泵站圆弧扩散型正向进水前池泥沙体积浓度分布特征

以多泥沙河流为取水水源的泵站正向进水前池存在泥沙沉积、泵站性能降低等问题.选取甘肃省景泰川电力提灌工程某泵站正向进水前池作为研究对象,设计圆弧扩散型正向进水前池体型结构,采用Fluent软件基于Realizable k-ε模型和Mixture多相流模型开展数值模拟计算,获得圆弧扩散型正向进水前池的泥沙体积浓度分布特征,揭示圆弧扩散型边墙收缩程度对前池内水沙运动特性的影响.结果表明:沿垂直水流方向,圆弧扩散型正向进水前池内泥沙体积浓度分布中间低、两侧高;沿水深方向,前池内泥沙体积浓度分布由表层至底层逐渐升高.相较直线扩散型正向进水前池,圆心角为44°的圆弧扩散型正向进水前池内高含沙区面积降低41.77%,泥沙淤积减少43.60%.研究成果可为同类型泵站前池优化设计提供指导与参考,有效促进泵站工程提质增效.

大型泵站前池扩散角对进水流态的影响

为研究前池扩散角对大型低扬程泵站进水流态的影响,依托某大型低扬程泵站基本设计参数,基于Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型对不同前池扩散角和不同开机组合工况下的泵站进水流态进行三维湍流流动数值模拟,分析不同前池扩散角下的进水流态、流速分布均匀度和横向流速的变化情况,并通过物理模型试验进行验证。结果表明:大型泵站机组不对称运行时,前池内存在漩涡区,进水流道进口前存在较大的横向流速;随着前池扩散角减小,机组不对称运行时,前池内漩涡区范围减小,水流偏流情况改善,前池内流态逐渐变好,进水流道进口前横向流速大幅减小,流道进口处流速分布均匀度提高,进水流道的进水条件改善;不同前池扩散角下的进水流态数值模拟结果与模型试验结果一致。研究成果对大型低扬程泵站的前池设计有一定的参考价值。

跨超声速风洞大开角段设计技术研究

跨超声速风洞大开角段设计技术研究对于提高大开角段的安全性能与改进稳定段入口气流质量有着重大意义。由于影响大开角段性能的参数较多,完全通过试验方法进行设计的成本过高。本文通过数值模拟方法,结合适当的边界条件,对不同参数的大开角段进行了模拟,从数值模拟的结果可以看到,孔板开孔率和扩开角对大开角段性能有显著影响,通过比较得出了较为合理的参数匹配。这表明本文所用的方法用于大开角段气动设计是可行的,这为数值模拟方法应用于风洞部段气动设计创造了一定的条件。

单级跨音速离心压缩机叶片扩压器和不同蜗壳形式耦合的内部流动数值研究

对单级跨音速离心压缩机具有对称和非对称两种形式的圆形截面蜗壳的内部流动进行数值研究,分析蜗壳内部流动以及蜗壳与扩压器相互作用所导致的流动现象和不同工况条件下蜗壳进口周向流动的不均匀性以及两种蜗壳布置形式下各部件的流动损失。计算结果表明:在设计流量下和大流量下,对称蜗壳的蜗舌附近叶片扩压器通道中出现了回流,发生位置都在叶片扩压器叶片凸面;偏心蜗壳仅在大流量时出现回流现象,蜗舌附近区域内部流动情况略好于对称蜗壳。在非设计流量下,静止部件内部损失均大于设计流量,其中在大流量下尤为明显:扩压器内部损失在静止部件总损失中均占到80%以上,蜗壳内部损失小于20%;小流量下叶片扩压器内部损失所占比例小于大流量工况。

进气弯管对离心压气机特性影响及弯管结构优化

离心压气机进口常采用弯管导流进气,弯管中的二次流动会导致压气机进口气流出现畸变,影响压气机的气动性能。针对这一问题,通过数值仿真与台架试验相结合的方式,研究弯管对离心压气机特性的影响规律及产生机理。在此基础上提出在弯管内增加导流肋片的改进方法,并进行数值仿真与试验验证。研究结果表明:在压气机进口增加弯管后,压比和效率特性都发生了一定程度的恶化,在大流量工况时,性能的下降尤其显著;采用内部布置导流肋片的弯管结构,能够进一步规范弯管内部气流的流动特征,改善压气机进口流动状态,使流动变得相对均匀,从而使性能得到全方位的提升。

连续式跨声速风洞大开角段整流装置设计数值模拟

采用阻尼网对大开角段内的气流分离进行控制,并合理设置其参数,是工程上有效的方法之一。为验证阻尼网工程设计方法的可靠性,以0.6m连续式跨声速风洞为背景,通过数值模拟,对工程设计方法的初步结果进行了验证,并在此基础上结合大开角段布置环境对阻尼网参数进行了优化。由计算结果知,采用方案3-4(两层阻尼网损失系数分别为1.6和1.0)时,大开角段出口截面的速度均方根偏差值(RMS)为14.5%;考虑布置环境影响,调整两层阻尼网损失系数至0.8和1.0时,RMS值为16.2%。研究结果表明,阻尼网工程设计方法结合数值模拟可以有效地应用于大开角段整流装置的设计,达到了抑制大开角段内气流分离,降低压力损失,提高出口速度均匀性的设计目标。

跨声速涡轮叶顶间隙流动传热特性的数值研究

针对叶顶间隙的高速泄漏流及复杂的流动问题,采用求解三维Reynolds-Averaged NavierStokes(RANS)和S-A湍流模型的方法研究了跨声速流动条件下涡轮叶片顶部的流动传热特性,同时计算分析了叶顶间隙高度和进口湍流强度对顶部流动换热特性的影响。研究结果表明:叶顶间隙为0.188%动叶高度(小间隙)时,间隙泄漏流为亚声速(0.3<Ma<0.8)并具有最大的叶顶换热系数;当叶顶间隙高度增大至0.75%动叶高度时,间隙泄漏流出现超声速流动(1.0<Ma<1.3),叶顶平均换热系数最小;随着间隙高度增大,超声速流动区域从尾缘向前缘扩展,顶部换热系数先减小后增大。叶顶间隙高度的增大使得马蹄涡向吸力面侧移动,从而改变叶顶前缘附近换热系数分布;泄漏流在间隙区域急剧加速使得湍流水平显著降低,而进口湍流强度变化对于叶顶换热影响很小,但进口湍流强度增大时叶顶前缘吸力面侧二次流减弱。

入口段线型影响潮流能导流增效装置水动力性能的数值模拟研究

潮流能导流增效装置能够大幅提升潮流能水轮机的能量提取效率,应用前景广阔。以OpenFOAM开源代码作为数值模拟平台,开展了垂直轴水轮机导流增效装置性能的模拟研究。针对典型垂直轴潮流能水轮机设计了多种导流增效装置,通过系统的模拟分析,总结了导流增效装置相关参数对其水动力学性能的影响,深入分析了速度场、压力场的变化规律,研究了入口段线型对水轮机导流增效装置的影响,并得到了能量提取效果最优的线型,为导流增效装置的设计提供了技术参考。

最佳工况下空间导叶进口几何参数的优化设计

通过井用潜水泵最佳工况点的确定,获得最佳工况下空间导叶的特性方程,分析发现导叶进口几何参数(进口安放角和进口宽度)之间具有一定的相关性.为验证导叶进口几何参数之间的关系,选取200QJ50型2级井用潜水泵作为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的方法,在导叶进口安放角和进口宽度的组合变化下,建立16组潜水泵模型,对井用潜水泵的性能变化规律及内部流场进行研究.结果表明:导叶进口几何参数的选取符合最佳工况下空间导叶的特性方程时,可减小导叶引起的水力损失,提升泵的性能.将给定的进口宽度代入最佳工况下空间导叶的特性方程,求得的进口安放角与该进口宽度下对应模拟的最佳进口安放角相比,两者的差值在1°以内,说明利用最佳工况下导叶的特性方程来确定其进口几何参数的方法具有一定的准确性,研究结果为空间导叶的优化设计提供参考.

离心压缩机扩压器进口流动研究

以某制冷用离心压缩机模型级为研究对象,利用数值模拟的方法,对其扩压器进口真实模型进行了详细分析,考察其形状对间隙泄漏量与主流道流动的影响。建立了主流道与密封腔的真实模型,分析发现密封腔的存在对流动造成了很大影响,且扩压器进口形状对内部流动有一定扰动作用。在此基础上,进行了扩压器进口的改进设计。通过分析改进前后结果发现,减小扩压器进口面积能有效减小密封腔对主流道流动的影响,提高模型级效率与压比,但同时也会造成密封泄漏量的增加。

间隙和进口边界层厚度对跨音速涡轮叶顶流动换热特性影响的数值研究

采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω紊流模型的方法数值研究了跨音速流动条件下涡轮叶片顶部的流动传热特性,分别研究了跨音速流动条件下叶顶间隙高度及进口边界层厚度对叶顶流动换热特性的影响。研究结果表明:在气流进口总温及出口静压一定时,跨音速流动时叶顶平均换热系数远大于亚音速流动,跨音速流动时叶片前缘附近存在高换热系数区且再附着线附近的高换热系数区靠近压力面侧。在跨音速流动条件下,叶顶间隙高度对叶顶平均换热系数影响较小,但随着叶顶间隙高度的增大压力面侧分离线附近的高换热系数区和吸力面侧附近的低换热系数区面积均增大。进口边界层厚度对叶顶换热影响很小,但对吸力面侧换热有一定影响。进口边界层厚度较大时,叶顶间隙泄漏较小而横向二次流强度较大同时泄漏涡在二次流的挤压下更加靠近吸力面侧,最终分离线附近产生高换热系数区。

跨超声速风洞扩散段流动分离控制设计参数研究

为抑制跨超声速风洞扩散段的分离,提出了一种较为完备的设计方法。由于影响扩散段性能的参数较多,完全通过试验方法进行设计的成本过高,该方法通过数值模拟,结合适当的边界条件,详细描述了扩散段角度、分流锥角度与长度、孔板开孔率对扩散段性能的影响;从数值模拟的结果可以看出,孔板开孔率和扩开角对扩散段性能有显著影响,通过比较得出较为合理的参数匹配,提高了扩散段的防分离性能,并改善了出口气流质量。数值结果与试验结果结论一致,表明本文所用的方法用于扩散段气动设计是可行的,为数值模拟方法应用于风洞部段气动设计创造了一定的条件。

LYHC-Ⅰ型入口扩散器数值模拟

将CFX数值模拟软件应用于LYHC-Ⅰ型入口扩散器气-液两相流数值模拟。几何建模采用SolidWorks、ICEMCFD协同进行,两相流物理模型采用SST模型,计算得到了该结构内非稳态的三维流场、液相分布等特征参数的分布特性,研究结果可为该结构的进一步改进和优化设计提供参考依据。

跨音速级压气机湿压缩数值研究

湿压缩技术是能够提高燃气轮机性能的一种经济有效的手段。文中采用CFX软件,选择k-湍流模型,利用安托万方程求蒸汽饱和压力,对跨音速一级NASAStage35进行进口加湿湿压缩数值模拟研究。模拟结果表明,当此跨音速压气机运行在靠近失速边界的一段范围内,湿压缩可使其性能提高,而对于靠近阻塞边界的一段范围内,湿压缩却降低了压气机各个性能参数;当压气机运行在设计工况时,在进口喷入较小颗粒尺寸的水滴可降低比压缩功、提高压比及流量并缩小激波后低能流动区域,而在进口喷入较大颗粒尺寸水滴却降低了压气机各性能参数,整个流场也并无改善。

旋转进口畸变频率对跨声速压气机稳定性影响的数值研究

为了研究旋转进口畸变对于压气机失速过程的影响,以及探讨最易诱发压气机失速的扰动频率即特征频率存在性的问题,采用非定常方法计算研究了4种不同频率的进口旋转畸变对跨声压气机Rot or37失速起始过程的影响。结果表明:在同样幅值条件下,当旋转频率与失速扰动频率相近时的畸变会引起失速,反之亦然;进口畸变的低压区引起部分叶片通道内流动结构失稳后,在叶尖泄漏涡破碎的作用下通道内形成严重堵塞,从而导致压气机失速。该方法能够较好地描述转子中失速团的发展过程,同时得出了进口畸变频率对失速过程影响的物理机制。

硐室车辆尾气污染物扩散特性研究

为解决煤矿井下硐室内怠速状态下车辆排放的尾气严重威胁矿工职业健康的问题,以红柳林公司25211工作面硐室及WC19R(A)型胶轮车为研究对象,基于欧拉方法构建了组分输送模型,模拟分析了不同巷道风速影响下硐室内NO、NO_(2)、CO尾气的扩散特性。结果表明:当风速超过1.0m/s时,因巷道风速的增加,尾气受到硐室内横向涡流影响增强,向硐室口扩散现象逐渐显著;气体在扩散的过程中遵循菲克定律,两侧尾气浓度分别在距硐室口9.0m和1.0m左右达到峰值,同时获得了三种气体的拟合函数关系。经现场验证,模拟结果与现场检测结果误差小于23.7%。

有限体积时间推进法在跨音速扩压器湍流流场中的应用

本文提出了一种有限体积时间推进法,将其应用于均化N-S方程的求解,模拟跨音扩压器的湍流流场,并采用空间变时间步长和多重网格技术加快收敛速度。计算结果与有关文献的实验数据吻合良好。

风速对自然通风教室内咳嗽飞沫液滴扩散的影响

本文利用Fluent软件模拟了两种进风风速下潜在呼吸道疾病患者连续两次咳嗽释放飞沫液滴的扩散过程,共模拟了100s的扩散情形。模拟结果表明:风速的提高明显加快了飞沫液滴的减少速度,但模拟时间内风速对教室内最终残留液滴数量的影响程度随咳嗽位置而变化。由于教室中心位置附近存在气流回流,因此在教室中心位置附近咳嗽时,飞沫液滴同样会向该位置左侧扩散,且初始时刻左右两侧的平均飞沫液滴浓度差值会随着风速增加有所提高,左侧浓度高于右侧。

扩散段长度对侧式进/出水口水力特性的影响

以某上水库无调整段侧式进/出水口为研究对象,采用雷诺应力湍流模型探究了扩散段长度对进/出水口水力特性的影响规律,并从水力学的角度给出了扩散段长度建议值。结果表明:扩散段长度对侧式进/出水口水流运动存在显著影响,扩散段不宜过长或过短;对于进/出水口沿程流速分布,只有在抽水工况下扩散段长度才会对其产生影响,发电工况下基本不存在影响;对于水头损失、各孔口流量配比等其他水力指标,扩散段长度在双向过流时均会对其产生较大影响,随着扩散段长度的增加,各水力指标均先变好再变差;对于无调整段侧式进/出水口体型,当扩散段长度为隧洞直径的5.7~6.0倍时,各水力指标满足规范要求;当扩散段长度为隧洞直径的5.8倍时,进/出水口水力特性得到较大改善,且具有较好的水流流态。

抽水蓄能电站侧式进/出水口局部非稳态现象研究

在出流工况下,侧式进/出水口扩散段内水流与边壁易发生分离,产生局部非稳态现象,从而导致进/出水口流态紊乱。采用RNG k-?紊流模型对某抽水蓄能电站进/出水口流场进行三维数值模拟,并通过模型试验验证了数值模拟的合理性。研究结果表明:侧式进/出水口在扩散流时,受扩散角的影响在主流附近存在流动分离区,该区域紊动强度较大,形成局部非稳态现象,紊动强度与流速平方呈线性关系。流道内流速呈现周期性波动,波动周期与雷诺数近似呈幂函数关系。中间流道的波动周期小于边流道,且边中流道流速波动周期的差异与雷诺数呈现正相关。试验中对流速的监测时长应涵盖数个波动周期,才能准确衡量进/出水口的水力学特性。