折流式旋转床气液比表面积的实验研究及CFD模拟

气液比表面积对折流式旋转床(RZB)的传质起到关键的作用。本文采用NaOH溶液化学吸收混合气体中CO_2的方法对折流式旋转床的气液比表面积进行了研究,通过计算流体力学(CFD)技术来模拟转子内液体的流动行为。分析转子转速、气体流量和液体流量对气液比表面积的影响。结果表明:折流式旋转床的比表面积在100~350m^2/m^3范围内,折流式旋转床的气液比表面积随液量的增大而增大,随气量的增大明显增大,随转速的增加先缓慢增大后迅速增大。CFD模拟表明,随液量的增加,动静圈之间的液滴数量明显增多,并且静圈上更多的表面被液膜覆盖;随气量的增大,更多的液体被碎成细小的液体,液滴的数量成倍增加;随转速的增大,动圈施加给液体的剪切力和离心力增大,液体被更好地分散,并且离开动圈的液滴尺寸变得更小。RZB与其他类型填充旋转床(RPB)的气液比表面积进行对比,发现RZB的比表面积低于分段进液式RPB、常规不锈钢金属网RPB、镍泡沫填料RPB、新型多个叶片转子RPB,接近于板式填料和挡板PRB。

新型错流旋转填料床气相流场的三维CFD模拟

目前鲜有关于错流旋转填料床结构改进研究方面的报道。以自主研发的错流旋转填料床为计算模型,建立了三维物理模型,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,填料层用多孔介质模型,运用CFD方法对其内部气相流场进行了模拟,研究了转速和气量对速度场和干床压降的影响规律,并通过实验进行了验证。由结果可知:干床压降几乎不受转速的影响,模拟值与实验值相对误差在11.2%以内;旋转填料层内气相流场主要以旋流场为主,切向速度与填料线速度大小相当,且不受气量的影响。轴向速度值受气量的影响,其径向分布受转速的影响。与切向速度和轴向速度相比,径向速度小1—2个数量级,说明气体在径向的偏移量很小;中间静止填料层能够有效减小气旋,强化气相流场扰动,表明新型错流旋转填料床能够强化气相传质。

液压滑阀阀芯旋转现象的CFD解析

运用三次元流体分析技术对液压滑阀流场进行了数值解析。通过CFD数值解析所获得的压力和速度特性分析了造成滑阀旋转的主要原因,从而为滑阀结构的优化设计提供了依据。

装载机冷却系统流场均匀性的CFD分析

运用CFD数值模拟技术,引入速度均匀性指数和速度变异系数的概念定量分析装载机冷却系统流场均匀性程度,利用速度矢量图、旋转涡量占比等值分布图分析装载机冷却系统流场不均匀的原因。研究表明,流场速度均匀性指数等于0.9时,与速度变异系数等于0.25时的流场均匀性相当,速度均匀性指数可以作为诊断流场是否均匀的标准;比较不同截面上的流场均匀性评价指标发现,散热舱内流场的均匀性在入口段表现优秀,在冷却风扇上下游却不合格,且均匀性程度沿冷却空气的流动路径逐渐降低;旋转涡量占比大是导致冷却系统流场不均匀的主要原因。试验测试结果验证了CFD数值模拟的可靠性,可为装载机冷却系统设计提供有效指导。

带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨釜内转速对流场的影响

利用计算流体力学(CFD)对带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨釜内流场进行数值模拟,分析了不同转速下釜内流型、速度场、湍动能的变化规律。研究结果表明:搅拌器转速显著影响釜内流场和湍动能的分布,转速N=110 r/min时,釜内流型为径向流,稳定翼的切割推流作用表现明显,在釜内组合桨中间区域形成了一个高速涡旋,釜内流型为最佳流型;在该转速条件下釜内低速区趋近消失,速度分布合理;此时釜内上部和釜底的湍动能分层消失,釜内流体整体湍动程度较高,混合效果明显增强。

旋转三维紊流流场的数值分析

应用SIMPLEST方法和标准k-e 紊流模型对旋转直通道内的流场进行计算,给出了该旋转流场的速度矢量图及压力场,并将测量截面上的主流和二次流速度分布与实验值作了对比,结果吻合较好,对叶轮机械内的旋转流场的数值模拟有重要意义.

超细粉体分级机离心逆流式转子三维旋转流场计算

应用商业化的流体模拟计算软件─ＰＨＯＥＮＩＣＳ开展了分级机转子中湍流流场的计算模拟工作，对分级机转子的单相三维旋转流场进行计算。转子内流场的分析应用旋转流场的理论，并且通过旋转流场理论来分析讨论数值计算结果。

主动旋转式复杂环境气流场试验方法

针对现阶段复杂环境气流场试验手段和装置匮乏的问题,提出了一种主动旋转式复杂环境气流场试验方法。其通过圆周驱动的方法将均流加速涵道加速至高速,在试验段内形成相对试验速度,结合试验空间内复杂环境营造实现高速气流与复杂环境的综合气流场试验条件。为了验证试验方法的等效性,建立了基于旋转参考系以及双流体模型的数值求解模型对试验空间内的三维多相旋转流场进行了模拟计算。结果表明:不对称设计的均流加速涵道能够有效提升试验段内流场的均匀性;主动旋转式气流场试验中,绝缘子试品表面的碰撞率随着试验粒子直径的增大而增大,且与自由来流时的碰撞率分布的最大偏差为3.23%;绝缘子试品覆冰质量的变化趋势和自由来流情况时基本一致,其最大偏差为4.34%。该计算结果证明了主动旋转式复杂环境气流场试验方法在碰撞性试验以及累积性试验中均具有良好的等效性。

迷宫密封三维流场动力学特性计算及研究

迷宫密封气动特性对转子动力学特性的作用明显。应用计算流体动力学技术建立迷宫密封模型,利用计算流体动力学软件Fluent中旋转流场计算方法,对迷宫密封流场进行数值计算,该方法可以将非稳定流场计算转变成稳定流场,从而降低密封流场的计算量。讨论流场参数对其动力学特性的影响。通过对流场计算结果分析发现,气流流速在跨音速时,迷宫密封气动力系数和泄漏量都有较大的变化。因此在工程设计和操作时,要考虑密封中气流流速对转子动力学特性的影响。

考虑供料射流的离心机二维全流场模拟

为研究供料射流对离心机分离功率的影响,采用DSMC(Direct Simulation Monte-Carlo)方法和基于Navier-Stokes方程的CFD方法的耦合迭代计算来模拟离心机全流场。在稀薄气体流动区域使用DSMC计算,在连续流动区域使用CFD计算。运用耦合计算方法模拟考虑供料射流的二维轴对称流动模型。计算得到了不同流域中的流动分布,并得到了相应的分离功。计算结果表明:耦合计算方法对二维离心机全流场的计算是有效的。

旋流自吸泵内部流场数值模拟及PIV试验

为了获得旋流自吸泵的特殊蜗壳结构对于其自吸性能的作用,通过二维PIV测量和三维软件CFX,获得了3个测试工况下旋流自吸泵的内部流场和蜗壳内部的速度场.结果表明,导流壁与叶轮出口在蜗壳内形成的"喷嘴"和"扩压器"形状,分别促进了气-水混合液和气泡流的形成.通过"喷嘴"的液体,其流向涡量、旋转速度和流动均匀性得到提高.液体和叶轮流道1内的气体发生动量交换,气体被压缩并且分散成不同大小的气泡,而液体分散成液滴,形成气-水混合液.通过"扩压器"的气体被进一步压缩,大气泡破裂后形成无数微小气泡,而液滴积聚成液体,形成气泡流.气液分离室内形成2个大小和旋向不同的旋涡,由于离心力作用,气泡流中的气体和液体分离,气体从泵出口管逸出.液体分离回落被凸台阻挡,与凸台的碰撞使液体中夹带的气泡再次分离,而液体流回蜗壳,再次参与上述过程,直到空气从吸入管中排净.

振动轴转速对双卧轴振动搅拌流场的影响

为研究双卧轴振动搅拌机搅拌筒内流场振动搅拌过程中固液混合流体瞬态流动情况,基于计算流体力学(CFD)提供的计算方法,结合动网格技术、欧拉多相流模型、Realizable k-ε湍流模型及离散相模型,采用C语言编写用户自定义程序(UDF),并将其动态链接到CFD中,在非稳态条件下数值模拟双卧轴振动搅拌机搅拌质量受振动轴转速、固相颗粒体积分数的影响规律,并在此基础上,进行了振动搅拌试验研究。结果表明:当搅拌轴转速为35 r/min、混合料颗粒体积分数为20%、颗粒直径分别为10 mm、20 mm和30 mm时,振动轴转速分别为960 r/min、1460 r/min和1800 r/min时其搅拌质量最佳;数值分析结果与试验结论基本一致,说明了数值计算结果的准确性和计算方法的可行性。

车轮旋转对汽车流场影响的模拟研究

汽车车轮对汽车空气动力学特性有重要的影响。为了研究车轮旋转对汽车流场的影响,利用CFD方法,采用旋转壁面边界条件模拟汽车车轮旋转。建立了三维不可压缩雷诺平均方程,采用RNG湍流模型,利用二阶迎风差分格式获得控制体积界面上的物理量,应用SIMPLEC算法进行迭代计算,对汽车流场进行模拟仿真,并将结果与车轮静止的情况下进行对比分析。研究结果表明:汽车车轮转动对整车流场有明显的影响,特别是对汽车前后轮周围、汽车侧面和底面有很大的影响;车轮旋转情况下,车轮的上半部分受到的压力明显比静止的时候受到的压力大,但总体上会产生一个向上的气动升力;汽车在车轮旋转情况下,阻力系数和升力系数比车轮静止情况下的低。

胶囊机器人管内流场的数值模拟和实验测量

胶囊机器人广泛应用于人体肠道的检查和治疗。根据永磁体法,设计制造了一种磁控光滑胶囊机器人。基于计算流体动力学(CFD)方法,模拟了胶囊机器人在充满黏液的管道内旋进(旋转和平移)时,其周围流体的流场(速度和涡量);利用粒子图像测速(PIV)技术测量该流场;计算了胶囊机器人以不同转速旋进时,管道内流体流场以及胶囊机器人所受到的阻力、阻力矩和周围流体的平均湍流强度等。最后,还对胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小进行了实验测量。结果表明:1)随着胶囊机器人转速的增大,胶囊机器人四周和下部区域流体速度和流体涡量都略微增大,而其周围流体的流线和涡量分布规律基本相似。2)随着胶囊机器人转速的增大,胶囊机器人前进方向所受阻力矩和周围流体平均湍流强度均增大,而其前进方向所受阻力基本不变。3)实验测量到的胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小与数值计算结果基本相似。

飞艇纵向动导数计算方法研究

现有飞行器动导数工程估算方法并不适用于飞艇,为了解决这一问题,采用非定常俯仰振荡法和准定常旋转流场法推导出了纵向组合动导数和单独动导数计算公式,建立了基于非定常CFD方法的飞艇纵向动导数计算方法。对国际动导数标模Finner导弹进行CFD动导数计算,计算结果与风洞试验结果进行了对比,并对飞艇开展了纵向动导数计算。结果表明:Finner导弹动导数计算结果与风洞试验结果误差在5%以内,验证了动导数计算方法的准确性;采用俯仰振荡法和旋转流场法可以得到飞艇纵向全部动导数,为飞艇动导数计算提供一种新的思路,具有较高的工程应用价值。

高速旋转流场中的网格效应

CFD求解流场的过程中,网格分布会直接影响数值计算的精度。采用有限体积法,求解柱坐标系下的Navier-Stokes方程,对雷诺数达到10^(6)量级的高速旋转流场进行了数值研究。针对不同网格尺度的流场计算结果,采用数值分析、理论、实验相结合的方法进行对比,研究表明,近壁面网格的法向尺度达到10^(-7)时,计算结果最接近实际流动状态,气体的旋转速度和气体压力在径向上分别接近线性分布和指数分布,转子壁面功耗最接近实验值。因此,在高雷诺数的流场计算时,应根据实际流动条件来选择合适的近壁面网格尺度。

新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟

针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备——径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学(CFD)软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。

齿轮传动旋转流场对喷油射流甩离的影响

针对啮入侧喷油方式,运用计算流体动力学(CFD)方法,建立了高速旋转流场中喷油射流模型。通过仿真计算发现高速流场对射流具有甩离效应,当对啮合齿轮进行喷油时,射流具有向小轮方向甩离的趋势,其甩离程度随着转速和模数增加而增大;滑油的出口速度越大,抵抗旋转流场甩离效应的能力越强。通过理论分析深入揭示了旋转流场对射流甩离效应的成因机理。最后,通过搭建射流甩离相似试验台,验证了分析结论。

分层填料对旋转填料床气相流场影响的数值模拟

通过设计简化的分层填料旋转床(SP-RPB)模型,采用计算流体力学方法(CFD)对比同尺寸旋转填料床(RPB)的稳态气相流场。分析转速和进料速度对气相压力、相对速度及湍动能分布的影响,同时还考察了单位丝网圈上的压降情况。结果表明,在气体进入各级填料位置的相对速度出现峰值,湍动能分布与之相同,各峰的出现位置仅由填料位置决定,两者共同表明SP-RPB具有多个端效应区域。转速增加对相对速度峰值大小有更明显的提升,较大的进料速度使填料内气体的速度波动更大,也使湍动能的峰值有所增加。由于SP-RPB内填料厚度较RPB变薄,从整个设备范围上看,SP-RPB表现出更低的压降。进气速度提高和转速降低使SP-RPB两层填料间的高压范围变窄,但SP-RPB的单位丝网圈数压降更大。