低比轉(zhuǎn)數(shù)沖壓多級(jí)泵葉輪內(nèi)三維流動(dòng)數(shù)值模擬

為了改善立式多級(jí)筒袋泵的空化性能,研究其內(nèi)部的空化流動(dòng)規(guī)律,采用基于質(zhì)量輸運(yùn)方程的混合流空化模型和標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,運(yùn)用大型通用計(jì)算程序ansyscfx,計(jì)算了立式多級(jí)筒袋泵內(nèi)的三維湍流空化流動(dòng)的臨界空化數(shù),并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。基于數(shù)值計(jì)算的結(jié)果,分析了較小流量及較大流量運(yùn)行工況下該泵的空化流場(chǎng)。研究表明:采用誘導(dǎo)輪改善了泵的空化性能;從小流量至大流量,泵內(nèi)的嚴(yán)重空化區(qū)域由誘導(dǎo)輪轉(zhuǎn)移至首級(jí)葉輪。本文采用的空化流動(dòng)模擬方法可較好地預(yù)測(cè)立式多級(jí)筒袋泵在設(shè)計(jì)流量附近的平均空化性能。

利用cfd軟件fluent對(duì)多級(jí)導(dǎo)葉式清水離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了葉輪及導(dǎo)葉內(nèi)部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了葉輪進(jìn)口回流,出口的二次流動(dòng)特征等葉輪內(nèi)部流動(dòng)的細(xì)節(jié),導(dǎo)葉出口區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)低壓區(qū)等流動(dòng)特征。然后根據(jù)自編計(jì)算軟件利用計(jì)算得到的速度場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算出泵的揚(yáng)程、功率、效率和流量之間的關(guān)系曲線,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)工況附近,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合較好,在其它工況點(diǎn),特別是小流量工況點(diǎn),誤差較大。

新研制的高揚(yáng)程、小流量的低比轉(zhuǎn)數(shù)螺紋泵在國內(nèi)尚屬首創(chuàng),該泵結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單,只需一段表面帶有多頭螺紋的轉(zhuǎn)子和定子組成,而且轉(zhuǎn)子不需增速就可達(dá)到高揚(yáng)程。該泵比轉(zhuǎn)數(shù)n_s可達(dá)3～5或更低,應(yīng)歸屬葉片泵類的一種。

基于reynolds時(shí)均化的n-s方程和標(biāo)準(zhǔn)的k-ε兩方程湍流模型,運(yùn)用流場(chǎng)計(jì)算軟件fluent,在不同工況下對(duì)qw950-15-55型雙流道污水泵葉輪蝸殼耦合流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,捕捉到了雙流道葉輪內(nèi)流的重要特征。依據(jù)計(jì)算結(jié)果,主要分析了設(shè)計(jì)工況時(shí)雙流道葉輪內(nèi)部的速度和壓力分布情況。葉輪內(nèi)壓力分布與葉片式離心泵的數(shù)值模擬是類似的;在偏離設(shè)計(jì)的大流量工況,葉輪流道內(nèi)的流動(dòng)呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱性;葉輪內(nèi)部流動(dòng)為混合螺旋流,由軸向旋渦作用引發(fā)的相對(duì)速度旋渦的渦核位置靠近后蓋板和壓力側(cè);葉輪出口的壓力和絕對(duì)速度分布呈現(xiàn)明顯的周期性,其周期性與葉輪流道的周期性是對(duì)應(yīng)的;靜壓周向分布的軸向不對(duì)稱性較小,而速度周向分布的不對(duì)稱性則較大。對(duì)比試驗(yàn)與數(shù)值模擬的揚(yáng)程和水力效率值,數(shù)據(jù)基本吻合。

在設(shè)計(jì)工況下,對(duì)一個(gè)較高比轉(zhuǎn)速的混流泵葉輪內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行三維湍流數(shù)值模擬計(jì)算.通過分析混流泵葉輪內(nèi)部的流動(dòng)特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)由于局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,流道內(nèi)產(chǎn)生了較大范圍漩渦區(qū)和壁面脫離現(xiàn)象,增加了流動(dòng)損失.針對(duì)這一問題提出了改進(jìn)措施,采用一種多參數(shù)的優(yōu)化方法對(duì)葉輪葉型進(jìn)行設(shè)計(jì),并分析了葉片型線對(duì)葉輪內(nèi)部流場(chǎng)的作用規(guī)律.結(jié)果表明,控制葉型彎曲度可以有效控制葉片進(jìn)口處的馬蹄渦,消除近壁面流動(dòng)分離和漩渦,減小流動(dòng)中的通道渦強(qiáng)度和影響范圍,改進(jìn)后葉輪流道內(nèi)存在的渦團(tuán)和流動(dòng)脫離現(xiàn)象基本消失,葉輪水力效率相對(duì)提高4.74%,單位功耗的揚(yáng)程增加11.5%.葉輪性能參數(shù)的計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,驗(yàn)證了所采用的計(jì)算方法及模型的準(zhǔn)確性和可靠性.

本文使用fluent軟件選用多重參考坐標(biāo)系及標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型,模擬計(jì)算具有長短葉片葉輪的離心泵的全三維流場(chǎng),計(jì)算包括吸入管、葉輪、泵殼及出水管在內(nèi)的整個(gè)離心泵系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果顯示,在葉輪的大部分長短葉片的通道內(nèi),射流區(qū)偏向于葉片背面,尾跡區(qū)則位于葉片工作面出口附近。泵葉輪各通道的流量、流速及壓力等流動(dòng)參數(shù)的分布表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性,流動(dòng)參數(shù)的數(shù)值大小與葉輪、泵殼的相對(duì)位置密切相關(guān)。本文還將泵性能的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值作了對(duì)比以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。

為研究轉(zhuǎn)杯紡成紗機(jī)制,需要對(duì)紡紗通道內(nèi)氣體流場(chǎng)加以分析,應(yīng)用fluent流體計(jì)算軟件對(duì)紡紗通道內(nèi)氣體流場(chǎng)進(jìn)行模擬研究。模擬結(jié)果揭示了紡紗通道內(nèi)的氣流特征:轉(zhuǎn)杯內(nèi)部存在負(fù)壓,在纖維輸送管道出口處負(fù)壓值最小;纖維輸送管道出口處的凝聚槽受到較大壓力,致使轉(zhuǎn)杯受力不平衡;氣流在纖維輸送管出口處流速最大,進(jìn)入轉(zhuǎn)杯后形成渦流,且沿轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)向氣流速度逐漸減小;氣流隨轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)向流過大約90°時(shí),開始流向轉(zhuǎn)杯口,并且有產(chǎn)生回流趨勢(shì);滑移面角度大于27°后,流場(chǎng)特征發(fā)生明顯消極變化,故滑移面角度大于27°的滑移面設(shè)計(jì)不宜采用。

借鑒泵葉輪的反問題設(shè)計(jì)理論,用fortran語言編程實(shí)現(xiàn)了高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵空間導(dǎo)葉的水力設(shè)計(jì)。提出了采用流線迭代法求解軸面流動(dòng),應(yīng)用逐點(diǎn)積分法進(jìn)行導(dǎo)葉葉片繪型,在保角變換平面上加厚葉片和修圓葉片頭部、尾部的基本理論和方法;討論了導(dǎo)葉葉片安放角分布規(guī)律、葉片出口邊位置對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的影響。該方法設(shè)計(jì)計(jì)算精度高,能得到光滑的葉片表面、齊全的葉片表面數(shù)據(jù),便于數(shù)控機(jī)床加工制造。

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,針對(duì)大口徑蝶閥,運(yùn)用商用流體計(jì)算軟件fluent,對(duì)其不同開度情況下的流場(chǎng)形式進(jìn)行了三維數(shù)值模擬分析。特別是根據(jù)分析結(jié)果對(duì)大口徑蝶閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。分析表明,改進(jìn)后的蝶閥性能明顯提高,流阻系數(shù)明顯降低,對(duì)閥門優(yōu)化設(shè)計(jì)有著積極的借鑒作用。

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,針對(duì)大口徑蝶閥,運(yùn)用商用流體計(jì)算軟件fluent,對(duì)其不同開度情況下的流場(chǎng)形式進(jìn)行了三維數(shù)值模擬分析。特別是根據(jù)分析結(jié)果對(duì)大口徑蝶閥結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。進(jìn)一步分析表明,改進(jìn)后的蝶閥性能明顯提高,流阻系數(shù)明顯降低。對(duì)今后的閥門優(yōu)化設(shè)計(jì)有積極的借鑒作用。

結(jié)合bqs80-180/3-90型低比轉(zhuǎn)數(shù)潛水電泵的設(shè)計(jì),分析葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泵軸功率特性的影響。在保證泵運(yùn)行時(shí)最大軸功率不超過配套電動(dòng)機(jī)輸入功率的前提下,為了能夠減小配套電動(dòng)機(jī)功率,進(jìn)一步研究減小泵最大軸功率的方法,提出了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)判別公式。利用fluent軟件對(duì)軸功率進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果表明:利用該判別公式設(shè)計(jì)的葉輪,最大軸功率與額定設(shè)計(jì)工況下軸功率的比值小于1.2。通過樣機(jī)試驗(yàn),各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到額定要求,且最大軸功率大幅度降低,驗(yàn)證了判別式的實(shí)際應(yīng)用效果。

本文對(duì)空氣在百葉窗翅片內(nèi)部流動(dòng)和傳熱建立了三維數(shù)值計(jì)算模型。計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,在整個(gè)計(jì)算范圍內(nèi),re=0-1500,j和f的平均偏差分別為1.96%和10.5%。在深入揭示百葉窗翅片流動(dòng)機(jī)理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步比較了百葉窗翅片開窗角度la和換向區(qū)長度s對(duì)其傳熱和流動(dòng)阻力的影響,分析結(jié)果為百葉窗翅片的模具制作及其優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中送風(fēng)口出流特性是影響室內(nèi)氣流組織的重要因素.在用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)室內(nèi)氣流組織時(shí),通常將送風(fēng)口處的氣流速度分布簡(jiǎn)化為均勻分布,而實(shí)際的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),送風(fēng)口前常接有彎頭、三通、變徑等部件,送風(fēng)口出流可能存在不均勻.通過對(duì)送風(fēng)管段內(nèi)三維流動(dòng)的數(shù)值模擬,分析送風(fēng)口處的氣流分布情況.數(shù)值模擬結(jié)果表明各送風(fēng)口處流速分布存在不同程度的不均勻現(xiàn)象,如果進(jìn)行室內(nèi)氣流組織的數(shù)值計(jì)算時(shí),仍按均勻分布進(jìn)口邊界條件給定,則將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差.

通風(fēng)空調(diào)送風(fēng)管段內(nèi)三維流動(dòng)的數(shù)值模擬——通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中送風(fēng)口出流特性是影響室內(nèi)氣流組織的重要因素．在用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)室內(nèi)氣流組織時(shí)，通常將送風(fēng)口處的氣流速度分布簡(jiǎn)化為均勻分布，而實(shí)際的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)口前常接有彎頭、三通、變徑等部件。送風(fēng)...

利用fluent6.2及輔助軟件對(duì)傳熱管內(nèi)置帶旋流口的塑料橢圓斜齒平帶的流體流動(dòng)及強(qiáng)化傳熱進(jìn)行了計(jì)算機(jī)三維數(shù)值模擬,分析并比較了光管與有內(nèi)置橢圓斜齒塑料平帶的情況下管內(nèi)流速、湍流度以及對(duì)流傳熱系數(shù)的分布改善情況。結(jié)果表明:平帶管內(nèi)流體的流動(dòng)是以螺旋流動(dòng)為主的復(fù)雜的三維流動(dòng);由于平帶的擾流作用,使得平帶管內(nèi)流速、湍流強(qiáng)度得到了很大程度的提高,有效抑制了管內(nèi)壁污垢的沉積,強(qiáng)化了傳熱,平帶管內(nèi)側(cè)的平均傳熱系數(shù)較光管提高了45%,平帶所帶來的管路壓降在工程許可的范圍內(nèi),適用于流速低于0.8m·s-1的換熱器中。

針對(duì)某低比轉(zhuǎn)數(shù)雙吸離心泵在小流量工況下出現(xiàn)回流的問題,利用cfd技術(shù)對(duì)雙吸泵及吸水室內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究,并提出定點(diǎn)速度值分析法,模擬流場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)中采用的動(dòng)態(tài)探針采樣測(cè)試系統(tǒng),對(duì)回流問題進(jìn)行研究。通過對(duì)葉輪進(jìn)口相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)在不同流量下的速度變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律和理論分析結(jié)果與以往文獻(xiàn)中試驗(yàn)總結(jié)的規(guī)律變化一致。并根據(jù)曲線變化及理論分析結(jié)果,提出回流誘發(fā)流量點(diǎn)、回流穩(wěn)定流量點(diǎn)、回流變化區(qū)間的概念。并在理論分析基礎(chǔ)上,提出葉輪進(jìn)口回流區(qū)有效厚度值的定義及預(yù)估方法。

介紹了泵葉輪激光焊接的特點(diǎn),闡述了多級(jí)泵葉輪激光焊接成形的工藝過程,分析了焊接接頭的組織性能,通過不同焊接工藝的對(duì)比分析,論證了激光焊接成型的特點(diǎn),認(rèn)為:激光焊接的焊縫平整、連續(xù),焊縫寬小于2mm,激光焊接深寬比大于1.0,線密封率達(dá)100%,保證了多級(jí)泵增壓效果。

為了研究動(dòng)靜干涉對(duì)混流泵內(nèi)部流動(dòng)非定常壓力脈動(dòng)特性的影響,在混流泵進(jìn)口截面、動(dòng)靜耦合面以及出口截面取若干壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn),采用rngk-ε湍流模型和滑移網(wǎng)格技術(shù),對(duì)混流泵全流場(chǎng)進(jìn)行三維非定常湍流計(jì)算.計(jì)算了葉輪進(jìn)口截面、動(dòng)靜耦合面以及出口截面的壓力脈動(dòng),利用快速傅里葉變換進(jìn)行分析,得到了不同特征截面的壓力脈動(dòng)的頻率和幅值,并進(jìn)行外特性試驗(yàn)驗(yàn)證.結(jié)果表明:從輪轂到輪緣,壓力脈動(dòng)最大幅值發(fā)生在葉輪出口輪緣側(cè),而壓力脈動(dòng)最小幅值出現(xiàn)在葉片進(jìn)口輪轂側(cè),葉輪進(jìn)口和葉輪導(dǎo)葉間輪緣處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的幅值約為輪轂處監(jiān)測(cè)點(diǎn)幅值的2倍;從葉輪進(jìn)口到導(dǎo)葉出口位置,壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì).壓力脈動(dòng)最大值發(fā)生在導(dǎo)葉出口監(jiān)測(cè)點(diǎn),且存在一個(gè)低頻壓力脈動(dòng);在60%～85%設(shè)計(jì)流量工況范圍內(nèi),揚(yáng)程-流量特性曲線出現(xiàn)正斜率不穩(wěn)定特性,數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異.

為了解多級(jí)離心泵首級(jí)葉輪內(nèi)部流動(dòng)特性,基于n-s方程和標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型對(duì)三長三短復(fù)合葉輪和四長四短復(fù)合葉輪內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得了兩種葉輪在額定工況及非額定工況下的內(nèi)部流場(chǎng)分布并進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示,四長四短葉輪可改善葉輪內(nèi)部流場(chǎng)、提高葉輪吸力面壓力,進(jìn)一步阻止小流量下的脫流現(xiàn)象,有效提高了整個(gè)泵的揚(yáng)程和效率及高效區(qū)。

首先通過軸流式模型泵外特性試驗(yàn)，確定了汽蝕性能曲線?；谕暾栈Ｐ秃突旌狭黧w兩相流模型，對(duì)軸流式模型泵設(shè)計(jì)工況下葉輪內(nèi)空化流動(dòng)進(jìn)行全流道數(shù)值計(jì)算。選擇空化開始發(fā)生、臨界汽蝕點(diǎn)以及空化嚴(yán)重時(shí)3個(gè)工況比較分析葉輪內(nèi)空化流動(dòng)的發(fā)展情況。計(jì)算獲得了不同汽蝕余量時(shí)葉片背面靜壓、空泡體積組分分布和不同軸截面上的空泡體積組分分布。當(dāng)葉輪流道內(nèi)發(fā)生局部空化時(shí)，不會(huì)影響到泵的能量性能；空化嚴(yán)重時(shí)，翼形葉柵的過流面積受到嚴(yán)重堵塞，泵的能量性能嚴(yán)重下降。計(jì)算結(jié)果與外特性試驗(yàn)相吻合，較好地揭示了軸流泵葉輪內(nèi)的空化流動(dòng)的靜態(tài)特征。對(duì)比計(jì)算揚(yáng)程和效率確定了空化的發(fā)展階段，對(duì)于保障軸流泵穩(wěn)定運(yùn)行有一定指導(dǎo)意義。

采用三維紊流模型,應(yīng)用有限容積法計(jì)算了室內(nèi)空調(diào)的氣固耦合傳熱問題,并對(duì)室內(nèi)空調(diào)的氣流組織形式,主要是對(duì)流速場(chǎng),溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,為空調(diào)室內(nèi)的氣流組織形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)及舒適性提供了研究依據(jù)。

采用三維紊流模型,應(yīng)用有限單元法計(jì)算了空調(diào)列車(硬座車)室內(nèi)氣固耦合傳熱問題,對(duì)空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織,主要是速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬.研究了送風(fēng)方式和送風(fēng)速度對(duì)空調(diào)列車室內(nèi)流場(chǎng)的影響,以及送風(fēng)溫度對(duì)空調(diào)列車室內(nèi)溫度場(chǎng)的影響,為空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織優(yōu)化設(shè)計(jì)及舒適性研究提供了依據(jù)