段塞流对弯管瞬态冲击的三维CFD数值模拟研究

在核电站和火电站管路系统中,来自上游的高压蒸汽可使管道中的凝结水团(段塞)加速运动,并在弯管、三通、阀门等非连续部位产生剧烈的冲击力,从而对管道造成严重破坏,影响电站的安全运行。针对管道中段塞运动的高维动力学特性,文章运用CFD对单个段塞在含弯头空管中的运动与冲击过程进行了三维数值模拟研究,并将数值模拟结果与文献中的物理试验结果进行了比较。结果表明,CFD模拟的冲击压力时程曲线及压力峰值都与试验结果具有良好的一致性。同时,基于理论分析,提出并详细论述了冲击过程中压力随时间变化的三种趋势,并通过数值模拟验证了其正确性;通过分析段塞长度的时程变化,得到了段塞的质量脱落率曲线;基于数值模拟得到的段塞瞬时冲击速度,验证了简化的冲击压力理论计算方法,发现理论计算值与试验以及数值模拟结果基本吻合。这证明了CFD数值模拟的准确性以及冲击压力简化计算方法的合理性,二者在实际工程应用中具有指导意义。

超微燃气透平非接触式密封的三维CFD数值分析

提出将螺旋密封应用于超微燃气透平气体介质密封.采用三维CFD数值计算方法分析了微尺度下无密封齿、迷宫密封和螺旋密封的泄漏规律及流场规律.结果表明:微尺度下迷宫密封最优齿数的存在与进、出口压比和密封间隙有关,而齿形对密封性能的影响没有宏观尺度下明显.在小压比下,密封轴转速对螺旋密封性能的提高明显,其泄漏减少量最高可达19.3%,因此螺旋密封显然优于迷宫密封和无密封齿;在大压比下,螺旋密封与迷宫密封的效果相当,均优于无密封齿.当压比为2时,迷宫密封的泄漏率比无密封齿降低27.1%.

气泡雾化喷嘴气液两相流体混合流动的数值模拟

利用ANSYS建立了气泡雾化喷嘴的三维模型,应用CFD技术模拟分析了不同气液比和喷嘴结构参数等因素对气液混合流动的影响.结果表明:建立的模型可有效模拟气液混合流动过程;气液混合流动中存在一个最佳气液比使气液混合最好;混合室长度越长不利于气液混合;小孔数目越多,产生的气泡越多;小孔直径较小,混合较好;进气直径大,进液直径小,出口直径越小,越有利于气液混合.

大流量进水工况下主隧系统水气运动特性

为给深层隧道排水系统工程的主隧系统结构设计和工况控制提供依据,采用数值模拟与物理模型试验相结合的方法,建立与物理模型体型结构相同,包含两竖井和相连主隧段的主隧系统三维数值模型,利用该数值模型对两种大流量极端工况下的进水过程进行三维动态数值模拟。结果表明:主隧系统在大流量下的进水过程可归纳为水流从两端竖井进入主隧,水流碰撞形成液面波并在主隧内相互碰撞叠加,主隧下游、上游侧端口先后被封堵,以及进流停止这4个阶段;进水流量主要影响主隧系统端口封堵程度、滞气现象和进水各阶段进程时间,流量越大,主隧端口的水流封堵、滞气现象越严重,进水过程各阶段进程时间也大幅缩短。

基于BEM理论的兆瓦级风力机叶片设计及其气动性能

根据风力机设计标准,在考虑叶尖损失和升阻力等影响因素的条件下,采用BEM理论设计了2 MW桨距控制型风力机叶片。为验证所开发风力机叶片的气动性能,对风力机模型进行全三维CFD数值模拟。模拟结果表明,该叶片静压强、绕流特性、湍流强度等符合叶片气动特性规律,满足设计要求。叶片展向的升阻系数与二维升阻系数对比结果表明,全三维的数值模拟能更准确地反映叶片绕流的气动特性。

低压天然气喷射的船用二冲程低速双燃料发动机爆震研究

为了解决大缸径船用预混天然气双燃料发动机的爆震问题,并拓展天然气的稀燃边界,基于三维数值模拟的方法对大缸径船机进行了仿真模拟。分析了大缸径双燃料发动机爆震的特点,并对缸内涡流强度和废气再循环(EGR)率对爆震的影响进行了研究。研究结果表明:大缸径预混天然气发动机的爆震位置往往发生在气缸边缘,火焰面的传播过程是引起缸内爆震的主要因素。随着缸内涡流从无到有的增强,缸内的爆震强度随之增强;当涡流到达一定程度后,随着涡流的增强,缸内的爆震强度反而降低;缸内加入EGR可以提高天然气当量比的同时减少爆震的强度,可以拓展天然气的稀燃边界。

预燃室通道直径和形状对低速天然气双燃料发动机爆震的影响

基于三维数值仿真模拟研究了预燃室与主燃室之间通道直径及扩口型和缩口型等通道形状对发动机爆震的影响。研究结果表明:在爆震工况下,预燃室的通道直径越小则火焰射流冲击所引起的压力差越小,从而降低火焰面放热进一步产生的压力差增强效果,最终降低爆震强度。扩口型预燃室通道会减小初始压力差的强度,但是会产生火焰射流持续喷向主燃室的现象,该现象会持续增加压力差的强度,最终提高爆震强度。相反,缩口型预燃室通道可以减少这一现象的发生从而减轻爆震强度。