喷油润滑球轴承流动特性的数值研究

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影实测流场.结果表明:滑移网格下的轴承内部油液体积分数大于用MRF方法的计算结果,且当转速逐渐增大时,轴承内部油液体积分数均逐渐减小,且在离心力作用下,润滑油更多地分布在轴承外圈滚道.滑移网格下的轴承内部流场油液分布更接近实测流场.仿真计算的搅油力矩随转速增大而增大,MRF方法下搅油力矩大于滑移网格下的搅油力矩,平均误差约为12.3%.两种方法对搅油力矩的计算均具有较好的一致性,但MRF时间成本更低.

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

基于计算流体力学方法,对多重参考系模型及滑移网格模型在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上2种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察2种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对2种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明:滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的扭矩系数的模拟结果误差更小,推力系数方面,2种模型的模拟结果相差不大;对于进速系数较大时,2种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况;进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好地在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。

涡桨发动机舱引射通风冷却数值研究

以涡轮螺旋桨飞机的排气系统/短舱为研究对象,构建了机翼/机身/螺旋桨一体的发动机短舱仿真物理模型,采用多参考坐标系(MRF)法对螺旋桨滑流进行了模拟,并探究了不同排气管长度下发动机舱内的流动和换热情况。结果表明:在研究参数范围内,随排气管混合管段长度增加,在无滑流状态下,排气管中间环缝的引射流量上升18.3%,排气管末端环缝引射流量上升0.27 kg/s;在有滑流状态下,中间环缝引射流量保持在0.174 kg/s左右基本不变,末端环缝引射流量相对增加了35.8%,混合管段长度变化对末端环缝引射影响较大。排气管外管温度分布具有不对称性,滑流引入后,表面平均温度下降15 K,降幅4%;混合管段壁面温度受引射出口回流区和高温排气影响略有升高。

基于MRF模型的大型山地风电场尾流模拟研究

基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,建立了用多重参考坐标系模型(Multiple Reference Frame, MRF)处理大型风电场中风电机组运行对风场中气候参数影响的数值计算方法。通过对布置不同台数2MW风力机组的山地风电场进行数值计算和分析研究,获得风电场运行时下游各位置的风速、风压及温度等风场特性,研究了风力机数量与气候参数间的关系。研究结果表明:风电场下游风速及风压的分布更多受山地地形的影响,不同数量风力机运行会对其分布产生局部影响;温度大小几乎不受风力机数量的影响,但近地温度分布将随风力机的运行数量发生改变。该计算方法可用于复杂地形风电场风力机组设置及局部地形改造,以改善风力机气动性能及下游气候参数,具有广阔的应用前景。

基于多参考系(MRF)的离心式鼓风机模拟研究

离心式鼓风机内气体流动特性以及压降等会影响其性能。本文采用CFD数值模拟方法结合多参考系(MRF)方法,分析离心式鼓风机静压和气体速度矢量变化。研究结果发现,该离心式鼓风机没有明显的回流发生,气流对机体的冲击作用也较小。然而,在蜗舌附近存在一定的回流和冲击,这可能是蜗壳和叶轮间的间隙较大造成。

养殖鱼对养殖池内水动力影响的数值模拟

为研究养殖鱼对养殖池流场特性的影响,基于计算流体动力学(CFD)技术建立方形圆弧角单管养殖池及养殖鱼模型,采用多重参考系法(multiple reference frame,MRF)模拟鱼类在固定轨迹下的运动,并分析养殖池内养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布变化对养殖池流场特性的影响。结果表明:在养殖鱼个体体积和空间分布条件一定时,放养密度越大,养殖池内水体平均流速下降越大;在养殖池内养殖鱼放养密度一定时,鱼数量越多(个体体积小)时,鱼类的逆流游动产生的阻流作用越大,养殖池内平均流速下降就越明显;在养殖鱼放养密度、个体体积大小一定的条件下,养殖鱼在养殖池水体中层分布时,养殖池内水体的整体平均流速下降幅度和湍流强度增加幅度最大,养殖鱼在养殖池下层时,对平均流速和湍流强度的影响最小。研究表明,在循环水养殖过程中,应根据养殖池中养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布条件的变化,适时调整养殖池的进水速度,以维持养殖池内适于养殖鱼生存和生长的流场条件。

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame,MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral,PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。

某轴流风机噪声特性与降噪研究

为实现某款车载方舱轴流风机的降噪,进行了轴流风机噪声特性研究。基于RNG k-ε模型、大涡模拟模型和FW-H噪声模型,运用滑移网格法和多重参考系法(Multiple reference frame,MRF),从稳态和瞬态两个维度对风机的偶极子噪声进行了数值模拟。结果显示:风机的噪声声压级为45.6 dB;在安装风机罩后,数值增大到59.2 dB。采用调整风机罩安装距离和出风口形状进行了降噪研究,研究表明:风机罩安装距离增加到25 mm时,噪声从59.2 dB降低到了51 dB;风机罩出风口改为扇形结构后,噪声从59.2 dB降低到了53.8 dB,降低了9.1%,降噪效果明显。

环肋导管桨推进性能分析

针对常规螺旋桨或导管螺旋桨旋转时水流漩涡运动引起的船舶推进系统能量损失,本文提出一种环肋状结构的33+Kd5-100导管螺旋桨形式用以回收利用该部分能量。基于计算流体力学理论,对导管螺旋桨内壁后半段构造横剖面为三角形的螺旋状环肋结构采用多分区混合型网格划分方法和移动参考坐标系方法,并对其水动力性能与节能效果进行计算评估。结果表明:环肋导管桨的推力系数和扭矩系数相较于常规导管桨能够获得明显提升;在高进速系数推进时,环肋导管桨在推力系数扭矩系数和效率上均有不同幅度的提高;在低进速系数时其推进性能不如常规导管桨。

船舶螺旋桨水动力性能数值分析

为获取船舶螺旋桨的水动力性能,采用多参考系模型(Multi-moving Reference Frame,MRF)法,运用重正化群(Renormalization Group,RNG)k-ε湍流模型计算定常条件下的螺旋桨水动力性能,研究不同进速比与不同盘面比条件下的螺旋桨水动力性能,分析不同进速条件下的螺旋桨推力与扭矩等水动力参数变化特性。结果表明:随着进速比的增大,螺旋桨的推力与扭矩呈现下降趋势;在盘面比由0.45增大至0.55时,螺旋桨的推力与扭矩随着盘面比的增大而增大,但在盘面比由0.55增大至0.60时,螺旋桨的推力与扭矩减小。因此,在设计螺旋桨的过程中,需要考虑盘面比对螺旋桨水动力性能的影响。

基于CFD的离心泵内部三维流动数值模拟和性能预测

基于N-S时均方程,利用标准k-ε湍流模型,采用FLUENT软件中的多重参考坐标系(MRF)和SIMPLE算法,对40BZ6型离心水泵叶轮和涡壳流动区域进行了全三维粘性流动数值模拟,模拟分析了离心泵内流动速度和压力的分布规律。将模拟得到的离心泵扬程、轴功率及效率与流量关系与实验数据进行对比,预测性能与实验性能吻合,为泵的优化设计提供理论基础。

一种推进式螺旋桨无人机滑流效应影响研究

针对推进式高空长航时螺旋桨无人机布局,应用基于多参考系模型的数值模拟方法开展无人机滑流效应气动影响的三维数值模拟研究。研究结果表明多参考系模型的流动现象能够符合真实螺旋桨的前后流动特征,并且可以较好地模拟螺旋桨滑流对飞机气动性能的干扰。起飞状态螺旋桨滑流效应对全机气动特性影响最强,爬升状态影响减弱,巡航状态影响最小。滑流效应影响随着推力增加而增大,相同推力不同桨距条件下滑流效应影响基本相同。起飞状态无人机尾部受到螺旋桨大推力滑流效应影响压差阻力急剧增加,导致全机气动性能下降。

双桨双舵舰船旋臂试验粘性流场数值模拟方法研究

文章基于RANS方程,对计及自由面影响的双桨转动情况下的舰船旋臂试验(RAT)粘性流场数值模拟方法进行了研究。在旋臂试验的数值模拟中,根据旋臂试验的特点,采用分区混合网格,结合MRF方法和滑移网格方法,解决船体圆运动及螺旋桨定轴旋转运动的叠合难题。文中以ITTC推荐的MARIN model no.7967船模为对象,对其在四组转动半径下的旋臂试验进行了数值计算,并将结果与权威水池试验结果进行了对比,吻合良好。文中提出的方法可获得全附体船模旋转流场水动力性能参数,可以较真实地模拟其流场特性,获取包括船—舵—桨干扰在内的流场信息。该文的工作是可行的、有效的,可为深入研究舰船自由旋回试验及非定常操纵运动的数值模拟提供基础。

旋转机翼悬停气动特性研究

鸭式旋转机翼(CRW)是一种先进的高速直升机方案,旋翼同时也是机翼,是其最关键气动部件之一。采用结构分区拼接网格技术进行空间离散,分区建立参考系,通过求解多重参考系下的N-S方程来计算旋翼流场,首先以传统的Caradonna-Tung实验旋翼的亚、跨声速悬停流场分析为例验证该方法的可靠性,进而采用该方法对旋转机翼悬停流场进行了数值计算,旋翼拉力计算值和地面实验值吻合较好,结果分析表明旋转机翼的悬停流场有着不同于传统旋翼的流场特性。

多参考坐标系法和滑移网格法在汽车前端进气数值模拟中的比较

为比较多参考坐标系(Multiple Reference Frame,MRF)法和滑移网格法在汽车工程应用中的差异,基于FLUENT软件,分别用这两种方法对汽车风扇旋转流动区域进行数值模拟,得到汽车前端发动机冷却系统流场的计算结果;比较两种计算结果中前端冷却气流的流量、压力分布以及风扇局部流场的分布.最后以滑移网格法的计算结果为基准,给出通常使用的MRF定常处理旋转区域方法在工程应用中的评价.

基于正交设计的泵轮叶栅关键参数对液力变矩器的性能影响优化分析

为研究液力变矩器结构对其工作性能的影响,应用正交表安排泵轮叶栅进、出口角参数进行试验设计,借助多重参考系(multiple reference frame,MRF)技术对液力变矩器内流场进行仿真,选择失速变矩比和最高传动效率作为评价指标,分析结构参数对性能的影响。对仿真结果的极差和方差分析表明:增大叶栅进口角或减小叶栅出口角,可降低失速变矩比,同时,最高传动效率也得到改善;叶栅出口角对失速变矩比和最高传动效率都有非常显著的影响,叶栅进口角对失速变矩比显著性影响较小。此外,对结果的回归分析确定了叶栅关键参数对液力变矩器性能影响程度的定量关系,并由此建立了高拟合度的二次回归方程,为液力变矩器的参数设计与分析提供参考依据。

旋流自吸泵内部流场的数值模拟

采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,应用三维非结构四面体网格建模,选用旋转流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF),对设计工况下旋流自吸泵叶轮和蜗壳耦合的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到了其内部流场的压力分布和速度分布情况.对叶轮内部的相对速度流场和压力场进行了细致的分析,证实了叶轮和蜗壳由于相对位置不同,相互作用而引起的叶轮内部流场具有一定的非对称性.对蜗壳速度流场进行了分析,得到了蜗壳内靠近叶轮出口处的速度值较大的结论,并指出,由于蜗壳结构复杂而导致的内部流动紊乱,会造成一定的损失.另外,还对导壁附近区域和分离室内流场进行了深入研究,揭示了导壁附近区域和分离室内存在旋涡这一现象,并对旋涡形成的原因进行了分析和探讨.

泡沫铝发泡过程三维数值模拟

应用计算流体力学方法模拟分析搅拌轴斜置情况下泡沫铝吹气发泡过程.在双流体模型基础上引入多重参考系法描述搅拌三维气液两相流场,考查了桨叶转速、气体流率及初始泡径对流场特性和气泡分布的影响.结果表明气体在叶片区有聚集,并且吸力面高于压力面,液面附近气泡在一定范围内分布较均匀.含气率随叶片转速和气体流率增大而增大,随气泡直径减小而增大.

导管桨水动力特性的数值研究

为了研究导管桨的推力、转矩和效率等关键水动力参数与进速系数之间的关系,本文采用计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD)分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。在建立导管桨的计算模型时,采用了全结构化网格技术,螺旋桨和导管之间的相对运动通过运动参考系(moving reference frame,MRF)方法实现。本文以JD7704+Ka4-55导管桨为例,分析其定常水动力性能,用试验结果对数值计算结果进行了初步验证,进而研究了不同导管长度和叶稍间距时导管桨的水动力特性,并探讨了斜流对导管桨推力、转矩和效率的影响。结果表明:导管桨在低进速下由导管所产生的推力会有较大提升,导管的存在能够显著减小斜流中螺旋桨推力和转矩的脉动。

熔体吹气发泡法制备泡沫铝的准三维数值模拟

为了分析气泡与铝熔体间的相互作用及汽液两相流动特性,提出准三维模型,即用多重参考系法模拟横向桨叶平面,用边界条件模型模拟纵向平面的搅拌过程,并将两种方法进行耦合;应用双流体模型模拟气液两相流场,标准k-ε湍流模型模拟液相流场的湍流效应。计算结果表明,最大周向速度在桨叶端部附近,桨叶上下方,各形成一个回流区,气体射流作用下,流场内旋涡较强;平均含气率随着气体流率及桨叶转速的增大而增大。