海上油田井下放气阀冲蚀机理

针对南海西部高温高压井中砂砾对放气阀内部冲蚀导致的失效问题,利用Fluent软件对放气阀内部流场进行了仿真分析。结果表明:放气阀内部的密封头端部、外侧以及下接头端部存在严重的冲蚀磨损,且如其他条件控制不变,密封间隙的减小与上返排量的增大均会导致冲蚀速率的增大;随着含砂量的增大,砂粒撞击工具内部的概率上升,导致冲蚀加剧。建议放气阀材料选用防腐蚀材料以避免产生密封间隙,同时增加放气阀开启的频率以及加强防砂措施的实施。

附壁旋流风幕集尘系统数值模拟与试验研究

大型设备工作时产生的粉尘浓度过高、粉尘扩散等问题,会影响工作人员的身体健康,甚至可能造成“粉尘爆炸”等安全问题。基于此现状提出了一种新型风幕集尘系统并介绍了其构造及应用。为了使系统的集尘效果更好,采用计算流体力学FLUENT软件进行数值模拟分析并对风幕集尘系统的工作参数进行了试验研究,得到最佳的设备工作参数及风幕的集尘效率。结果表明:(1)附壁旋流集尘风幕系统可形成稳定的螺旋风流场,大部分粉尘可以控制在风幕内侧,达到良好的集尘效果;(2)附壁旋流风幕集尘系统的射流腔条缝口的喷射角度对风幕形成效果影响最明显,风幕闭合性会随着射流腔工作角度变化而变化;(3)当射流腔条缝口角度为45°、风幕入口速度为15~25 m/s时,风幕的闭合性最好;(4)风幕的入口速度过大或过小都会使风幕的集尘效果下降;(5)吸尘盘的负压区域与风幕交界处会产生微弱湍流,但对风幕整体闭合性影响较小;(6)模拟与试验结果吻合,验证了新型附壁旋流集尘风幕技术的有效性。

基于Fluent案例的工程流体力学课程教学研究

工程流体力学是大多数高等学校工程类专业必修的学科基础课程,典型特点是抽象、逻辑性强。为使学生深刻理解工程流体力学关键问题,该文基于Fluent软件在理论教学中同步阐述弯管、缩放型圆管、斜三通管路流体力学问题数值模拟,在课堂教学过程中穿插数值计算结果,并让学生理解流动问题发生本质,从而激发学生学习兴趣,提高教学效果,培养学生分析问题的实践能力。

旋风分离器内置导流叶片结构参数优化研究

为研究旋风分离器内置导流叶片各个结构参数之间的相互作用,基于CFD数值模拟方法和BBD试验设计,采用二阶多项式基函数建立了Stairmand旋风分离器的叶片轴向位置、叶片长度及叶片偏转角度与分离效率及压降间的数学模型。拟合结果表明:响应目标的决定系数均在0.99以上,表明相关性和回归模型效果较好。使用Design Expert软件处理数据后选择了最佳推荐点,对分离器结构进行了优化。优化后的模型与原结构对比结果如下:优化模型的压降略有上升;颗粒直径在1~20μm范围内时,优化前后分离器的分离效率变化明显,尤其在1~15μm范围内时,优化前分离效率为6.8%~31.0%,优化后则达到了17.0%~54.0%,提升约20个百分点;而当粒径在15~40μm区间时,优化前后的分离效率变化不明显,尤其是在粒径20~40μm时,优化前的分离效率为71.0%~98.0%,而优化后的分离效率只有77%~99%,提升约10个百分点;优化后的模型性能符合“高效低阻”的设计目标。所得结论可为旋风分离器内置叶片的改进提供设计指导。

仿真与实验协同视角下多相流分离教学实验设计

多相流分离技术广泛应用于石油化工领域,而实验研究和仿真计算是其主要的研究方法。本文在仿真与实验协同视角下设计了多相流分离教学实验,首先采用FLUENT软件对旋流分离器进行建模计算,得到了旋流器内流场分布以及不同操作参数对其分离效率的影响规律;然后采用实验方法对旋流器的工作过程进行了还原,将实验数据与仿真结果进行了对比分析,验证了计算模型的准确性。通过将仿真过程与实验流程相结合,直观展示了多相流分离装置的分离过程,有助于学生更深入了解分离机理,并提升教学实验的探索性和创新性。

用于在线密度计检定的恒温箱性能测试方法

在线振动管液体密度计检定规程指出在线密度计在检定过程中其内部的液体温度稳定性需达到±0.05℃。因此一般选择将在线密度计安装在恒温箱内,恒温箱为在线密度计提供特定温度点下具有一定控温精度和温度均匀性的实验环境。为满足在线振动管液体密度计检定规程对温度稳定性的要求,恒温箱性能最低需达到温度偏差,温度均匀度在2℃内,温度波动度在0.5℃内。该文依据《环境试验设备检验方法第2部分:温度试验设备》开展试验,同时也基于Fluent对恒温箱的温度场进行仿真,验证了恒温箱的温度偏差、温度均匀度、温度波动度均符合指标要求。

基于BOPPPS的混合式电子实验教学实践

为推进“教育+互联网”,国内高校广泛开展了在线课堂教学的新模式。将BOPPPS教学理念引入实验课程的在线教学中,以交流信号幅度判别电路的Multisim设计为例,对传统的电工电子实验课程进行重新设计和调整,以钉钉直播及雨课堂为教学工具,成功实现了该课程的线上混合式教学。实践表明,这种线上实验教学模式具有很好的教学效果,有助于提高学生的自主学习能力和实验操作的顺利进行。

基于基元反应的气液两相协同抑爆阻燃效果分析

为提高惰性气体-细水雾的协同抑爆阻燃效率,基于光谱试验,采用理论分析和Fluent、CHEMKIN-PRO等数值模拟方法,研究N_(2)-细水雾在不同喷射位置、不同喷射压力下,基元反应和典型自由基(H·和·OH)摩尔分数在抑爆阻燃过程中的变化。研究结果表明:交错喷射N_(2)和细水雾比对流喷射和平行喷射具有更好的协同抑爆阻燃效果;在模拟管道条件下,N_(2)和细水雾喷射压力分别达到4.5、2 MPa时才具备良好的抑爆阻燃效果,此时H·和·OH的摩尔分数最大值分别为0.0064和0.0069。根据尺度效应,喷射压力应用于实际甲烷爆炸火灾发生区域,H·和·OH摩尔分数可作为消防行业现行火灾自动灭火系统运作过程中的监测参数,以其数量变化作为灭火进程的参考。

受限空间锂离子电池热失控热传递仿真研究

为探究锂离子电池在航空运输等受限空间条件下的热失控热传递来源及占比,以正极材料钴酸锂(LCO)的18650型锂离子电池(100%荷电状态)为研究对象。通过ANSYS Fluent软件建立锂离子电池热失控热传递模型,将第1节电池及其热失控产生的热解气体作为热源,通过辐射传热和对流换热对第2节电池进行加热至热失控。研究结果表明:第2节电池达到热失控温度时,电池内部副反应产热占总能量的30.01%;第1节电池热失控产生的气体燃烧为第2节电池热失控提供能量,且占总能量的5.64%;第2节电池达到最高温度时,电池内部产热占比87.39%,气体燃烧提供的能量占比为1.76%;热解气体的燃烧虽然加速第2节电池的热失控进程,但提供的能量所占比例较小。

制造氢气瓶内胆的电加热滚塑工艺参数的优化研究

在static bed模型的基础上为在PID控制模式下制造氢气瓶内胆的电加热滚塑工艺建立了一个传热模型,并通过FLUENT软件来仿真计算模具表面温度和模内温度以及加热时间和加热电能。这些仿真值与实测值都吻合得较好,从而验证了本文传热模型的准确性。然后应用该传热模型计算了在16种情形下停止加热时的模内温度以及加热时间和加热电能,并通过灰色关联度方法分析了PID模式的触发温度和初始加热功率的百分比对加热时间和加热电能的影响程度。结果表明,停止加热时的模内温度随初始加热功率的百分比变化较小,但随PID模式触发温度的升高而降低。加热时间和加热电能都是随着PID模式的触发温度的升高而减少。最优化的工艺参数是PID模式的触发温度取250℃且初始加热功率的百分比取90%。另外,PID模式的触发温度对加热时间和加热电能的影响程度都要大于初始加热功率的百分比对它们的影响程度。

不规则环形交叉口交通流特性研究

为分析环形交叉口通行拥堵问题,以大连市数码广场不规则环形交叉口为例,通过实测数据分析入口交通流的到达时空及速度分布特性,通过Fluent流体对交叉口交通拥堵情况进行模拟分析,并得到环形交叉口拥堵部位及缓解方案。研究结果表明:交叉口入口车流量与时间关系不大,与交叉口地理位置有关,其中早高峰小时入口到达和驶离车流量服从负二项分布,早高峰入口车速服从威布尔分布;环形交叉口拥堵情况多出现在交叉口出入口处,且短交织区拥堵现象较长交织区更严重。当内径由50 m增大至65 m时,交织角角度减小8°,环内压力减小25.6%,同时最小速度增大464%;当内径由65 m增大至80 m时,交织角角度减小4°,环内压力减小20.2%,同时最小速度增大62%。

基于数值模拟的近海广阔区域办公区风环境研究与改善

近海广阔区域由于缺乏地形遮挡,海洋气流对建筑区域影响显著,导致风速较大,进而引起人员不适,当强/台风来临时还可能会引起人员伤亡。以暖温带东亚季风区大陆性气候、近海广阔区域——胶东半岛的一办公区为例,利用CFD(计算流体力学)软件对办公区的风环境进行研究,以目标区域空旷平坦地面10年一遇10 m高度处10 min平均的风速观测数据为依据,风向以目标区域冬季季风主导方向为主,获得建筑区域的风速云图,确定不利风速区域。进一步,采用10年一遇10 m高度处3 s阵风风速进行极端风速下的研究,结合地形环境,提出风场环境改善方案,定量与定性地分析改善后的风场环境。研究结果可为近海广阔区域风环境的研究与改善提供依据。

雾炮风机的气动性能分析与结构改进

为提高ZWP-80型雾炮风机的降尘性能,解决有效射程短、覆盖面积小和降尘效果差等问题,使用ANSYS中的Fluent模块对雾炮工作过程进行仿真,得到了雾炮内部和外部流场的流动状态以及相应的数据。基于仿真结果,对雾炮风机的风筒出口直径和风筒长度进行优化改进和参数匹配。利用单因素实验和正交实验确定ZWP-80型雾炮最佳的结构参数优化方案和最佳设计方案,提高其降尘性能。

扭王字块体斜坡堤单波越浪量的数值研究

国内现行规范中未提供有胸墙斜坡堤最大单波越浪量的计算方法。基于FLUENT软件,运用多孔介质区模拟斜坡堤上的扭王字块。借助惯性阻力系数C、等效波陡、相对块体尺寸、相对坡肩宽度、相对胸墙高度、相对水深、相对堤顶超高等影响因素,开展扭王字块体斜坡堤单波越浪量的数值试验。给出不同坡度下单位堤宽的最大单波越浪量的系数C计算关系式。验证结果表明,该公式具有较好的精确性,这使得扭王字块护面斜坡堤单波越浪量的数值模拟可以独立于物理模型试验进行,从而丰富了规范内容,为扭王字块体斜坡防波堤工程设计提供了参考。

Multisim 14.0在电子设计课程中的应用研究——以数字时钟电路为例

为提高电子设计课程的教学效果,帮助学生依照电路原理进行虚拟实验,以数字时钟设计教学为例,研究在电子设计课程中应用Multisim14.0进行电路设计、仿真、修改、元器件封装及PCB制作。实践结果表明,在电子设计课程中应用Multisim 14.0可以夯实学生的理论知识,提高学生的实践能力,提升电子设计课程的教学效果。

水泵出口蝶阀流场数值模拟及水力参数计算分析

基于Fluent软件采用RNGκ-ε湍流模型对DN600中心蝶阀进行数值分析,分别模拟不同开度、不同流速下管道内压力、速度变化分布,计算得出水头损失、阻力系数、汽蚀系数等关键水力参数与入口流速、阀门开度之间的关系曲线,分析其分布规律。结果表明,泵站稳定运行时蝶阀开度应大于40°,泵站发生事故停泵时蝶阀快关角度应在55.6%以上,该结果可为泵站水力过渡过程分析提供技术支撑。

双层定型相变墙体在合肥地区传热特性的数值模拟

为探究双层相变墙体所使用的相变材料在不同季节下的相变表现,以合肥地区夏、冬两季室外温度数据为背景,基于Fluent焓-孔隙率法,对普通墙体和双层相变墙体的传热过程进行仿真计算。结果表明,在夏季工况下,外相变板的相变温度为36℃的相变墙体综合表现更好,墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了20.53%,平均延迟时间约为普通墙体的1.8倍。在冬季工况下,内相变板的相变温度为14℃的相变墙体内表面温度波幅较平缓,墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了16.25%,它的衰减倍数约为普通墙体的1.2倍。在合肥地区,使用相变温度为36℃的外相变层和相变温度为14℃的内相变层的墙体在制冷、采暖期单位面积可降低热/冷负荷分别为1.86 W、3.75 W,该种墙体具有很好的节能效果和经济效益。

基于多孔介质理论的35kV油浸式变压器热点简化计算

低电压等级的油浸式变压器绕组往往由漆包圆线绕制而成,其温升及热点的准确计算需要考虑漆包圆线间的缝隙对油流及温升的影响,而精细建模时建模工作量和数值计算量都非常大。针对这一问题,提出将多孔介质理论应用于油浸式变压器简化建模的思路。首先验证了多孔介质理论应用于油浸式变压器热点计算的有效性。其次,基于多孔介质理论建立35 kV油浸式变压器绕组的简化模型,采用Fluent软件计算出其温升热点分布。最后将变压器的多孔介质理论简化模型所得的仿真结果与光纤测量结果进行对比。结果表明仿真与实验的热点温度误差在4℃以内,热点位置与实验结果保持一致,验证了多孔介质理论简化模型计算方法的准确性。多孔介质理论的应用为大规模变压器3维流-热耦合提供了新的计算思路,有助于工程实际中变压器热点温度的简化计算。

基于Fluent的重载植保无人机雾滴沉积特性的研究

以有效载荷为135kg的FBH-300T纵列式重载油动双旋翼无人机为研究对象,测量了飞机旋翼风场和喷头数据,并使用Fluent建立喷头在外流场中的仿真模型。采用计算流体力学(Computer Fluid Dynamic,CFD)的方法,对FBH-300T无人机飞行速度、侧风和载荷对飞机施药过程中雾滴沉积的影响进行了仿真计算和试验验证。结果表明:植保无人机的飞行速度、侧风和载荷都会影响雾滴的沉积分布,雾滴沉积受侧风的影响最大,其次为飞行速度,受载荷的影响最小;在0~2m/s的侧风和0~5m/s的飞行速度范围内,雾滴的穿透性和漂移变化不大;飞机从满载到空载的施药过程中,雾滴沉积特性基本不发生变化,符合田间试验结果。由此证明:使用Flu-ent开展植保无人机雾滴沉积特性的相关研究是可行的,能够为植保无人机雾滴漂移、运动及沉积研究提供参考。

气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究

对于气缸的高精度伺服控制而言,从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中,气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触,致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮活塞的径向承载性能,期望在实现更大承载力的前提下尽量减少耗气量,采用有限元仿真与试验相结合的方法,开展了气浮活塞径向承载力的研究工作。首先,采用Fluent软件仿真分析了供气压力、偏心率和节流孔直径等参数对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响;然后,在综合考量后,优选出了气浮活塞的节流孔径,并以此加工出了气浮活塞样机;最后,为了测试实际情况下不同供气压力和偏心状态下的气浮活塞的径向承载能力,设计并搭建了一套以气浮无摩擦气缸作为加载装置的高精度径向承载力检测装置。研究结果表明:从定性的角度上看,仿真和试验结果趋势一致;从定量的角度上看,试验结果与仿真结果的吻合度在90%以上。该研究可为采用Fluent软件仿真研究气浮活塞径向承载力的准确性提供依据,为后续仿真模型的修正提供一定的指导。