工艺性审查问题,利用计算机批量处理的优势,通过自动检索、自动识别和数据库技术建立导管工艺性批量审查平台。实现导管数模的弯曲半径与直线段距离合理性、导管规格是否存在等工艺性检查,从而判断导管设计是否合理,预先发现导管设计存在的问题,避免对后续生产造成麻烦,降低了生产成本,提高了生产效率。该导管工艺性批量审查平台系统可以提高工艺审查效率数十倍,同时保证导管工艺性审查的准确性。

U型管内部流场运动数值分析

空调制冷器U型管内部流动特性对空调制冷器对流换热的影响很大,利用FLUENT软件,选用RNG k-ε湍流模型对U型管内部流场进行数值分析,得出了在U型管弯管处的流体具有二次流以及外侧流速和压力大于内侧的流动特性,在弯曲段内、外侧边界层厚度出现差异,解释了空调制冷器中U型管内外侧换热的差异,对改善制冷器性能以及制冷器的设计具有一定的参考价值。

通风管道弯头内粒子沉积的模拟

采用数值方法对矩形弯头中的气溶胶粒子沉积规律进行了模拟,并分析了不同的弯头截面宽高比和弯曲比时粒子的相对沉积率,给出了输送过程中弯头内粒子的浓度场图谱.结果指出,粒子沉积率随弯曲比和粒子Stokes数的增加而上升,湍流扩散对小粒子沉积影响明显,但大粒子在弯头内的沉积主要受惯性作用控制.

接触压力分布对预应力弯曲孔道摩阻损失的影响

基于弹性接触分析,指出预应力筋与弯曲孔道的接触压力为非均匀分布.为探讨压力分布状况对摩阻力的影响,提出余弦、二次抛物线及椭圆等3种非均匀分布假设,分别推导了各自的接触压力表达式及摩阻力计算公式,并与均匀分布下摩阻力计算值进行了比较分析.结果表明,接触压力均匀分布假设并不会导致桥规预应力摩阻损失公式对摩阻损失的低估;当孔道转角较小时,该公式是适用的.

管道低点处杂质流动规律的研究

输油管线内常含有铁锈、油泥、细沙等固体杂质。在管线运行过程中,固体杂质易在管道低点处堆积,干扰油品流动、损伤设备、腐蚀管道,对管线的安全运行和油品质量产生不利影响,因此对管道低点处固体颗粒杂质运动规律的研究势在必行。在分析多相流模型的基础上,选用欧拉模型和Realizable k-ε模型建立数值模型,用CFD软件对管道低点处泥砂颗粒的运动规律进行研究。结果表明:颗粒推移速度与油流流速成正相关,与颗粒粒径成负相关;当油流流速较小时,颗粒易在弯管低点处沉积;一定范围内,管道上倾角越大,颗粒的推移速度越小。

大飞机钛合金薄壁管道零件冷成形关键技术研究

介绍了钛合金薄壁管道零件成形工艺方法和焊接技术。研究了钛合金薄壁管道零件渐进折弯成形技术,并进行数值模拟,结果表明成形后的零件与标准尺寸零件误差仅为1.8%。

某涡轮过渡流道弯掠支板反设计及性能分析

某型涡扇发动机涡轮过渡流道与整流支板一体化设计方案中,支板采用了弯掠组合构型方案。为深入理解支板设计机理及其对流道总体性能影响规律,开展了对该型支板反设计研究。以涡轮过渡流道支板的进、出口气动参数和相应的几何参数为输入条件,结合标准支板叶型,应用所开发的叶型造型软件对弯掠支板作了详细反设计及相应的造型计算,获得的支板造型结果与原始结果十分吻合;随后对带支板和下游低压涡轮导向器叶排的整个过渡流道性能进行全三维CFD数值分析。数值计算与对应实验结果一致性较好,一方面表明反设计方法是可行和可靠的;同时表明合理的支板弯掠构型与恰当的流道型面有机组合能明显提高涡轮过渡流道的性能。