基于光纤法布里珀罗干涉仪的涡街流量计

为解决常规电学流量计抗电磁干扰能力差的缺点,基于卡门涡街以及光的干涉原理,针对暖通空调系统提出一种光纤法布里-珀罗型涡街流量计,该流量计利用绕流体产生周期性漩涡的特点,在流速与干涉仪输出光强之间建立联系,以光强的变化频率反映流速,实现流速传感。其中采用有限体积法对流量计进行数值模拟,合理选择出最佳检测点,并将得到的模拟数据与理论值进行分析比对,证明了该流量计设计的合理性和可行性。

两类不同结构高层建筑风振安全特性数值模拟

为揭示不同高层建筑在多种风场作业下的涡激振动规律,开展了圆柱形与矩形两类高层建筑的风振安全特性模拟。通过结合高层建筑的实际参数,运用数值模拟方法,获取涡激共振的锁定区间及旋涡脱落频率等参数的变化规律,拟合出不同结构建筑物的尾涡脱落频率随雷诺数变化的函数方程,进一步剖析影响高层建筑安全性的风险因素。研究结果表明:(1)高雷诺数下的风场模拟选择剪切应力运输(Shear Stress Transport,SST)k‑ω湍流模型可取得较为准确的结果;(2)涡激振动存在发展、共振、逃逸三个阶段;(3)经常处于中强风袭扰的环境下,矩形建筑较圆柱形建筑更为安全。

基于格子Boltzmann方法的固定方柱绕流研究

研究了格子Boltzmann方法的基本原理和边界条件处理方法,并利用该方法对不同雷诺数下固定单方柱绕流流场进行分析,探究了方柱产生卡门涡街的临界雷诺数和范围,验证了格子Boltzmann方法边界处理和数值模拟的正确性和便捷性.对雷诺数为200时并列双方柱不同分布间距的流场进行了模拟,结果表明,当柱间距为2倍方柱边长时,流体绕流方柱的涡流彼此影响最为明显.

某余热锅炉振动原因分析及处理措施

某余热锅炉运行过程中发生振动,根据振动现象对振动原因进行分析并提出处理措施。

植被群落对悬移质沉积的影响研究

目前针对水流中悬移质泥沙沉积量的观测方法相对较少,该文首先提出了一种采用可移动玻璃片收集沉积的悬移质,再配合烘干机、精密天平等仪器观测悬移质泥沙净沉积量的方法。然后将该方法用于观测植被群落对悬移质泥沙淤积量与淤积分布的影响。研究发现,在植被群落尾端会存在一个悬移质沉积区,紧接着会出现一个沉积量减小的区域,经分析认为该现象与植被群落后端的卡门涡街影响密不可分。该观测方法实现了对水槽内水沙循环过程中悬移质沉积量的有效且准确采集,并可为污染物落淤研究等方面的观测方法提供参考。

气泡发生器的改进设计及优化模拟研究

对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将会影响矿物分选的效果,所以气泡发生器的结构设计及优化显得尤其重要。通过对气泡发生器结构及原理的研究,文章运用射流卷吸空气、伴随紊动搅拌有利于提高流体气含率的特征,并结合卡门涡街湍流形式,改进并模拟优化了一种气泡发生器,即"卡门涡街型气泡发生器"。经过实验模拟,相较于原始气泡发生器,改进结构对于气泡发生器喉管段湍流强度的提高具有较为明显的效果。

卡门涡街效应与“不起眼的瓶子”

以流体力学卡门涡街原理为理论基础,对2020年度国际青年物理学家竞赛设计题“不起眼的瓶子”针对性地开展了相关力学设计分析。基于自主搭建的高速纹影测试系统并结合CFD高保真数值仿真计算方法解释了该实验现象背后隐藏的流体力学机理。研究结果表明:在不同工况条件下,高速纹影系统很好地捕捉了蜡烛附近流场变化特征,揭示了圆柱瓶子后方气流流动最大速度大于瓶子前方气流流动初始速度,气流流经瓶子进行绕流产生卡门涡街导致蜡烛熄灭;结合仿真计算结果揭示了该实验在不放置瓶子时气流可以吹灭蜡烛,相同条件下放置瓶子时依然可以吹灭蜡烛原因。

基于CFD动网格技术的三偏心蝶阀开启特性

为了分析三偏心蝶阀在开启过程中涡流与时间的关系,采用Fluent软件提供的计算方法,建立了基于三偏心蝶阀的二维物理模型,编写不同时刻的UDF函数,利用动网格技术及用户自定义函数对三偏心蝶阀开启过程出现的涡街现象进行数值模拟,得到了开启后不同时刻下的涡流速度和涡流长度.结果表明:在三偏心蝶阀刚开启的瞬间,蝶阀的下流产生喉口效应,流体介质小开度下由于流阻较大,导致蝶阀的振动强烈,随着开度的增大,流阻急剧减小,蝶阀的振动逐渐减弱,导致三偏心蝶板边缘前后均产生强烈的涡流,下端出现了较明显的涡街效应,随着开启行程的增加,涡流速度不断减小,而涡流长度先增加后缓慢减小,最终消失.通过有限元分析法对蝶阀的流场进行了数值模拟,找到了涡街现象的形成和脱落的时间.此模拟为三偏心蝶阀设计、试验和使用提供了一种思路.

基于卡门涡街的静电感应粉尘浓度检测装置的设计

针对现有的静电感应粉尘浓度测量装置对低浓度、小粒径的粉尘测量不精确的问题,依据卡门涡街的原理,提出在测量管道中安装一个三角柱,来提高粉尘粒子的运动速度和改变粒子的运动趋势,从而增大静电传感器的感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit2.4建立实验模型,通过Fluent6.3对优化的测量装置进行气固两相流仿真,得到管道内粉尘粒子的速度云图和压力云图。根据环形静电传感器的感应电荷计算式,计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:优化的装置感应电荷量提高约40%,有效提高粉尘在低浓度、小粒径情况下的测量精度。

输水渡槽水位异常波动原因分析与改善措施研究——以南水北调中线工程澧河渡槽为例

南水北调中线工程自2020年开始正式启动大流量输水,在此期间部分输水渡槽进出口流态紊乱,槽内水位异常波动,过流能力降低。以澧河渡槽为研究对象,通过高精度三维水动力学数值模型模拟复演了澧河渡槽现状流态异常现象,探究了渡槽水位异常波动的原因,即由于渡槽出口中墩体型宽平导致水流急剧绕流形成“卡门涡街”现象,墩尾水流出现周期性摆动,并引起两槽流量的周期性变化,反过来又加重了墩尾水流的摆动,两者相互激励形成共振,放大了渡槽水位的异常波动。结合工程实际提出了各种可行的流态优化工程措施,并通过数模分析对比,得出了最适合澧河渡槽的方案,即:在渡槽进、出中墩上下游修建三角形导流墩导流,从工程性价比、结构稳定性等方面综合考虑,推荐采用“进口长10 m+出口长30 m”的导流墩尺寸方案。相关经验可供类似调水工程渡槽流态改善借鉴。

基于流致振动考虑的蒸汽冷凝器的设计改进

通过HTRI Xist和Xvib模块对蒸汽冷凝器进行了振动分析,选择了典型的16根换热管进行了最大卡门漩涡振幅和间隙流速与临界流速比值的详细计算。根据计算结果对原设计方案进行了设计改进,新方案修改了折流板的结构从而改变了对换热管的支承,对设计改进之后的振动情况重新进行计算,对比了前后计算结果,说明设计改进之后满足了设备的振动要求。研究结果为热交换器的结构设计提供了借鉴。

焦化加热炉空气预热器振动及减振

焦化装置组合式空气预热器试运行时产生强烈振动,对组合式空气预热器产生振动的原因进行分析,卡门涡流是预热器产生振动的主要原因。提出合理的消振方案,通过改造,该预热器消除了振动,恢复了正常的运行。

扰流子式空气预热器振动原因分析及解决措施

扰流子式空气预热器试运行时产生强烈振动,文章对扰流子式空气预热器产生震动的原因进行了分析,指出卡门涡流是预热器产生振动的主要原因,因为当气流横向绕流管束时,卡门涡流的交替脱落会引起扰流子式空气预热器中气柱的振动。当漩涡的脱落频率与管箱的声学驻波振动频率接近或一致时,会诱发强烈的管箱声学驻波振动,造成扰流子式空气预热器管箱的共振。卡门涡流所引发的共振,是预热器产生强振的主要原因,要避免预热器产生共振,必须改变传热管的卡门涡流频率,使之与气室固有频率不会重合。

龚嘴电站7号机组高负荷异常噪音分析及处理

龚嘴电站7号机组增容改造运行几年后,高负荷区域运行时,水车室监测到明显的异常噪音,且幅值较大,影响机组的安全运行。通过对水轮发电机组的稳定性测试,分析噪音和振动的幅值与频率特性,认为异常噪音由卡门涡引起,发生部位为+Y方向的固定导叶出口边。停机检修发现,+Y方向18号固定导叶有多条贯穿性裂纹,经修复前后的固有频率测试,发现修复前后固有频率差异较大,而修复后异常噪音消失,验证了该固定导叶出口边的卡门涡是引起异常噪音这一结论。

催化裂化装置余热锅炉振动原因分析及解决措施

新建2.6Mt/a催化裂化装置开工后,余热锅炉本体出现较大的振动,炉膛内伴有湍流的声音,影响了装置的安全长周期运行。通过对出现问题的分析,制定了有针对性的整改措施并利用检修机会进行了实施,彻底消除了炉体振动现象。

人造板生产供热系统管式空气预热器噪声原因分析及解决方法

在人造板生产的供热系统中,卡门涡流是管式空气预热器产生振动和噪声的主要原因,论述采取减小管箱宽度的措施,提高气室固有频率,使其远离卡门涡流频率,以消除振动和噪声。

余热锅炉水平烟道振动问题分析

针对某工业硅余热锅炉运行过程中产生的水平烟道振动问题,通过大量实际运行工况调研,结合卡门涡流频率与气室固有频率耦合从而产生声学共振的理论分析,确定了合理加装垂直防振隔板,将水平烟道分隔成两个空腔,提高起振风量,避免声学共振的解决方案,最终解决了水平烟道振动问题。

锅炉脱硫系统尾部烟道中内撑杆的振动探讨

河北定洲发电厂一期2×600MW火电机组脱硫工程的锅炉尾部烟道的设计中,目前国内的设计方法是:烟道设置外加固肋,内部不设置内撑杆。因此,只能加大外加固肋的尺寸。为减小外加固肋的尺寸,大断面烟道内应采用最少数量的内撑杆。由于内撑杆柱面绕流交替改变方向产生的横推力,使内撑杆在与流向垂直的方向上形成激励,使内撑杆振动。应采取防止内撑杆振动的措施,如选取合适规格的内撑杆;在内撑杆上加装鳍片;改变内撑杆的自振频率;选取合适的烟气流速等。

矿用静电感应式粉尘浓度传感器的优化研究

针对目前静电感应式粉尘浓度传感器在低浓度时测量不精确的问题,利用卡门涡街与文丘里效应相结合的方法改进传感器的测量管道,提出在文丘里管道的喉道段加入一个三角柱,在两种流体力学效应的相互作用下,增加粉尘颗粒运动速度和改变运动轨迹,进而提高感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit 2.4中建立改进的试验模型,Fluent 6.3中设置气固两相流的试验参数进行仿真试验,得到粉尘颗粒的速度分布云图和运动轨迹图,利用环形静电传感器的感应电荷计算式,在MATLAB中计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:对比项目组研究的文丘里管道,改进的管道结构使感应电荷量整体提高约20%,粒径10μm以下提高约30%,从而提高了低浓度条件下粉尘浓度的测量精度。